CN109257720B - 一种基于云计算的数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于云计算的数据采集系统，该系统包括收发节点模块、数据采集模块、通信管理模块和云端服务器，所述收发节点模块与所述数据采集模块连接，所述收发节点模块经由所述通信管理模块与云端服务器连接；所述收发节点模块包括接收器和发送器，所述接收器与所述发送器连接；所述接收器与所述数据采集模块连接，所述发送器与所述通信管理模块连接；所述数据采集模块包括汇聚节点和多个部署于设定数据采集区域的传感器节点，传感器节点采集的数据发送至汇聚节点，汇聚节点将接收的数据发送至所述接收器。

Description

一种基于云计算的数据采集系统
技术领域
本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种基于云计算的数据采集系统。
背景技术
数据采集是指从一个系统或者终端获取数据，并按照一定得格式存储至另一个系统或者终端的过程。相关技术中的数据采集系统中，要执行数据采集需要采集设备有强大的运算能力。即使是现有技术中有强大运算能力的数据采集模块，也往往需要经过较长时间的运算才能将结果呈现出现，导致数据采集系统的效率较低、实时性差。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于云计算的数据采集系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种基于云计算的数据采集系统，该系统包括收发节点模块、数据采集模块、通信管理模块和云端服务器，所述收发节点模块与所述数据采集模块连接，所述收发节点模块经由所述通信管理模块与云端服务器连接；所述收发节点模块包括接收器和发送器，所述接收器与所述发送器连接；所述接收器与所述数据采集模块连接，所述发送器与所述通信管理模块连接；所述数据采集模块包括汇聚节点和多个部署于设定数据采集区域的传感器节点，传感器节点采集的数据发送至汇聚节点，汇聚节点将接收的数据发送至所述接收器。
在一种能够实现的方式中，所述通信管理模块包括电源系统，所述电源系统包括电源管理芯片和电源功率控制模块；所述电源功率控制模块包括POE功率变压器和光电耦合器，所述电源管理芯片的输出端与所述POE功率变压器输入端连接；所述光电耦合器的输出端与所述电源管理芯片的反馈端连接。
在一种能够实现的方式中，所述数据采集系统还包括显示器；所述显示器与所述数据采集模块、收发节点模块连接；所述显示器用于，呈现所述数据采集模块采集的数据，和/或，呈现云端服务器根据所述数据采集模块采集的数据分析的结果。
本发明的有益效果为：基于无线传感器网络和云计算技术，设计了由收发节点模块、数据采集模块、通信管理模块和云端服务器构成的数据采集系统，解决了现有数据采集系统的数据采集效率低、实时性差的技术问题。通过云端服务器强大的数据运算能力，该数据采集系统能快速分析所采集数据的分析结果，保证了数据采集系统的数据采集实时性，提高了数据采集系统的效率。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的一种基于云计算的数据采集系统的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的收发节点模块的结构示意框图；
图3是本发明另一个示例性实施例的一种基于云计算的数据采集系统的结构示意框图。
附图标记：
收发节点模块1、数据采集模块2、通信管理模块3、云端服务器4、接收器10、发送器20、显示器5。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，本发明实施例提供了一种基于云计算的数据采集系统，该系统包括收发节点模块1、数据采集模块2、通信管理模块3和云端服务器4，所述收发节点模块1与所述数据采集模块2连接，所述收发节点模块1经由所述通信管理模块3与云端服务器4连接；所述收发节点模块1包括接收器10和发送器20，所述接收器10与所述发送器20连接；所述接收器10与所述数据采集模块2连接，所述发送器20与所述通信管理模块3连接；所述数据采集模块2包括汇聚节点和多个部署于设定数据采集区域的传感器节点，传感器节点采集的数据发送至汇聚节点，汇聚节点将接收的数据发送至所述接收器10。
在一种能够实现的方式中，所述通信管理模块3包括电源系统，所述电源系统包括电源管理芯片和电源功率控制模块；所述电源功率控制模块包括POE功率变压器和光电耦合器，所述电源管理芯片的输出端与所述POE功率变压器输入端连接；所述光电耦合器的输出端与所述电源管理芯片的反馈端连接。
进一步地，在上述实施例的基础上，如图3所示，所述数据采集系统还包括显示器5；所述显示器5与所述数据采集模块2、收发节点模块1连接；所述显示器5用于，呈现所述数据采集模块2采集的数据，和/或，呈现云端服务器4根据所述数据采集模块2采集的数据分析的结果。
本发明上述实施例基于无线传感器网络和云计算技术，设计了由收发节点模块1、数据采集模块2、通信管理模块3和云端服务器4构成的数据采集系统，解决了现有数据采集系统的数据采集效率低、实时性差的技术问题。通过云端服务器4强大的数据运算能力，该数据采集系统能快速分析所采集数据的分析结果，保证了数据采集系统的数据采集实时性，提高了数据采集系统的效率。
在一个实施例中，网络初始化时，传感器节点之间通过信息交互获取邻居节点信息，构建邻居节点集，其中所述邻居节点为位于传感器节点的通信范围内的其他传感器节点；在数据传输阶段，传感器节点根据自身的当前剩余能量选择直接或者间接发送的方式，将所采集的数据发送至汇聚节点，具体为：
(1)传感器节点按照设定的第一周期周期性地判断自身的当前剩余能量是否满足下列能量条件：
Figure BDA0001870450560000031
式中，Ei为传感器节点i的当前剩余能量，Ei0为传感器节点i的初始能量，Emin为预设的能量下限，D(i,S)为传感器节点i到汇聚节点的距离，Si为传感器节点i的当前通信距离，θ为预设的基于能量的衰减因子，θ的取值范围为[0.8,0.9]；
(2)若传感器节点的当前剩余能量满足能量条件，传感器节点直接将采集的数据发送至汇聚节点；若传感器节点的当前剩余能量不满足能量条件，传感器节点在其邻居节点集中选择一个邻居节点作为下一跳节点，将所述采集的数据发送至下一跳节点。
本实施例根据传感器节点的通信距离和到汇聚节点的距离创新性地设置了能量条件，传感器节点根据自身的当前剩余能量是否满足能量条件，来选择直接或者间接发送的方式，将所采集的数据发送至汇聚节点，有利于提高传感器节点间路由的灵活性，降低传感器节点的能量消耗，延长传感器节点的工作时间，提高数据传输至汇聚节点的稳定性。
在一个实施例中，传感器节点在其邻居节点集中选择一个邻居节点作为下一跳节点，包括：
(1)传感器节点将相对于其距离汇聚节点更近的邻居节点作为备选节点，构建备选节点集，并为每个备选节点分配初始优先级；
(2)传感器节点按照设定的第二周期周期性地获取其备选节点集中各备选节点的信息，并根据该信息更新各备选节点的优先级：
Figure BDA0001870450560000032
式中，Qij0为传感器节点i的备选节点j的初始优先级，Qij为传感器节点i的备选节点j的当前优先级，λ为预设的优先级更新系数，λ的取值范围为[0.8,0.9]；Ni为传感器节点i的邻居节点数量，Nj为所述备选节点j的邻居节点数，Ni∩Nj为传感器节点i与备选节点j所拥有的共同邻居节点的数量，hj为所述备选节点j的当前缓存空间，Hj为所述备选节点j的初始缓存空间，Ej为所述备选节点j的当前剩余能量，Ej0为所述备选节点j的初始能量，α1为预设的基于社会相似度的权重系数，α2为预设的基于剩余资源比的权重系数，β1、β2为资源比率的权重因子，它是根据节点对当前资源的使用状态，满足β1+β2＝1；
(3)传感器节点在备选节点集中选择当前优先级最大的备选节点作为下一跳节点。
其中，初始优先级按照下列公式确定：
Figure BDA0001870450560000041
式中，Qij0为传感器节点i的备选节点j的初始优先级，D(i,j)为传感器节点i到备选节点j的距离，D(j,S)为所述备选节点j到汇聚节点的距离，D(i,k)为传感器节点i到其第k个备选节点的距离，D(k,S)为所述第k个备选节点到汇聚节点的距离，ni为传感器节点i的备选节点集中的备选节点数量。
本实施例创新性地设定了优先级的指标，传感器节点将相对于其距离汇聚节点更近的邻居节点作为备选节点，构建备选节点集，并为每个备选节点分配初始的优先级，并进行定期的优先级更新，在需要选择下一跳节点时，传感器节点在备选节点集中选择当前优先级最大的备选节点作为下一跳节点。本实施例相应地设计了优先级的更新公式，根据该优先级的计算公式可知，当前剩余能量越大的、剩余缓存空间更多的、共有的邻居节点更少的备选节点具有更大的优先级。通过本实施例方式来选择下一跳节点，实现了下一跳节点的更新，有利于保障数据的可靠转发，平衡各下一跳节点的能耗和负载，进一步有利于延长无线传感器网络的寿命，提高数据采集系统的稳定性。
在一个实施例中，传感器节点每次更新备选节点的优先级时，判断各备选节点是否满足下列中继条件，若不满足，传感器节点将该备选节点从备选节点集中剔除：
Figure BDA0001870450560000042
式中，Qij(t)为传感器节点i当前次即t次更新的备选节点j的优先级，Qij(t-1)为,传感器节点i前一次次即t-1次更新的备选节点j的优先级，Qij0为传感器节点i的备选节点j的初始优先级，Qik0为传感器节点i的第k个备选节点的初始优先级，ni为传感器节点i的备选节点集中的备选节点数量，γ为预设的调节系数，γ的取值范围为[1.1,1.2]。
本实施例设定了中继条件，传感器节点每次更新备选节点的优先级时，判断各备选节点是否满足下列中继条件，若不满足，传感器节点将该备选节点从备选节点集中剔除，有利于使得当前剩余能量和/或当前缓存空间过小的备选节点市区充当下一跳节点的资格，进而有利于提高选择下一跳节点的效率，节省选择下一跳节点的能耗，提高数据传输值所述接收器10的效率。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理装置、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储装置、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种基于云计算的数据采集系统，其特征是，包括收发节点模块、数据采集模块、通信管理模块和云端服务器，所述收发节点模块与所述数据采集模块连接，所述收发节点模块经由所述通信管理模块与云端服务器连接；所述收发节点模块包括接收器和发送器，所述接收器与所述发送器连接；所述接收器与所述数据采集模块连接，所述发送器与所述通信管理模块连接；所述数据采集模块包括汇聚节点和多个部署于设定数据采集区域的传感器节点，传感器节点采集的数据发送至汇聚节点，汇聚节点将接收的数据发送至所述接收器；
网络初始化时，传感器节点之间通过信息交互获取邻居节点信息，构建邻居节点集，其中所述邻居节点为位于传感器节点的通信范围内的其他传感器节点；在数据传输阶段，传感器节点根据自身的当前剩余能量选择直接或者间接发送的方式，将所采集的数据发送至汇聚节点，具体为：
(1)传感器节点按照设定的第一周期周期性地判断自身的当前剩余能量是否满足下列能量条件：
Figure FDA0003192511220000011
式中，Ei为传感器节点i的当前剩余能量，Eio为传感器节点i的初始能量，Emin为预设的能量下限，D(i，S)为传感器节点i到汇聚节点的距离，Si为传感器节点i的当前通信距离，θ为预设的基于能量的衰减因子，θ的取值范围为[0.8，0.9]；
(2)若传感器节点的当前剩余能量满足能量条件，传感器节点直接将采集的数据发送至汇聚节点；若传感器节点的当前剩余能量不满足能量条件，传感器节点在其邻居节点集中选择一个邻居节点作为下一跳节点，将所述采集的数据发送至下一跳节点；
传感器节点在其邻居节点集中选择一个邻居节点作为下一跳节点，包括：
(1)传感器节点将相对于其距离汇聚节点更近的邻居节点作为备选节点，构建备选节点集，并为每个备选节点分配初始优先级；
(2)传感器节点按照设定的第二周期周期性地获取其备选节点集中各备选节点的信息，并根据该信息更新各备选节点的优先级：
Figure FDA0003192511220000021
式中，Qij0为传感器节点i的备选节点j的初始优先级，Qij为传感器节点i的备选节点j的当前优先级，λ为预设的优先级更新系数，λ的取值范围为[0.8，0.9]；Ni为传感器节点i的邻居节点数量，Nj为所述备选节点j的邻居节点数，Ni∩Nj为传感器节点i与备选节点j所拥有的共同邻居节点的数量，hj为所述备选节点j的当前缓存空间，Hj为所述备选节点j的初始缓存空间，Ej为所述备选节点j的当前剩余能量，Ej0为所述备选节点j的初始能量，α1为预设的基于社会相似度的权重系数，α2为预设的基于剩余资源比的权重系数，β1、β2为资源比率的权重因子，它是根据节点对当前资源的使用状态，满足β1+β2＝1；
(3)传感器节点在备选节点集中选择当前优先级最大的备选节点作为下一跳节点。
2.根据权利要求1所述的一种基于云计算的数据采集系统，其特征是，所述初始优先级按照下列公式确定：
Figure FDA0003192511220000022
式中，Qij0为传感器节点i的备选节点j的初始优先级，D(i，j)为传感器节点i到备选节点j的距离，D(j，S)为所述备选节点j到汇聚节点的距离，D(i，k)为传感器节点i到其第k个备选节点的距离，D(k，S)为所述第k个备选节点到汇聚节点的距离，ni为传感器节点i的备选节点集中的备选节点数量。
3.根据权利要求2所述的一种基于云计算的数据采集系统，其特征是，所述通信管理模块包括电源系统，所述电源系统包括电源管理芯片和电源功率控制模块；所述电源功率控制模块包括POE功率变压器和光电耦合器，所述电源管理芯片的输出端与所述POE功率变压器输入端连接；所述光电耦合器的输出端与所述电源管理芯片的反馈端连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于云计算的数据采集系统，其特征是，所述数据采集系统还包括显示器；所述显示器与所述数据采集模块、收发节点模块连接；所述显示器用于，呈现所述数据采集模块采集的数据，和/或，呈现云端服务器根据所述数据采集模块采集的数据分析的结果。
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