CN109445496B - 一种医药储存环境智能监测系统 - Google Patents

一种医药储存环境智能监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种医药储存环境智能监测系统，包括环境数据采集子系统、数据分析终端、环境调节装置；所述环境数据采集子系统负责采集环境数据并将环境数据发送至该数据分析终端；所述数据分析终端对环境数据进行分析处理，在环境数据超出预设指标阈值时生成相应的控制指令，并根据控制指令控制环境调节装置的运行，以调节医药储存区域内的环境。

Description

一种医药储存环境智能监测系统
技术领域
本发明涉及医疗监测领域，具体涉及一种医药储存环境智能监测系统。
背景技术
医药储存环境的把控，例如储存温度、湿度等，关乎到医药的寿命与安全。
无线传感器网络是一种特殊的无线自组织网络，由大量的传感器，感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内的信息，并发送给网络所有者。它不需要很高的传输带宽，只需较低的传输时延以及低功率消耗，网络中节点众多，分布广泛，能够满足各种小型化低成本设备的无线联网要求，能广泛地应用于工业、农业、医疗和日常生活中。
发明内容
针对上述问题，本发明基于无线传感器网络技术，提供一种一种医药储存环境智能监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种医药储存环境智能监测系统，包括环境数据采集子系统、数据分析终端、环境调节装置；所述环境数据采集子系统包括汇聚节点和多个部署于医药储存区域内的传感器节点，传感器节点采集所监测位置的环境数据，并发送至汇聚节点；所述汇聚节点与所述数据分析终端通信连接，以将接收的环境数据发送至该数据分析终端；所述数据分析终端对环境数据进行分析处理，在环境数据超出预设指标阈值时生成相应的控制指令，并根据控制指令控制环境调节装置的运行，以调节医药储存区域内的环境。
优选地，所述环境调节装置包括温度调节模块、湿度调节模块，所述数据分析终端包括存储器、处理器、第一控制器和第二控制器，其中第一控制器、第二控制器的输入端皆与处理器连接，第一控制器的输出端与温度调节模块连接，第二控制器的输出端与湿度调节模块连接；所述存储器储存有预设指标阈值，存储器与处理器通信连接。其中，所述传感器节点包括温度传感器、湿度传感器。
本发明的有益效果为：以无线传感器网络技术为基础，实现了对医药储存环境的监测，并能够根据监测到的环境数据，自动控制环境调节装置的运行，实现了医药储存区域内的环境的智能控制。
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医药储存环境智能监测系统的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的数据分析终端的结构示意框图。
附图标记：
环境数据采集子系统1、数据分析终端2、环境调节装置3、存储器10、处理器20、第一控制器30、第二控制器40。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1示出了本发明一个示例性实施例的一种医药储存环境智能监测系统的结构示意框图。如图1所示，本实施例提供了一种一种医药储存环境智能监测系统，该系统包括环境数据采集子系统1、数据分析终端2、环境调节装置3。
所述环境数据采集子系统1包括汇聚节点和多个部署于医药储存区域内的传感器节点，传感器节点采集所监测位置的环境数据，并发送至汇聚节点；所述汇聚节点与所述数据分析终端2通信连接，以将接收的环境数据发送至该数据分析终端2。
所述数据分析终端2对环境数据进行分析处理，在环境数据超出预设指标阈值时生成相应的控制指令，并根据控制指令控制环境调节装置3的运行，以调节医药储存区域内的环境。
在一种能够实现的方式中，该环境调节装置3包括温度调节模块、湿度调节模块，如图2所示，数据分析终端2包括存储器10、处理器20、第一控制器30和第二控制器40，其中第一控制器30、第二控制器40的输入端皆与处理器20连接，第一控制器30的输出端与温度调节模块连接，第二控制器40的输出端与湿度调节模块连接；所述存储器10储存有预设指标阈值，存储器10与处理器20通信连接。
其中，所述传感器节点包括温度传感器、湿度传感器。从而，所述环境数据包括各监测位置的温度数据、湿度数据。在一种实施方式中，该温度调节模块包括多个温度调节单元，其中每个传感器节点所监测位置设置一个温度调节单元，而第一控制器30与各温度调节单元通信连接。同样的，该湿度调节模块可包括多个湿度调节单元，其中每个传感器节点所监测位置设置一个湿度调节单元，而第二控制器40与各湿度调节单元通信连接。
温度的调节方式可为：当数据分析终端2分析环境数据时，某一个监测位置的温度数据超出对应的温度阈值时，处理器20将生成调节温度的控制指令至第一控制器30，该控制指令可包括控制运行的温度调节单元的识别信息、温度调节信息等，从而第一控制器30根据该控制指令控制对应的温度调节单元运行，以使附近的温度符合该温度调节信息。同样地，可设置湿度的调节方式如同上述温度调节的方式。
作为优选，所述温度调节单元为空调设备，所述湿度调节单元为干燥设备。
在另一种能够实现的方式中，可将第一控制器30和第二控制器40整合为同一个控制器，使得温度调节模块与湿度调节模块的运行皆由同一个控制器控制。
在一种能够实现的方式中，该环境调节装置3还可包括其他可用于调节环境的模块，例如亮度调节模块、通风调节模块等。根据环境调节装置3中模块的增加，所述的数据分析终端2可增设第三控制器、第四控制器等。
本发明上述实施例以无线传感器网络技术为基础，实现了对医药储存环境的监测，并能够根据监测到的环境数据，自动控制环境调节装置3的运行，实现了医药储存区域内的环境的智能控制。
在一种能够实现的方式中，部署完传感器节点后，将所述医药储存区域划分成多个虚拟方形网格，从每个虚拟方形网格中选取一个距离虚拟方形网格的中心最近的传感器节点作为簇头节点；网络初始化时，每个传感器节点选取距离最近的簇头节点加入簇，完成分簇；在环境数据传输阶段，每个簇头节点收集其簇内各传感器节点采集的环境数据，并将环境数据发送至汇聚节点；传感器节点之间通过信息交互，获取同一簇内的邻居节点信息，并构建同簇邻居节点集，其中所述邻居节点位于传感器节点的通信范围内；在环境数据传输阶段，传感器节点满足直接发送条件时，传感器节点直接将采集的环境数据发送至对应簇头节点，否则，传感器节点在其同簇邻居节点集中选取距离最近的邻居节点作为下一跳节点，将所述采集的环境数据发送至下一跳节点，其中所述直接发送条件为：
Figure BDA0001859014400000031
式中，Vi为传感器节点i的当前剩余能量，Vmin为预设的能量下限，Vi0为传感器节点i的初始能量，qimak为传感器节点i所能调节的最大通信距离，W(i，CHi)为传感器节点i到其对应簇头节点CHi的距离，r为预设的基于能量的衰减因子，r的取值范围为[0.8，0.9]。
本实施例基于传感器节点的能量设定了直接发送条件，创新性地为传感器节点到对应簇头节点的路由方式选择提供了较好的衡量标准，即当传感器节点满足直接发送条件时，传感器节点直接将采集的环境数据发送至对应簇头节点，否则，传感器节点在其同簇邻居节点集中选取距离最近的邻居节点作为下一跳节点。传感器节点基于直接发送条件选择合适的路由方式，有利于提高节点间路由的灵活性，减少传感器节点发送环境数据的能量消耗，延长传感器节点的工作时间。
在一个实施例中，簇头节点与汇聚节点之间的距离未超过设定的距离下限时，簇头节点直接将所收集的环境数据发送至汇聚节点；簇头节点与汇聚节点之间的距离超过设定的距离下限时，簇头节点将所收集的环境数据间接发送至汇聚节点；
其中，所述间接发送至汇聚节点，包括：
(1)簇头节点获取通信范围内的其他簇头节点信息，将所述其他簇头节点作为备选节点，构建备选节点集；
(2)簇头节点按照设定的周期周期性地与备选节点进行信息交互，获取备选节点的能量和环境数据缓存信息，并根据备选节点的能量和环境数据缓存信息计算备选节点集中各备选节点的优先权值，进而选择优先权值最大的备选节点作为下一跳节点，将所收集的环境数据发送至该下一跳节点，所述优先权值的计算公式为：
Figure BDA0001859014400000041
式中，LIJ表示簇头节点I的第J个备选节点的优先权值，VIJ为所述第J个备选节点的当前剩余能量，AIJ为所述第J个备选节点的缓存列表中的环境数据包数量，VT为预设的转发一个环境数据包的能耗，Vmin为预设的能量下限，Z(VIJ-AIJ×VT-Vmin)为判断函数，当VIJ-AIJ×VT-Vmin≥0时，Z(VIJ-AIJ×VT-Vmin)＝1，当VIJ-AIJ×VT-Vmin＜0时，Z(VIJ-AIJ×VT-Vmin)＝0；W(I，o)为簇头节点I到汇聚节点的距离，W(J，o)为所述第J个备选节点到汇聚节点的距离，pII为所述第J个备选节点充当簇头节点I的下一跳节点的次数，G为预设的衰减系数，G的取值范围为[0.95，0.98]，d1、d2为设定的权重系数，且满足d1＞d2。
本实施例设定了优先权值的指标，根据该优先权值的计算公式可知，当前剩余能量越大的、位置优势更好的、充当下一跳节点次数较少的备选节点具有更大的优先权值。
本实施例中，簇头节点在备选节点集中选取优先权值最大的备选节点作为下一跳节点，有利于保障环境数据的转发，节省环境数据转发的能量消耗，平衡各簇头节点的能耗，进一步有利于延长无线传感器网络的寿命。
在一个实施例中，传感器节点每隔一个时间段Δt获取其下一跳节点的能量和环境数据缓存信息，并根据获取的所述能量和环境数据缓存信息，判断其下一跳节点是否满足中继条件，若不满足，传感器节点在其同簇邻居节点集中，重新选择一个除该下一跳节点外距离最近的邻居节点作为新的下一跳节点，所述中继条件为：
Figure BDA0001859014400000051
式中，Vik为传感器节点i的下一跳节点k的当前剩余能量，Vmin为预设的能量下限，Ai为传感器节点i当前所采集的环境数据包数量，Aik为所述下一跳节点k的缓存列表中的环境数据包数量，VT为预设的转发一个环境数据包的能耗，W(i，k)为传感器节点i到所述下一跳节点k的距离，AT-k为所述下一跳节点k的缓存列表所能缓存的最大环境数据包数量，yT为预设的在单位距离内发送一个环境数据包的时间，YT为预设的转发处理一个环境数据包的时间，b为预设的基于时间的影响因子，b的取值范围为[0.9，0.95]；
Figure BDA0001859014400000052
为判断取值函数，当
Figure BDA0001859014400000053
时，
Figure BDA0001859014400000054
当
Figure BDA0001859014400000055
时，
Figure BDA0001859014400000056
传感器节点的能量和缓存队列都是有限的，本实施例基于下一跳节点的能量和环境数据缓存两个因素，创新性地设定中继条件，其中传感器节点每隔一个时间段Δt判断其下一跳节点是否满足中继条件，若不满足，传感器节点在其同簇邻居节点集中，重新选择一个除该下一跳节点外距离最近的邻居节点作为新的下一跳节点。本实施例使得在下一跳节点不满足能量和环境数据缓存带宽的需求时，其上一跳的传感器节点能够选择其他邻居节点作为下一跳，实现了下一跳节点的更新，进而使得传感器节点的下一跳始终能够有足够的能量执行环境数据转发的任务，有效降低传感器节点拥塞的概率，为环境数据从传感器节点传输到对应簇头节点提供更好的服务质量。
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、数字信号处理设备、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，可以将上述程序储存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储存介质和通信介质，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。储存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储存、磁盘储存介质或者其他磁储存设备、或者能够用于携带或储存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)

1.一种医药储存环境智能监测系统，其特征是，包括环境数据采集子系统、数据分析终端、环境调节装置；所述环境数据采集子系统包括汇聚节点和多个部署于医药储存区域内的传感器节点，传感器节点采集所监测位置的环境数据，并发送至汇聚节点；所述汇聚节点与所述数据分析终端通信连接，以将接收的环境数据发送至该数据分析终端；所述数据分析终端对环境数据进行分析处理，在环境数据超出预设指标阈值时生成相应的控制指令，并根据控制指令控制环境调节装置的运行，以调节医药储存区域内的环境；部署完传感器节点后，将所述医药储存区域划分成多个虚拟方形网格，从每个虚拟方形网格中选取一个距离虚拟方形网格的中心最近的传感器节点作为簇头节点；网络初始化时，每个传感器节点选取距离最近的簇头节点加入簇，完成分簇；在环境数据传输阶段，每个簇头节点收集其簇内各传感器节点采集的环境数据，并将环境数据发送至汇聚节点；传感器节点之间通过信息交互，获取同一簇内的邻居节点信息，并构建同簇邻居节点集，其中所述邻居节点位于传感器节点的通信范围内；在环境数据传输阶段，传感器节点满足直接发送条件时，传感器节点直接将采集的环境数据发送至对应簇头节点，否则，传感器节点在其同簇邻居节点集中选取距离最近的邻居节点作为下一跳节点，将所述采集的环境数据发送至下一跳节点，其中所述直接发送条件为：
Figure FDA0002715632420000011
式中，Vi为传感器节点i的当前剩余能量，Vmin为预设的能量下限，Vi0为传感器节点i的初始能量，qimak为传感器节点i所能调节的最大通信距离，W(i，CHi)为传感器节点i到其对应簇头节点CHi的距离，r为预设的基于能量的衰减因子，r的取值范围为[0.8，0.9]；
簇头节点与汇聚节点之间的距离未超过设定的距离下限时，簇头节点直接将所收集的环境数据发送至汇聚节点；簇头节点与汇聚节点之间的距离超过设定的距离下限时，簇头节点将所收集的环境数据间接发送至汇聚节点，包括：
(1)簇头节点获取通信范围内的其他簇头节点信息，将所述其他簇头节点作为备选节点，构建备选节点集；
(2)簇头节点按照设定的周期周期性地与备选节点进行信息交互，获取备选节点的能量和环境数据缓存信息，并根据备选节点的能量和环境数据缓存信息计算备选节点集中各备选节点的优先权值，进而选择优先权值最大的备选节点作为下一跳节点，将所收集的环境数据发送至该下一跳节点，所述优先权值的计算公式为：
Figure FDA0002715632420000012
式中，LIJ表示簇头节点I的第J个备选节点的优先权值，VIJ为所述第J个备选节点的当前剩余能量，AIJ为所述第J个备选节点的缓存列表中的环境数据包数量，VT为预设的转发一个环境数据包的能耗，Vmin为预设的能量下限，Z(VIJ-AIJ×VT-Vmin)为判断函数，当VIJ-AIJ×VT-Vmin≥0时，Z(VIJ-AIJ×VT-Vmin)＝1，当VIJ-AIJ×VT-Vmin＜0时，Z(VIJ-AIJ×VT-Vmin)＝0；W(I，o)为簇头节点I到汇聚节点的距离，W(J，o)为所述第J个备选节点到汇聚节点的距离，pIJ为所述第J个备选节点充当簇头节点I的下一跳节点的次数，G为预设的衰减系数，G的取值范围为[0.95，0.98]，d1、d2为设定的权重系数，且满足d1＞d2；
传感器节点每隔一个时间段Δt获取其下一跳节点的能量和环境数据缓存信息，并根据获取的所述能量和环境数据缓存信息，判断其下一跳节点是否满足中继条件，若不满足，传感器节点在其同簇邻居节点集中，重新选择一个除该下一跳节点外距离最近的邻居节点作为新的下一跳节点，所述中继条件为：
Figure FDA0002715632420000021
式中，Vik为传感器节点i的下一跳节点k的当前剩余能量，Vmin为预设的能量下限，Ai为传感器节点i当前所采集的环境数据包数量，Aik为所述下一跳节点k的缓存列表中的环境数据包数量，VT为预设的转发一个环境数据包的能耗，W(i，k)为传感器节点i到所述下一跳节点k的距离，AT-k为所述下一跳节点k的缓存列表所能缓存的最大环境数据包数量，yT为预设的在单位距离内发送一个环境数据包的时间，YT为预设的转发处理一个环境数据包的时间，b为预设的基于时间的影响因子，b的取值范围为[0.9，0.95]；
Figure FDA0002715632420000022
为判断取值函数，当
Figure FDA0002715632420000023
时，
Figure FDA0002715632420000024
当
Figure FDA0002715632420000025
时，
Figure FDA0002715632420000026
2.根据权利要求1所述的一种医药储存环境智能监测系统，其特征是，所述环境调节装置包括温度调节模块、湿度调节模块，所述数据分析终端包括存储器、处理器、第一控制器和第二控制器，其中第一控制器、第二控制器的输入端皆与处理器连接，第一控制器的输出端与温度调节模块连接，第二控制器的输出端与湿度调节模块连接；所述存储器储存有预设指标阈值，存储器与处理器通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种医药储存环境智能监测系统，其特征是，温度调节模块包括多个温度调节单元，其中每个传感器节点所监测位置设置一个温度调节单元，而第一控制器与各温度调节单元通信连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种医药储存环境智能监测系统，其特征是，所述传感器节点包括温度传感器、湿度传感器。
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