CN109600728A - 一种数据收集方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种数据收集方法、装置及系统，其中方法包括：监测终端与无线传感器网络模块建立通讯连接；所述监测终端从所述无线传感器网络模块接收采集的数据；所述监测终端将接收的数据发送给预先确定的用户终端。本发明基于无线传感器网络技术，设计了一种数据收集方法、装置及系统，实现了数据的智能高效收集，以及通过监测终端与用户终端的交互，实现了对收集数据的处理，以及更有效地将各种数据呈现给用户。

Description

一种数据收集方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及数据采集和处理技术领域，具体涉及一种数据收集方法、装置及系统。
背景技术
相关技术中，在设定的监测区域对某一个目标进行监测时，通常通过人为地手持检测设备进行检测，进而将检测数据录入系统，这种数据收集的方式十分麻烦，效率低下。此外，如何将获得的各种数据进行处理，以便更有效地将各种数据呈现给用户，也是一个问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种数据收集方法、装置及系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明第一方面提供了一种数据收集方法，该方法包括以下步骤：
监测终端与无线传感器网络模块建立通讯连接；
所述监测终端从所述无线传感器网络模块接收采集的数据；
所述监测终端将接收的数据发送给预先确定的用户终端；
其中，所述无线传感器网络模块包括汇聚节点和设置于监测区域内的多个传感器节点，所述汇聚节点与所述监测终端建立通讯连接；初始时，将所述监测区域平均划分为多个子区域，在每个子区域中指定最靠近子区域中心的传感器节点作为簇头，网络初始化时，每个传感器节点选择最近的簇头加入簇；所述簇头负责收集簇内各传感器节点发送的采集的数据，并将收集的数据发送至所述汇聚节点，以由汇聚节点将数据发送至所述监测终端；
其中，簇头将收集的数据发送至所述汇聚节点，包括：簇头与汇聚节点之间的距离未超过预设的距离阈值时，直接将所述收集的数据发送至所述汇聚节点；簇头与汇聚节点之间的距离超过预设的距离阈值时，簇头在其邻居簇头列表中选择下一跳节点，将所述收集的数据发送至该下一跳节点，以由该下一跳节点转发所述收集的数据，直至将所述收集的数据发送至所述汇聚节点。
在本发明第一方面的一种能够实现的方式中，所述监测终端从无线传感器网络模块接收采集的数据的步骤之后，该方法包括：
监测终端保存接收的数据；
监测终端响应用户终端的访问请求，提供保存的数据的操作界面给所述用户终端；
监测终端响应所述用户终端基于所述操作界面的操作。
在本发明第一方面的一种能够实现的方式中，所述监测终端从无线传感器网络模块接收采集的数据的步骤之后，该方法还包括：
所述监测终端将接收的数据与预存的标准数据进行比对，以确定接收的数据是否发生异常；
在接收到的数据发生异常时，所述监测终端将异常的数据发送至预先确定的用户终端。
在本发明第一方面的一种能够实现的方式中，簇头在其邻居簇头列表中选择下一跳节点，包括：
(1)簇头通过与通信范围内的其他簇头进行信息交互，确定自己的邻居簇头列表，所述邻居簇头列表包括簇头的所有邻居簇头，所述邻居簇头为位于簇头的通信范围内的其他簇头；
(2)簇头将相对于其距离汇聚节点更近的邻居簇头作为候选中继节点，并计算各候选中继节点的通信可靠度：
式中，Wig表示簇头i的候选中继节点g的通信可靠度，ni为簇头i的候选中继节点数量，Mi为簇头i的邻居簇头数量，Mig为所述候选中继节点g的邻居簇头数量，Mi∩Mig表示簇头i与所述候选中继节点g共有的邻居簇头数量，为所述候选中继节点g的初始能量，为簇头i的第a个候选中继节点的初始能量，D(g,i)为所述候选中继节点g与簇头i的距离，D(a,i)为所述第a个候选中继节点与簇头i的距离，b1、b2为权重系数，且满足b1+b2＝1；
(3)传感器节点将通信可靠度最大的候选中继节点选定为下一跳节点。
本发明第二方面提供了一种数据收集装置，包括控制模块以及分别与控制模块连接的接收模块和通信模块；其中：
所述通信模块用于建立与无线传感器网络模块之间的通讯连接；
所述接收模块用于从无线传感器网络模块接收采集的数据；
所述控制模块用于控制所述通信模块将接收的数据，发送给预先确定的用户终端；
其中，所述无线传感器网络模块包括汇聚节点和设置于监测区域内的多个传感器节点，所述通信模块与所述汇聚节点建立通讯连接；初始时，将所述监测区域平均划分为多个子区域，在每个子区域中指定最靠近子区域中心的传感器节点作为簇头，网络初始化时，每个传感器节点选择最近的簇头加入簇；所述簇头负责收集簇内各传感器节点发送的采集的数据，并将收集的数据发送至所述汇聚节点；其中，簇头将收集的数据发送至所述汇聚节点，包括：簇头与汇聚节点之间的距离未超过预设的距离阈值时，直接将所述收集的数据发送至所述汇聚节点；簇头与汇聚节点之间的距离超过预设的距离阈值时，簇头在其邻居簇头列表中选择下一跳节点，将所述收集的数据发送至该下一跳节点，以由该下一跳节点转发所述收集的数据，直至将所述收集的数据发送至所述汇聚节点。
在本发明第二方面的一种能够实现的方式中，还包括存储模块用于保存接收的数据；所述控制模块还用于响应用户终端的访问请求，并控制通信模块发送保存的数据的操作界面给所述用户终端，以及响应所述用户终端基于所述操作界面的操作。
在本发明第二方面的一种能够实现的方式中，所述控制模块还用于若检测得到的数据异常，则控制所述通信模块将异常的数据发送至预先确定的用户终端。
本发明第三方面还提供了一种数据收集系统，该系统包括监测终端、无线传感器网络模块和用户终端，所述监测终端、无线传感器网络模块和用户终端用于执行如上所述的一种数据收集方法。
本发明的有益效果为：基于无线传感器网络技术，设计了一种数据收集方法、装置及系统，实现了数据的智能高效收集，以及通过监测终端与用户终端的交互，实现了对收集数据的处理，以及更有效地将各种数据呈现给用户。
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数据收集方法的流程示意图；
图2是本发明一个示例性实施例的一种数据收集装置的结构示意框图；
图3是本发明一个示例性实施例的一种数据收集系统的结构示意框图。
附图标记：
控制模块1、接收模块2、通信模块3、存储模块4、监测终端10、无线传感器网络模块20、用户终端30。
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，本发明第一方面实施例提供了一种数据收集方法，该方法包括以下步骤：
S1监测终端与无线传感器网络模块建立通讯连接。
S2所述监测终端从所述无线传感器网络模块接收采集的数据。
其中，所述无线传感器网络模块包括汇聚节点和设置于监测区域内的多个传感器节点，所述汇聚节点与所述监测终端建立通讯连接；初始时，将所述监测区域平均划分为多个子区域，在每个子区域中指定最靠近子区域中心的传感器节点作为簇头，网络初始化时，每个传感器节点选择最近的簇头加入簇；所述簇头负责收集簇内各传感器节点发送的采集的数据，并将收集的数据发送至所述汇聚节点，以由汇聚节点将数据发送至所述监测终端；
其中，簇头将收集的数据发送至所述汇聚节点，包括：簇头与汇聚节点之间的距离未超过预设的距离阈值时，直接将所述收集的数据发送至所述汇聚节点；簇头与汇聚节点之间的距离超过预设的距离阈值时，簇头在其邻居簇头列表中选择下一跳节点，将所述收集的数据发送至该下一跳节点，以由该下一跳节点转发所述收集的数据，直至将所述收集的数据发送至所述汇聚节点。
S3所述监测终端将接收的数据发送给预先确定的用户终端。
在一种能够实现的方式中，所述监测终端从无线传感器网络模块接收采集的数据的步骤之后，该方法包括：
监测终端保存接收的数据；
监测终端响应用户终端的访问请求，提供保存的数据的操作界面给所述用户终端；
监测终端响应所述用户终端基于所述操作界面的操作。
在一种能够实现的方式中，所述监测终端从无线传感器网络模块接收采集的数据的步骤之后，该方法还包括：
所述监测终端将接收的数据与预存的标准数据进行比对，以确定接收的数据是否发生异常；
在接收到的数据发生异常时，所述监测终端将异常的数据发送至预先确定的用户终端。
在一种能够实现的方式中，簇头在其邻居簇头列表中选择下一跳节点，包括：
(1)簇头通过与通信范围内的其他簇头进行信息交互，确定自己的邻居簇头列表，所述邻居簇头列表包括簇头的所有邻居簇头，所述邻居簇头为位于簇头的通信范围内的其他簇头；
(2)簇头将相对于其距离汇聚节点更近的邻居簇头作为候选中继节点，并计算各候选中继节点的通信可靠度：
式中，Wig表示簇头i的候选中继节点g的通信可靠度，ni为簇头i的候选中继节点数量，Mi为簇头i的邻居簇头数量，Mig为所述候选中继节点g的邻居簇头数量，Mi∩Mig表示簇头i与所述候选中继节点g共有的邻居簇头数量，为所述候选中继节点g的初始能量，为簇头i的第a个候选中继节点的初始能量，D(g,i)为所述候选中继节点g与簇头i的距离，D(a,i)为所述第a个候选中继节点与簇头i的距离，b1、b2为权重系数，且满足b1+b2＝1；
(3)传感器节点将通信可靠度最大的候选中继节点选定为下一跳节点。
由于传感器节点对部署的环境比较敏感，同时工作环境也是复杂多变的，这些都将导致传感器节点出现各种故障状态，这些故障状态将导致传感器节点不能很好地承担转发数据的任务。本实施例考虑了簇头自身资源和部署的实际情况，创新性地定义了候选中继节点的通信可靠度的计算公式，本实施例根据该计算公式的结果选定通信可靠度最小的候选中继节点作为下一跳节点，能够有效保障数据向汇聚节点的方向传输，同时提高数据传输的可靠性，从而完成可靠高效的数据收集。
在一个实施例中，下一跳节点j每经过一个周期ΔT1，判断自身是否符合下列中继条件，若不符合，则不再接收上一跳的簇头发送的数据，并向其上一跳的簇头发送反馈消息，以促使该簇头重新选择下一跳节点：
式中，Ej0为下一跳节点j的初始能量，Ej为下一跳节点j的当前剩余能量，E0为预设的转发一个数据包消耗的能量，Zj为所述下一跳节点j的当前缓存列表中具有的数据包数量，τ为预设的能量消耗系数，τ的取值范围为[1.2,1.5]；Rjmax为下一跳节点j按照最大功率调节的通信距离，σ为预设的能量影响因子，σ的取值范围为[0.2,0.4]，D(c,j)为下一跳节点j与其第c个邻居簇头的距离，Mj为所述下一跳节点j的邻居簇头数量。
本实施例中下一跳节点每经过一个周期判断自身是否符合中继条件，若不符合，则不再承担数据转发的任务，并向其上一跳的簇头发送反馈消息。本实施例基于能量的因素，创新性地设定了该中继条件，为下一跳节点衡量自身是否能够转发数据提供了指标，并进一步设计了反馈机制。通过该评判指标及反馈机制，下一跳节点在能量不足以负责数据传输时向其上一跳的簇头发送反馈消息，有利于提高数据传输至汇聚节点的可靠性，提高了节点间路由的鲁棒性；通过上述反馈机制，实现了下一跳节点的更新，能够均衡各候选中继节点的负载，同时避免充当下一跳节点的簇头的能量过度损耗，提高数据收集的稳定性。
在一个实施例中，设与汇聚节点直接进行数据传输的簇头集合为H，集合H中各簇头按照设定的周期ΔT2计算自身的能量势力，若集合H中簇头p的自身的能量势力小于0，则簇头p向其邻居簇头广播数据，以避免邻居簇头选择其作为下一跳节点，所述能量势力的计算公式为：
式中，Fp表示簇头p的能量势力，Ep为簇头p的当前剩余能量，Epy为簇头p的第y个邻居簇头的当前剩余能量，mp为簇头p的邻居簇头数量，Rp为簇头p的当前通信距离，El为集合H中的第l个传感器节点的当前剩余能量，RO为汇聚节点的通信距离。
与汇聚节点直接进行数据传输的簇头，由于靠近汇聚节点，不仅需要向汇聚节点发送其收集的数据，而且需要作为多个邻居簇头的下一跳节点，因此相对于其他距离汇聚节点较远的簇头，需要消耗更多的能量，所以无线传感器网络在汇聚节点附近容易产生能量空洞。基于此问题，本实施例中由此类簇头自行计算自身的能量势力，当自身的能量势力小于0时拒绝承担中继转发数据的任务。本实施例能够有益于平衡各簇头的能量，减少能量空洞现象，进而有效延长网络生存时间，提高数据收集的稳定性。
本发明第二方面实施例提供了一种数据收集装置。如图2所示，该装置包括控制模块1以及分别与控制模块1连接的接收模块2和通信模块3；其中：
所述通信模块3用于建立与无线传感器网络模块之间的通讯连接；
所述接收模块2用于从无线传感器网络模块接收采集的数据；
所述控制模块1用于控制所述通信模块3将接收的数据，发送给预先确定的用户终端；
其中，所述无线传感器网络模块包括汇聚节点和设置于监测区域内的多个传感器节点，所述通信模块3与所述汇聚节点建立通讯连接；初始时，将所述监测区域平均划分为多个子区域，在每个子区域中指定最靠近子区域中心的传感器节点作为簇头，网络初始化时，每个传感器节点选择最近的簇头加入簇；所述簇头负责收集簇内各传感器节点发送的采集的数据，并将收集的数据发送至所述汇聚节点；
其中，簇头将收集的数据发送至所述汇聚节点，包括：簇头与汇聚节点之间的距离未超过预设的距离阈值时，直接将所述收集的数据发送至所述汇聚节点；簇头与汇聚节点之间的距离超过预设的距离阈值时，簇头在其邻居簇头列表中选择下一跳节点，将所述收集的数据发送至该下一跳节点，以由该下一跳节点转发所述收集的数据，直至将所述收集的数据发送至所述汇聚节点。
在一种能够实现的方式中，还包括存储模块4用于保存接收的数据；所述控制模块1还用于响应用户终端的访问请求，并控制通信模块3发送保存的数据的操作界面给所述用户终端，以及响应所述用户终端基于所述操作界面的操作。
在一种能够实现的方式中，所述控制模块1还用于若检测得到的数据异常，则控制所述通信模块3将异常的数据发送至预先确定的用户终端。
本发明第三方面还提供了一种数据收集系统，如图3所示，该系统包括监测终端10、无线传感器网络模块20、用户终端30，所述监测终端10、无线传感器网络模块20、用户终端30用于执行如上所述的一种数据收集方法。
本发明上述实施例基于无线传感器网络技术，设计了一种数据收集方法、装置及系统，实现了数据的智能高效收集，以及通过监测终端10与用户终端30的交互，实现了对收集数据的处理，以及更有效地将各种数据呈现给用户。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统和终端的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
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、数字信号处理系统、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系统、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 (8)

1.一种数据收集方法，其特征是，包括以下步骤：
监测终端与无线传感器网络模块建立通讯连接；
所述监测终端从所述无线传感器网络模块接收采集的数据；
所述监测终端将接收的数据发送给预先确定的用户终端；
其中，所述无线传感器网络模块包括汇聚节点和设置于监测区域内的多个传感器节点，所述汇聚节点与所述监测终端建立通讯连接；初始时，将所述监测区域平均划分为多个子区域，在每个子区域中指定最靠近子区域中心的传感器节点作为簇头，网络初始化时，每个传感器节点选择最近的簇头加入簇；所述簇头负责收集簇内各传感器节点发送的采集的数据，并将收集的数据发送至所述汇聚节点，以由汇聚节点将数据发送至所述监测终端；
其中，簇头将收集的数据发送至所述汇聚节点，包括：簇头与汇聚节点之间的距离未超过预设的距离阈值时，直接将所述收集的数据发送至所述汇聚节点；簇头与汇聚节点之间的距离超过预设的距离阈值时，簇头在其邻居簇头列表中选择下一跳节点，将所述收集的数据发送至该下一跳节点，以由该下一跳节点转发所述收集的数据，直至将所述收集的数据发送至所述汇聚节点。
2.根据权利要求1所述的一种数据收集方法，其特征是，所述监测终端从无线传感器网络模块接收采集的数据的步骤之后，该方法包括：
监测终端保存接收的数据；
监测终端响应用户终端的访问请求，提供保存的数据的操作界面给所述用户终端；
监测终端响应所述用户终端基于所述操作界面的操作。
3.根据权利要求2所述的一种数据收集方法，其特征是，所述监测终端从无线传感器网络模块接收采集的数据的步骤之后，该方法还包括：
所述监测终端将接收的数据与预存的标准数据进行比对，以确定接收的数据是否发生异常；
在接收到的数据发生异常时，所述监测终端将异常的数据发送至预先确定的用户终端。
4.根据权利要求1所述的一种数据收集方法，其特征是，簇头在其邻居簇头列表中选择下一跳节点，包括：
(1)簇头通过与通信范围内的其他簇头进行信息交互，确定自己的邻居簇头列表，所述邻居簇头列表包括簇头的所有邻居簇头，所述邻居簇头为位于簇头的通信范围内的其他簇头；
(2)簇头将相对于其距离汇聚节点更近的邻居簇头作为候选中继节点，并计算各候选中继节点的通信可靠度：
式中，Wig表示簇头i的候选中继节点g的通信可靠度，ni为簇头i的候选中继节点数量，Mi为簇头i的邻居簇头数量，Mig为所述候选中继节点g的邻居簇头数量，Mi∩Mig表示簇头i与所述候选中继节点g共有的邻居簇头数量，为所述候选中继节点g的初始能量，为簇头i的第a个候选中继节点的初始能量，D(g,i)为所述候选中继节点g与簇头i的距离，D(a,i)为所述第a个候选中继节点与簇头i的距离，b1、b2为权重系数，且满足b1+b2＝1；
(3)传感器节点将通信可靠度最大的候选中继节点选定为下一跳节点。
5.一种数据收集装置，其特征是，包括控制模块以及分别与控制模块连接的接收模块和通信模块；其中：
所述通信模块用于建立与无线传感器网络模块之间的通讯连接；
所述接收模块用于从无线传感器网络模块接收采集的数据；
所述控制模块用于控制所述通信模块将接收的数据，发送给预先确定的用户终端；
其中，所述无线传感器网络模块包括汇聚节点和设置于监测区域内的多个传感器节点，所述通信模块与所述汇聚节点建立通讯连接；初始时，将所述监测区域平均划分为多个子区域，在每个子区域中指定最靠近子区域中心的传感器节点作为簇头，网络初始化时，每个传感器节点选择最近的簇头加入簇；所述簇头负责收集簇内各传感器节点发送的采集的数据，并将收集的数据发送至所述汇聚节点；
其中，簇头将收集的数据发送至所述汇聚节点，包括：簇头与汇聚节点之间的距离未超过预设的距离阈值时，直接将所述收集的数据发送至所述汇聚节点；簇头与汇聚节点之间的距离超过预设的距离阈值时，簇头在其邻居簇头列表中选择下一跳节点，将所述收集的数据发送至该下一跳节点，以由该下一跳节点转发所述收集的数据，直至将所述收集的数据发送至所述汇聚节点。
6.根据权利要求5所述的一种数据收集装置，其特征是，还包括存储模块用于保存接收的数据；所述控制模块还用于响应用户终端的访问请求，并控制通信模块发送保存的数据的操作界面给所述用户终端，以及响应所述用户终端基于所述操作界面的操作。
7.根据权利要求6所述的一种数据收集装置，其特征是，所述控制模块还用于若检测得到的数据异常，则控制所述通信模块将异常的数据发送至预先确定的用户终端。
8.一种数据收集系统，其特征是，包括监测终端、无线传感器网络模块和用户终端，所述监测终端、无线传感器网络模块和用户终端用于执行如权利要求1-4任一项所述的一种数据收集方法。
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