CN109672993A - 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：远程服务器与数据收集模块建立通讯连接；所述远程服务器从所述数据收集模块接收采集的数据；所述远程服务器将接收的数据发送给预先确定的本地用户设备。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，以及通过远程服务器与本地用户设备的交互，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：
远程服务器与数据收集模块建立通讯连接；
所述远程服务器从所述数据收集模块接收采集的数据；
所述远程服务器将接收的数据发送给预先确定的本地用户设备；
其中，所述数据通信模块包括汇聚节点、多个簇头和多个传感器节点，所述汇聚节点与所述远程服务器建立通讯连接；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远程服务器；簇头与汇聚节点之间的距离未超过当前的距离阈值时，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当前的距离阈值时，簇头在其附近的簇头中选择下一跳节点，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，所述远程服务器从数据收集模块接收采集的数据的步骤之后，该方法包括：
远程服务器保存接收的数据；
远程服务器响应本地用户设备的访问请求，提供保存的数据的操作界面给所述本地用户设备；
远程服务器响应所述本地用户设备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，所述远程服务器从数据收集模块接收采集的数据的步骤之后，该方法还包括：
所述远程服务器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，所述远程服务器将异常的数据发送至预先确定的本地用户设备。
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数据收集模块之间的通讯连接；
所述接收模块用于从数据收集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，发送给预先确定的本地用户设备；
其中，所述数据通信模块包括汇聚节点、多个簇头和多个传感器节点，所述汇聚节点与所述远程服务器建立通讯连接；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远程服务器；簇头与汇聚节点之间的距离未超过当前的距离阈值时，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当前的距离阈值时，簇头在其附近的簇头中选择下一跳节点，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本地用户设备的访问请求，并控制通信模块发送保存的数据的操作界面给所述本地用户设备，以及响应所述本地用户设备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在检测到数据异常时，控制所述通信模块将异常的数据发送至预先确定的本地用户设备。
本发明第三方面还提供了一种数据收集系统，该系统包括远程服务器、数据收集模块和本地用户设备，所述远程服务器、数据收集模块和本地用户设备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，以及通过远程服务器与本地用户设备的交互，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、远程服务器10、数据收集模块20、本地用户设备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远程服务器与数据收集模块建立通讯连接。
S2所述远程服务器从所述数据收集模块接收采集的数据。
其中，所述数据通信模块包括汇聚节点、多个簇头和多个传感器节点，所述汇聚节点与所述远程服务器建立通讯连接；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远程服务器；簇头与汇聚节点之间的距离未超过当前的距离阈值时，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当前的距离阈值时，簇头在其附近的簇头中选择下一跳节点，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所述远程服务器将接收的数据发送给预先确定的本地用户设备。
在一种能够实现的方式中，所述远程服务器从数据收集模块接收采集的数据的步骤之后，该方法包括：
远程服务器保存接收的数据；
远程服务器响应本地用户设备的访问请求，提供保存的数据的操作界面给所述本地用户设备；
远程服务器响应所述本地用户设备基于所述操作界面的操作。
在一种能够实现的方式中，所述远程服务器从数据收集模块接收采集的数据的步骤之后，该方法还包括：
所述远程服务器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，所述远程服务器将异常的数据发送至预先确定的本地用户设备。
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用于建立与数据收集模块之间的通讯连接；
所述接收模块2用于从数据收集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，发送给预先确定的本地用户设备；
其中，所述数据通信模块包括汇聚节点、多个簇头和多个传感器节点，所述汇聚节点与所述远程服务器建立通讯连接；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远程服务器；簇头与汇聚节点之间的距离未超过当前的距离阈值时，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当前的距离阈值时，簇头在其附近的簇头中选择下一跳节点，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还用于响应本地用户设备的访问请求，并控制通信模块3发送保存的数据的操作界面给所述本地用户设备，以及响应所述本地用户设备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还用于在检测到数据异常时，控制所述通信模块3将异常的数据发送至预先确定的本地用户设备。
本发明第三方面还提供了一种数据收集系统，如图3所示，该系统包括远程服务器10、数据收集模块20、本地用户设备30，所述远程服务器10、数据收集模块20、本地用户设备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，以及通过远程服务器10与本地用户设备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。
在上述实施例的数据收集方法、装置及系统中，所述本地用户设备包括安卓设备、iOS设备、个人计算机、嵌入式板卡以及页面客户端中的至少一种。
在上述实施例的数据收集方法、装置及系统中，设距离汇聚节点最近、次近的簇头到汇聚节点的距离分别为Smin0、Smin1，设定所述距离阈值的初始值为0.4Smin0+0.6Smin1；
每隔一个预设的周期ΔT0，汇聚节点通过与各簇头的数据交互，获取各簇头的能量数据和位置数据，并根据所述能量数据和位置数据判断是否满足下列能量条件，若满足，汇聚节点对当前的距离阈值进行上调，并将上调的距离阈值广播至各簇头：
式中，i表示到汇聚节点的距离不超过当前的距离阈值的第i个簇头，j表示到汇聚节点的距离超过当前的距离阈值的第j个簇头，P1为到汇聚节点的距离不超过当前的距离阈值的簇头数量，P2为到汇聚节点的距离超过当前的距离阈值的簇头数量，Hi(t)为在第t个周期即当前周期获取的所述第i个簇头的剩余能量，Hi(t-1)为在第t-1周期获取的所述第i个簇头的当前剩余能量，Hj(t)为在第t个周期即当前周期获取的所述第j个簇头的当前剩余能量，Hj(t-1)为在第t-1周期获取的所述第j个簇头的当前剩余能量，r为预设的能量比例阈值，r的取值范围为[1.25，1.35]。
本实施例设定初始的距离阈值为0.4Smin0+0.6Smin1，保障了有簇头直接与汇聚节点通信。本实施例进一步提出了判断是否需要上调距离阈值的能量条件，实现了簇头在直接与汇聚节点通信和间接与汇聚节点通信之间的切换，增加了数据通信的灵活性；每隔一个预设的周期ΔT0，汇聚节点只有在各簇头的能量数据符合该条件时才进行距离阈值的上调，避免了无谓的阈值距离上调带来的能量消耗。本实施例中，该能量条件使得汇聚节点附近簇头的平均周期能耗相对于远处簇头的平均周期能耗高于一定比例时，及时加大距离阈值，以促使更多的簇头来承担数据转发的任务，从而减少原本与汇聚节点直接通信的簇头在转发数据方面的压力，进一步有利于避免能量空洞的现象，提高无线传感器网络运行的稳定性。
在一个实施例中，汇聚节点按照下列公式对当前的距离阈值进行上调：
式中，ST′为上调后的距离阈值，ST为上调前的距离阈值，为到汇聚节点的距离超过当前距离阈值的所有簇头到汇聚节点的距离的平均值，为到汇聚节点的距离未超过当前距离阈值的所有簇头到汇聚节点的距离的平均值；
当ST′达到预设的距离上限或者上调次数达到预设的次数阈值时，停止距离阈值的上调。
本实施例提出了距离阈值的上调公式，该公式以到汇聚节点的距离超过当前距离阈值的所有簇头到汇聚节点的距离的平均值作为距离阈值的增加部分，并以相对平均周期能耗比与能量比例阈值的比较结果作为影响距离阈值增加部分的影响因素，使得距离阈值能够随着相对平均周期能耗比的增加而上调，有利于使得上调后的距离阈值更加合适当前的网络情况，保障合适数量的邻居簇头加入到与汇聚节点直接通信的簇头集合中。
在一个实施例中，簇头在其附近的簇头中选择下一跳节点，包括：
(1)簇头在相对于其距离汇聚节点更近的邻近簇头中，选择距离最近的簇头作为下一跳节点；
(2)下一跳节点按照设定的周期ΔT1定时记录自己的当前剩余能量和可用缓存大小，并判断是否满足下列预警条件，若满足，下一跳节点向该传感器节点发送反馈数据，该传感器节点收到反馈数据后，在相对于其距离汇聚节点更近的邻近传感器节点中，选择与该下一跳节点距离最近的传感器节点作为新的下一跳：
式中，Hb(a)表示下一跳节点b在第a个周期即当前判断周期记录的当前剩余能量，f[Hb(a)-Hmin]为判断取值函数，当Hb(a)-Hmin＞0时，f[Hb(a)-Hmin]＝1，当Hb(a)-Hmin≤0时，f[Hb(a)-Hmin]＝0；Vb(u)为下一跳节点b在第a个周期即当前判断周期记录的可用缓存的大小，Vb(a-1)为下一跳节点b在第a-1个周期记录的可用缓存的大小，Vmin为设定的最低缓存阈值，Sb，avg为下一跳节点b与其所有上一跳簇头的距离的平均值，d0为设定的数据包转发单位距离，δ为预设的基于距离的单位数据拥塞延缓因子，δ的取值范围为[0.01，0.03]。
本实施例提供了下一跳节点的反馈预警机制，其中创新性地设定了下一跳节点每隔一个周期ΔT判断自身情况的预警条件。现有技术中通常只是在下一跳节点的当前剩余能量低于最低能量时进行下一跳节点的重新选择，而本实施例中，该预警条件还考虑了可用缓存的情况，使得对下一跳节点的实际情况的确定更具鲁棒性和精确性。考虑可用缓存的情况时，该预警条件考虑了下一跳节点因为与各上一跳簇头存在距离而导致数据拥塞延缓的情况，使得对下一跳节点的缓存情况的确定更具鲁棒性和精确性。
本实施例中，该下一跳节点在满足该预警条件时向其上一跳传感器节点发送预警消息，促使收到该预警消息的传感器节点重新选择下一跳节点，有利于降低下一跳节点因为能量不足或者未来缓存不足而丢包的概率，进而提高数据通信的可靠性和效率。
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：
远程服务器与数据收集模块建立通讯连接；
所述远程服务器从所述数据收集模块接收采集的数据；
所述远程服务器将接收的数据发送给预先确定的本地用户设备；
其中，所述数据通信模块包括汇聚节点、多个簇头和多个传感器节点，所述汇聚节点与所述远程服务器建立通讯连接；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远程服务器；簇头与汇聚节点之间的距离未超过当前的距离阈值时，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当前的距离阈值时，簇头在其附近的簇头中选择下一跳节点，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；
设距离汇聚节点最近、次近的簇头到汇聚节点的距离分别为Smin0、Smin1，设定所述距离阈值的初始值为0.4Smin0+0.6Smin1；
每隔一个预设的周期ΔT0，汇聚节点通过与各簇头的数据交互，获取各簇头的能量数据和位置数据，并根据所述能量数据和位置数据判断是否满足下列能量条件，若满足，汇聚节点对当前的距离阈值进行上调，并将上调的距离阈值广播至各簇头：
式中，i表示到汇聚节点的距离不超过当前的距离阈值的第i个簇头，j表示到汇聚节点的距离超过当前的距离阈值的第j个簇头，P1为到汇聚节点的距离不超过当前的距离阈值的簇头数量，P2为到汇聚节点的距离超过当前的距离阈值的簇头数量，Hi(t)为在第t个周期即当前周期获取的所述第i个簇头的剩余能量，Hi(t-1)为在第t-1周期获取的所述第i个簇头的当前剩余能量，Hj(t)为在第t个周期即当前周期获取的所述第j个簇头的当前剩余能量，Hj(t-1)为在第t-1周期获取的所述第j个簇头的当前剩余能量，r为预设的能量比例阈值，r的取值范围为[1.25,1.35]。
2.根据权利要求1所述的一种数据收集方法，其特征是，所述远程服务器从数据收集模块接收采集的数据的步骤之后，该方法包括：
远程服务器保存接收的数据；
远程服务器响应本地用户设备的访问请求，提供保存的数据的操作界面给所述本地用户设备；
远程服务器响应所述本地用户设备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，所述远程服务器从数据收集模块接收采集的数据的步骤之后，该方法还包括：
所述远程服务器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，所述远程服务器将异常的数据发送至预先确定的本地用户设备。
4.一种数据收集装置，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数据收集模块之间的通讯连接；
所述接收模块用于从数据收集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，发送给预先确定的本地用户设备；
其中，所述数据通信模块包括汇聚节点、多个簇头和多个传感器节点，所述汇聚节点与所述远程服务器建立通讯连接；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远程服务器；簇头与汇聚节点之间的距离未超过当前的距离阈值时，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当前的距离阈值时，簇头在其附近的簇头中选择下一跳节点，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；
设距离汇聚节点最近、次近的簇头到汇聚节点的距离分别为Smin0、Smin1，设定所述距离阈值的初始值为0.4Smin0+0.6Smin1；
每隔一个预设的周期ΔT0，汇聚节点通过与各簇头的数据交互，获取各簇头的能量数据和位置数据，并根据所述能量数据和位置数据判断是否满足下列能量条件，若满足，汇聚节点对当前的距离阈值进行上调，并将上调的距离阈值广播至各簇头：
式中，i表示到汇聚节点的距离不超过当前的距离阈值的第i个簇头，j表示到汇聚节点的距离超过当前的距离阈值的第j个簇头，P1为到汇聚节点的距离不超过当前的距离阈值的簇头数量，P2为到汇聚节点的距离超过当前的距离阈值的簇头数量，Hi(t)为在第t个周期即当前周期获取的所述第i个簇头的剩余能量，Hi(t-1)为在第t-1周期获取的所述第i个簇头的当前剩余能量，Hj(t)为在第t个周期即当前周期获取的所述第j个簇头的当前剩余能量，Hj(t-1)为在第t-1周期获取的所述第j个簇头的当前剩余能量，r为预设的能量比例阈值，r的取值范围为[1.25,1.35]。
5.根据权利要求4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。
6.根据权利要求5所述的一种数据收集装置，其特征是，所述控制模块还用于响应本地用户设备的访问请求，并控制通信模块发送保存的数据的操作界面给所述本地用户设备，以及响应所述本地用户设备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在检测到数据异常时，控制所述通信模块将异常的数据发送至预先确定的本地用户设备。
8.一种数据收集系统，其特征是，包括远程服务器、数据收集模块和本地用户设备，所述远程服务器、数据收集模块和本地用户设备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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