CN109861971A - 一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统及方法，其中所述系统包括无线传感器网络模块、云服务系统和本地设备，所述方法包括：云服务系统接收并存储由无线传感器网络模块实时采集并及时发送的数据；所述云服务系统接收由本地设备发送的登录密钥信息，并将所述登录密钥信息与预先存储的登录密钥信息进行匹配，当匹配成功时与所述本地设备建立通信连接；所述云服务系统对所接收的数据进行异常分析，在所接收的数据发生异常时，将异常的数据发送至与其建立通信的本地设备，以通过所述本地设备的人机界面呈现所述异常的数据。

Description

一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统及方法

技术领域

本发明涉及数据采集和管理技术领域，具体涉及一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统及方法。

背景技术

随着科技的发展，早期的人工监测已经基本被淘汰，传统的做法就是派人到各个监测区域手持检测设备进行监测，并将获取的数据录入到相关的系统，这种监测方法效率低、成本高，而且用户不能够实时获取到所需的数据。

随着计算机技术和无线传感器网络技术的发展，对大范围区域内的无线监测提供了可能的方法和手段。无线传感器网络是由大量无线传感器节点以自组织模式构成的网络，它具有传感器节点密度高、网络拓扑变化频繁以及节点功率、计算能力和数据存储能力有限等特点，使得无线传感器网络在环境监测军事、医疗健康、家庭智能监控和其他商业领域有着广泛的应用前景。然而，现有的无线传感器网络因传感器节点的能量有限，依然存在较多的缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统及方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明第一方面实施例提供了一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统，该系统包括无线传感器网络模块、云服务系统和本地设备，所述无线传感器网络模块用于对数据进行实时采集，并将所采集的数据及时传输至云服务系统；

所述云服务系统包括云存储模块、数据管理模块和数据分析模块，所述云存储模块用于存储从所述无线传感器网络模块处接收的数据以及所述本地设备的登录密钥信息，所述数据管理模块用于对所述接收的数据以及所述登录密钥信息进行管理；

所述数据分析模块在所述本地设备发送的登录密钥信息与云存储模块中的登录密钥信息匹配时，与所述本地设备建立通信连接；

所述数据分析模块用于对所述接收的数据进行异常分析，在所述接收的数据发生异常时，所述数据分析模块将异常的数据发送至与其建立通信的本地设备，以通过所述本地设备的人机界面呈现所述异常的数据；

其中，所述无线传感器网络模块包括汇聚节点和多个用于采集数据的传感器节点，每个传感器节点根据到汇聚节点的距离选择直接通信或者间接通信的模式与所述汇聚节点通信，所述直接通信为传感器节点直接将采集的数据发送至所述汇聚节点，所述间接通信为传感器节点将采集的数据发送至下一跳节点，以由下一跳节点转发所述采集的数据，直至该采集的数据发送至汇聚节点。

在本发明第一方面实施例的一种能够实现的方式中，对所述接收的数据进行管理，包括对云存储模块中数据进行查看、修改和/或添加。

在本发明第一方面实施例的一种能够实现的方式中，所述数据分析模块还用于：响应与其建立通信连接的本地设备的访问请求，提供存储的数据的操作界面给所述本地设备；

所述数据分析模块响应所述本地设备基于所述操作界面的操作。

在本发明第一方面实施例的一种能够实现的方式中，所述登录密钥信息包括密钥，以及该密钥拥有者的身份证标识信息。

本发明第二方面实施例提供了一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理方法，该方法包括：

云服务系统接收并存储由无线传感器网络模块实时采集并及时发送的数据；

所述云服务系统接收由本地设备发送的登录密钥信息，并将所述登录密钥信息与预先存储的登录密钥信息进行匹配，当匹配成功时与所述本地设备建立通信连接；

所述云服务系统对所接收的数据进行异常分析，在所接收的数据发生异常时，将异常的数据发送至与其建立通信的本地设备，以通过所述本地设备的人机界面呈现所述异常的数据。

在本发明第二方面实施例的一种能够实现的方式中，所述云服务系统还对存储的数据以及登录密钥信息进行管理，对数据的管理包括对存储的数据进行查看、修改和/或添加。

在本发明第二方面实施例的一种能够实现的方式中，与所述本地设备建立通信连接之后，所述云服务系统还响应与其建立通信连接的本地设备的访问请求，提供存储的数据的操作界面给所述本地设备；

所述云服务系统响应所述本地设备基于所述操作界面的操作。

本发明上述实施例基于无线传感器网络和云服务技术，实现了数据的无线通信和对数据的实时处理，无需布线，节省人力物力；通过数据分析模块与本地设备的交互，可以更有效地更实时地将用户所需的数据呈现给用户；通过对本地设备进行账号信息验证，实现了数据隐私的保护。

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服务系统的数据信息化采集和管理系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统方法的流程示意图。

附图标记：

无线传感器网络模块1、云服务系统2、本地设备3。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明第一方面实施例提供了一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统，该系统包括无线传感器网络模块1、云服务系统2和本地设备3，所述无线传感器网络模块1用于对数据进行实时采集，并将所采集的数据及时传输至云服务系统2；

所述云服务系统2包括云存储模块、数据管理模块和数据分析模块，所述云存储模块用于存储从所述无线传感器网络模块1处接收的数据以及所述本地设备3的登录密钥信息，所述数据管理模块用于对所述接收的数据以及所述登录密钥信息进行管理；

所述数据分析模块在所述本地设备3发送的登录密钥信息与云存储模块中的登录密钥信息匹配时，与所述本地设备3建立通信连接；

所述数据分析模块用于对所述接收的数据进行异常分析，在所述接收的数据发生异常时，所述数据分析模块将异常的数据发送至与其建立通信的本地设备3，以通过所述本地设备3的人机界面呈现所述异常的数据；

其中，所述无线传感器网络模块1包括汇聚节点和多个用于采集数据的传感器节点，每个传感器节点根据到汇聚节点的距离选择直接通信或者间接通信的模式与所述汇聚节点通信，所述直接通信为传感器节点直接将采集的数据发送至所述汇聚节点，所述间接通信为传感器节点将采集的数据发送至下一跳节点，以由下一跳节点转发所述采集的数据，直至该采集的数据发送至汇聚节点。

在本发明第一方面实施例的一种能够实现的方式中，对所述接收的数据进行管理，包括对云存储模块中数据进行查看、修改和/或添加。

在本发明第一方面实施例的一种能够实现的方式中，所述数据分析模块还用于：响应与其建立通信连接的本地设备3的访问请求，提供存储的数据的操作界面给所述本地设备3；

所述数据分析模块响应所述本地设备3基于所述操作界面的操作。

在本发明第一方面实施例的一种能够实现的方式中，所述登录密钥信息包括密钥，以及该密钥拥有者的身份证标识信息。

如图2所示，本发明第二方面实施例提供了一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理方法，该方法包括：

S01云服务系统2接收并存储由无线传感器网络模块1实时采集并及时发送的数据。其中，所述无线传感器网络模块1包括汇聚节点和多个用于采集数据的传感器节点，每个传感器节点根据到汇聚节点的距离选择直接通信或者间接通信的模式与所述汇聚节点通信，所述直接通信为传感器节点直接将采集的数据发送至所述汇聚节点，所述间接通信为传感器节点将采集的数据发送至下一跳节点，以由下一跳节点转发所述采集的数据，直至该采集的数据发送至汇聚节点。

S02所述云服务系统2接收由本地设备3发送的登录密钥信息，并将所述登录密钥信息与预先存储的登录密钥信息进行匹配，当匹配成功时与所述本地设备3建立通信连接；

S03所述云服务系统2对所接收的数据进行异常分析，在所接收的数据发生异常时，将异常的数据发送至与其建立通信的本地设备3，以通过所述本地设备3的人机界面呈现所述异常的数据。

在本发明第二方面实施例的一种能够实现的方式中，所述云服务系统2还对存储的数据以及登录密钥信息进行管理，对数据的管理包括对存储的数据进行查看、修改和/或添加。

在本发明第二方面实施例的一种能够实现的方式中，与所述本地设备3建立通信连接之后，所述云服务系统2还响应与其建立通信连接的本地设备3的访问请求，提供存储的数据的操作界面给所述本地设备3；

所述云服务系统2响应所述本地设备3基于所述操作界面的操作。

本发明上述实施例基于无线传感器网络和云服务技术，实现了数据的无线通信和对数据的实时处理，无需布线，节省人力物力；通过数据分析模块与本地设备3的交互，可以更有效地更实时地将用户所需的数据呈现给用户；通过对本地设备3进行账号信息验证，实现了数据隐私的保护。

在上述实施例的一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统及方法中，每个传感器节点根据到汇聚节点的距离选择直接通信或者间接通信的模式与所述汇聚节点通信，具体为：传感器节点到汇聚节点的距离小于设定的距离阈值时，到汇聚节点的距离的模式与所述汇聚节点通信，否则选择间接通信的模式与所述汇聚节点通信。

在上述实施例的一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统及方法中，传感器节点初始时与各邻居节点即通信范围内的其他传感器节点进行信息交互，构建邻居节点列表，并计算与各邻居节点的相似度，将相似度存储到所述邻居节点列表中的相应位置，所述相似度的计算公式为：

式中，A_xj为传感器节点x与其邻居节点j的相似度，C_x为传感器节点x的邻居节点数量，C_j为所述邻居节点j的邻居节点数量，C_x∩C_j为所述传感器节点x与所述邻居节点j共有的邻居节点数量，d(x，j)为所述传感器节点x与所述邻居节点j的距离，d_x，max为所述传感器节点x与其邻居节点的最大距离，z₁为预设的基于通信范围交叉的影响因子，z₁的取值范围为[0.4，0.5]，z₂为预设的基于距离的影响因子，z₂的取值范围为[0.3，0.4]；

传感器节点选择下一跳节点时，具体执行：

(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候选节点；

(2)传感器节点按照设定的周期ΔT₁，周期性地按照下列公式计算自己的选择距离：

式中，CS_x为传感器节点x的选择距离，P_x0为传感器节点x的初始能量，P_x为传感器节点x的当前剩余能量，θ为预设的能耗影响因子，R_x为传感器节点x的通信距离；

(3)传感器节点在到其距离小于当前的选择距离的候选节点中，选择相似度最小的邻居节点作为下一跳节点。

其中，所述选择距离小于R_x/3时，停止选择距离的更新。

本实施例提出了传感器节点选择下一跳节点的机制，其中根据通信范围交叉和距离因素进一步提出了节点相似度的计算公式，该相似度可以表征两个节点的社会关联度。该机制中，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下一跳节点的候选节点，保障了数据向汇聚节点的定向传输；传感器节点在到其距离小于当前的选择距离的候选节点中，选择相似度最小的邻居节点作为下一跳节点，一方面能够使得传感器节点根据自己的能量情况选择合适距离的下一跳节点，保障数据能够可靠地被转发至下一跳节点，另一方面，能够使得传感器节点尽量选择与自己关联不大的邻居节点，降低数据冲突，提高发送数据至汇聚节点的效率。

在一个实施例中，下一跳节点每隔一个周期ΔT₂判断自身的数据处理情况，若满足下列条件，该下一跳节点向其所有上一跳传感器节点发送预警信息，促使收到该预警信息的传感器节点重新选择下一跳节点：

式中，P_l为下一跳节点l的当前剩余能量，P_l0为下一跳节点l的初始能量，τ_l为下一跳节点l到目前为止判断自身的数据处理情况的次数，P_min为预设的最小能量值，S_l(τ_l)为下一跳节点l在第τ_l次判断自身的数据处理情况时当前可用缓存的大小，S_l(τ_l-1)为下一跳节点l在第τ_l-1次判断自身的数据处理情况时当前可用缓存的大小，S_min为设定的最低缓存阈值，为判断取值函数，当时，当时，

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判断自身的数据处理情况的判断条件。该判断条件中确定下一跳节点的缓存情况时，考虑了缓存的延时性，从而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。该判断条件中确定下一跳节点的能量情况时，不仅考虑了下一跳节点的当前剩余能量，而且考虑了下一跳节点在一周期内可能消耗的能量，即能耗的延时性，使得对下一跳节点的能量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判断条件时向其上一跳传感器节点发送预警信息，促使收到该预警信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数据处理效率过慢而拒绝接受数据或者因能量不足而丢包的概率，进而提高数据通信的可靠性和效率。

在一个实施例中，所述预警信息包括下一跳节点的邻居节点列表信息，收到该预警信息的传感器节点重新选择下一跳节点时，确定到其距离小于当前的选择距离的候选节点，构建候选节点集合，若候选节点集合不存在该下一跳节点的邻居节点，传感器节点则在候选节点集合中选择相似度最小的邻居节点作为下一跳节点；

若候选节点集合存在该下一跳节点的邻居节点，传感器节点将所有候选节点集合存在的该下一跳节点的邻居节点作为待选节点，计算各待选节点相对于传感器节点和下一跳节点的相似度权值，并选择相似度权值最大的待选节点作为下一跳节点，所述相似度权值的计算公式为：

A_b(x，l)＝λ₁A_lb-λ₂A_xb

式中，A_b(x，l)为待选节点b相对于传感器节点x和下一跳节点l的相似度权值，其中下一跳节点l为传感器节点x的当前下一跳节点，A_lb为下一跳节点l与其邻居节点b即所述待选节点b的相似度，A_xb为传感器节点x与其邻居节点b即所述待选节点b的相似度，λ₁、λ₂为预设的权重系数，且满足λ₁＞λ₂，λ₁+λ₂＝1。

本实施例提出了收到当前下一跳节点的预警信息的传感器节点重新选择下一跳节点的机制，该机制中，传感器节点重新选择下一跳节点时考虑了与当前下一跳节点关联的邻居节点。传感器节点将属于当前下一跳节点的邻居节点的候选节点作为待选节点，并在各待选节点选择下一跳。本实施相应地提出了了相似度权值的计算公式，传感器节点选择相似度权值最大的待选节点作为下一跳节点，有利于使得重新选择的下一跳节点能够较好地承担当前下一跳节点的角色，减少下一跳节点不再协助传感器节点转发数据所带来的影响。

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子模块中实现：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子模块或其组合。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 (9)

1.一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统，其特征是，该系统包括无线传感器网络模块、云服务系统和本地设备，所述无线传感器网络模块用于对数据进行实时采集，并将所采集的数据及时传输至云服务系统；

所述云服务系统包括云存储模块、数据管理模块和数据分析模块，所述云存储模块用于存储从所述无线传感器网络模块处接收的数据以及所述本地设备的登录密钥信息，所述数据管理模块用于对所述接收的数据以及所述登录密钥信息进行管理；

所述数据分析模块在所述本地设备发送的登录密钥信息与云存储模块中的登录密钥信息匹配时，与所述本地设备建立通信连接；

所述数据分析模块用于对所述接收的数据进行异常分析，在所述接收的数据发生异常时，所述数据分析模块将异常的数据发送至与其建立通信的本地设备，以通过所述本地设备的人机界面呈现所述异常的数据；

其中，所述无线传感器网络模块包括汇聚节点和多个用于采集数据的传感器节点，每个传感器节点根据到汇聚节点的距离选择直接通信或者间接通信的模式与所述汇聚节点通信，所述直接通信为传感器节点直接将采集的数据发送至所述汇聚节点，所述间接通信为传感器节点将采集的数据发送至下一跳节点，以由下一跳节点转发所述采集的数据，直至该采集的数据发送至汇聚节点。

2.根据权利要求1所述的一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统，其特征是，传感器节点初始时与各邻居节点即通信范围内的其他传感器节点进行信息交互，构建邻居节点列表，并计算与各邻居节点的相似度，将相似度存储到所述邻居节点列表中的相应位置，所述相似度的计算公式为：

式中，A_xj为传感器节点x与其邻居节点j的相似度，C_x为传感器节点x的邻居节点数量，C_j为所述邻居节点j的邻居节点数量，C_x∩C_j为所述传感器节点x与所述邻居节点j共有的邻居节点数量，d(x,j)为所述传感器节点x与所述邻居节点j的距离，d_x,max为所述传感器节点x与其邻居节点的最大距离，z₁为预设的基于通信范围交叉的影响因子，z₁的取值范围为[0.4,0.5]，z₂为预设的基于距离的影响因子，z₂的取值范围为[0.3,0.4]；

传感器节点选择下一跳节点时，具体执行：

(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候选节点；

(2)传感器节点按照设定的周期ΔT₁，周期性地按照下列公式计算自己的选择距离：

式中，C#_x为传感器节点x的选择距离，P_x0为传感器节点x的初始能量，P_x为传感器节点x的当前剩余能量，θ为预设的能耗影响因子，R_x为传感器节点x的通信距离；

(3)传感器节点在到其距离小于当前的选择距离的候选节点中，选择相似度最小的邻居节点作为下一跳节点。

3.根据权利要求2所述的一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统，其特征是，对所述接收的数据进行管理，包括对云存储模块中数据进行查看、修改和/或添加。

4.根据权利要求2所述的一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统，其特征是，所述数据分析模块还用于：响应与其建立通信连接的本地设备的访问请求，提供存储的数据的操作界面给所述本地设备；

所述数据分析模块响应所述本地设备基于所述操作界面的操作。

5.根据权利要求2所述的一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理系统，其特征是，所述登录密钥信息包括密钥，以及该密钥拥有者的身份证标识信息。

6.一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

云服务系统接收并存储由无线传感器网络模块实时采集并及时发送的数据；

所述云服务系统接收由本地设备发送的登录密钥信息，并将所述登录密钥信息与预先存储的登录密钥信息进行匹配，当匹配成功时与所述本地设备建立通信连接；

所述云服务系统对所接收的数据进行异常分析，在所接收的数据发生异常时，将异常的数据发送至与其建立通信的本地设备，以通过所述本地设备的人机界面呈现所述异常的数据；

其中，所述无线传感器网络模块包括汇聚节点和多个用于采集数据的传感器节点，每个传感器节点根据到汇聚节点的距离选择直接通信或者间接通信的模式与所述汇聚节点通信，所述直接通信为传感器节点直接将采集的数据发送至所述汇聚节点，所述间接通信为传感器节点将采集的数据发送至下一跳节点，以由下一跳节点转发所述采集的数据，直至该采集的数据发送至汇聚节点。

7.根据权利要求6所述的一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理方法，其特征是，传感器节点初始时与各邻居节点即通信范围内的其他传感器节点进行信息交互，构建邻居节点列表，并计算与各邻居节点的相似度，将相似度存储到所述邻居节点列表中的相应位置，所述相似度的计算公式为：

式中，A_xj为传感器节点x与其邻居节点j的相似度，C_x为传感器节点x的邻居节点数量，C_j为所述邻居节点j的邻居节点数量，C_x∩C_j为所述传感器节点x与所述邻居节点j共有的邻居节点数量，d(x,j)为所述传感器节点x与所述邻居节点j的距离，d_x,max为所述传感器节点x与其邻居节点的最大距离，z₁为预设的基于通信范围交叉的影响因子，z₁的取值范围为[0.4,0.5]，z₂为预设的基于距离的影响因子，z₂的取值范围为[0.3,0.4]；

传感器节点选择下一跳节点时，具体执行：

(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候选节点；

(2)传感器节点按照设定的周期ΔT₁，周期性地按照下列公式计算自己的选择距离：

式中，CS_x为传感器节点x的选择距离，P_x0为传感器节点x的初始能量，P_x为传感器节点x的当前剩余能量，θ为预设的能耗影响因子，R_x为传感器节点x的通信距离；

(3)传感器节点在到其距离小于当前的选择距离的候选节点中，选择相似度最小的邻居节点作为下一跳节点。

8.根据权利要求7所述的一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理方法，其特征是，所述云服务系统还对存储的数据以及登录密钥信息进行管理，对数据的管理包括对存储的数据进行查看、修改和/或添加。

9.根据权利要求7所述的一种基于云服务系统的数据信息化采集和管理方法，其特征是，与所述本地设备建立通信连接之后，所述云服务系统还响应与其建立通信连接的本地设备的访问请求，提供存储的数据的操作界面给所述本地设备；

所述云服务系统响应所述本地设备基于所述操作界面的操作。