CN114095349B - 一种基于bats编码的农用物联网系统及部署方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于BATS编码的农用物联网系统及物联网系统部署方法，所述系统包括传感器组、主控端及接收端；所述主控端包括传感器识别模块、控制模块及第一编码模块；所述传感器识别模块获取传感器组生成的传感信息，并发送到控制模块；所述控制模块基于获取的传感信息进行数据处理，同时把驱动指令发送到编码模块；所述第一编码模块对获取的驱动指令进行BATS编码，生成指令信息包，并通过通信模块发送到对应的接收端；所述接收端还包括第一解码模块，所述第一解码模块连接有设备的驱动单元；所述接收端接收到指令信息包后，通过第一解码模块进行解码把指令信息包还原为驱动指令并发送到连接的驱动单元；所述驱动单元基于获取的驱动指令动作。

Description

一种基于BATS编码的农用物联网系统及部署方法

技术领域

本发明涉及一种基于BATS编码的农用物联网系统与方法。

背景技术

随着通信技术与互联网技术的飞速发展，人们所需的信息量日益剧增，网络中大规模数据的传输业务也越来越多，如何通过有限的网络带宽实现大规模数据的高效可靠传输已成为通信领域的研究重点。

信息数据在信道中传输时，会因为噪声干扰等因素出现衰减等现象，从而导致传输数据出现差错，降低通信质量。采用具有纠错能力的信道编码技术是提高通信系统可靠性的有效途径之一，数字喷泉码(Digital Fountain Codes,DFC)作为一种码率自适应的信道编码技术，编译码复杂度低，可保证通信系统中数据的高效可靠传输。

在现有技术中，通常通过工业级多种编程PLC与工业级网络通信盒子组合，抵抗野外环境多种自然因素，结合有线和无线信号相互配合，保证数据传输的稳定性和远程控制的可靠性。例如，申请号为201610645990.3的中国专利申请公开了基于物联网的现代农业科技孵化发展系统，农业科技成果展示及交易平台、现代农业院士工作站、现代农业金融服务创新平台、现代农业科技研究机构集群、现代农业公司集群之间相互连接，所述的农业科技成果展示及交易平台、现代农业院士工作站、现代农业金融服务创新平台、现代农业科技研究机构集群、现代农业公司集群均与物联网设施农业连接；所述的物联网设施农业中设有观光农业基地；所述的物联网设施农业与物流网终端配送中心连接；所述的物流网终端配送中心与互联网订单采购中心连接；有利于推动现代农业的科技孵化工程的运作，使得高科技普及化，并增加就业人口，从而推动金价发展。

上述传输方式并不能在在网络环境恶劣的情况下保证良好的传输效率。

批处理稀疏(Batched Sparse,BATS)编码因为其低计算复杂度和高传输效率，被认为是目前性能最佳的网络喷泉编码结合机制。BATS码由内码和外码构成。BATS码的外码通常是具有矩阵形式的喷泉码，外码将原始数据分批并编码成块(batch)，每一个块中包含相同数量的数据包；内码利用随机线性网络编码对同一个块中的数据进行编码。

虽然BATS在网络环境恶劣的情况下有着良好的传输效率，但BATS编码算法复杂，对需要快速使用的用户体验不友好，需要用户有较强的编程能力。而在智慧农业方面，传统的物联网平台也需要较强的开发能力，不利于快速部署。

因此，针对现有技术中存在的问题，亟需提供一种将BATS应用在智慧农业领域，无需编程并快速部署智慧农业常用设备的技术显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种解决在野外环境农用物联网设备的部署和使用问题，通过发射器端以BATS编码并发射控制码到各个对应农机设备上的物联网系统及其系统布置方法。

因此，根据本发明公开的一个方面，提供了一种基于BATS编码的农用物联网系统，包括：传感器组、主控端及接收端；主控端与接收端均设有通信模块，通过无线网络进行信息交互；主控端还包括传感器识别模块、控制模块及第一编码模块；传感器识别模块与传感器组连接，获取传感器组生成的传感信息，并发送到控制模块；控制模块基于获取的传感信息进行数据处理，并生成驱动指令，同时把驱动指令发送到编码模块；第一编码模块对获取的驱动指令进行BATS编码，生成指令信息包，并通过通信模块发送到对应的接收端；接收端还包括第一解码模块，第一解码模块连接有农机设备的驱动单元；接收端接收到指令信息包后，通过第一解码模块进行解码把指令信息包还原为驱动指令并发送到连接的驱动单元；驱动单元基于获取的驱动指令动作。

根据本发明的基于BATS编码的农用物联网系统，优选地，主控端还包括参数设置模块；参数设置模块与控制模块连接，用于确定控制模块的控制参数；控制模块基于设定的控制参数与获取的传感信息生成驱动指令。

根据本发明的基于BATS编码的农用物联网系统，优选地，主控端还包括有第二解码模块；接收端还包括有第二编码模块，与驱动单元连接，基于获取驱动单元对应的设备信息，进行BATS编码，并通过通信模块发送到主控端；主控端通过第二解码模块对获取的信息进行解码，并把还原的设备信息发送到控制模块。

根据本发明的基于BATS编码的农用物联网系统，优选地，第一编码模块或第二编码模块根据MQTT规范进行BATS编码。

根据本发明的基于BATS编码的农用物联网系统，优选地，控制模块还包括列表生成模块，基于获取的传感信息生成传感器列表，且基于获取的设备信息生成接收端列表，并进行存储；参数设置模块对存储的传感器列表与接收端列表进行信息关联，并确定对应的控制参数；控制参数包括传感器参数与驱动参数。

根据本发明的基于BATS编码的农用物联网系统，优选地，传感器识别模块同时获取传感器组中各个传感器的传感信息以及传感器类别信息；列表生成模块根据传感器类别信息，对传感器组中各传感器进行分类，生成传感器列表。

根据本发明的基于BATS编码的农用物联网系统，优选地，控制模块还包括传感器监测模块；传感器监测模块把接收到的传感信息与对应的传感器参数进行对比计算，并生成对比计算结果。

根据本发明的基于BATS编码的农用物联网系统，优选地，设备信息包括驱动指令信息；列表生成模块根据驱动指令信息生成驱动指令列表，并存储；控制模块还包括指令生成模块；指令生成模块基于设定的驱动参数以及从传感器监测模块获取的对比计算结果，从驱动指令列表中获取对应的驱动指令并发送到编码模块。

根据本发明的基于BATS编码的农用物联网系统，优选地，还包括若干个接收端，每个接收端均设有GPIO端口；GPIO端口用于连接农机设备的驱动单元；主控端分别单独与各个接收端通过无线网络进行信息交互。

根据本发明公开的另一个方面，提供了一种基于BATS编码的农用物联网系统的物联网系统部署方法，包括：

S1：获取各个连接的传感器的传感信息，并生成传感器列表；

S2：获取各个接收端的设备信息；

S3：在传感器列表中确定选择的传感器及对应的阈值参数；

S4：确定传感器所关联的接收端及对应的驱动参数；

S5：重复步骤S4，直至与传感器关联的接收端都完成参数的设定，并生成关联接收端列表；

S6：重复步骤S3至S5，直至完成所有传感器及其对应的接收端的设置。

本发明的基于BATS编码的农用物联网系统使用单片机开发信号发射端与接收端，将MQTT编程，BATS编码整合在硬件中，能够通过输入原始码直接得到BATS编码新型信息收发，保证系统的高可用性，为智慧农业系统提供可靠的信息传输渠道，通过简单的设置即可实现快速部署农业物联网系统。

附图说明

通过结合附图对于本发明公开的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为根据本发明公开实施例的基于BATS编码的农用物联网系统的系统方框图；

图2为根据本发明公开实施例的物联网系统部署方法的示意性流程图；

图3为根据本发明公开实施例的传感器列表界面示意图；

图4为根据本发明公开实施例的传感器参数配置界面示意图；

图5为根据本发明公开实施例的接收端列表界面示意图；

图6为根据本发明公开实施例的接收端参数配置界面示意图。

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本发明揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，一种基于BATS编码的农用物联网系统包括：传感器组、主控端、接收端及农机设备。

传感器组包括若干个传感器。按照传感器功能，可分为三大类：光敏传感器、热敏传感器及湿度传感器。

主控端包括传感器识别模块、控制模块、参数设置模块、第一编码模块、第二解码模块与通信模块。传感器组中的各个传感器分别与传感器识别模块单独连接。控制模块分别与传感器识别模块、参数设置模块、第一编码模块及第二解码模块单独连接。通信模块分别与第一编码模块及第二解码模块单独连接。

接收端包括第二编码模块、第一解码模块及通信模块，通信模块分别与第二编码模块及第一解码模块单独连接。接收端设有GPIO端口。第二编码模块、第一解码模块均通过GPIO端口与农机设备的驱动单元(包括继电器或伺服电机)连接。其中，农机设备按照基本功能可分为三大类：温度控制设备、湿度控制设备和光照控制设备。

主控端与接收端之间通过各自的通信模块，基于BATS编码与无线网络进行信息交互。其流程如下：传感器识别模块获取传感器组生成的传感信息，并发送到控制模块；控制模块基于获取的传感信息进行数据处理，并生成驱动指令，同时把驱动指令发送到第一编码模块；第一编码模块对获取的驱动指令进行BATS编码，生成指令信息包，并通过通信模块发送到对应的接收端；接收端接收到指令信息包后，通过第一解码模块进行解码把指令信息包还原为驱动指令并发送到连接的驱动单元；驱动单元基于获取的驱动指令动作。接收端基于获取驱动单元对应的设备信息，通过第二编码模块进行BATS编码，并通过通信模块发送到主控端；主控端通过第二解码模块对获取的信息进行解码，并把还原的设备信息发送到控制模块。其中，设备信息包括设备类别信息与驱动指令信息。

在编码模块中，本发明将MQTT与BATS编码进行结合，形成一套独创的、以农业物联网为重点的编码体系，具体的编码方法如下：

1、根据MQTT规范，将传感器信息或伺服机命令转成符合规范的报文；

2、将报文结合BATS编码进行加工，步骤如下

(1)根据公式X＝BG，其中G是bats编码的特色矩阵，B为原始信息，经过矩阵后成为BATS内包的信息X。

(2)将内包信息再次经过另一个特色矩阵H，得到Y＝XH，得到BATS编码外部包。

(3)将若干外部包依次发送，此时接收器开始接收数据。

在解码模块中，则按照编码时的G与H的顺序，对其进行反向矩阵操作，还原报文X。将报文以MQTT规范解析后发送至伺服装置完成动作。

在上述系统中，通过输入原始码直接得到BATS编码新型信息收发，保证系统的高可用性，为智慧农业系统提供可靠的信息传输渠道。

根据本发明的一个实施方式，控制模块还包括列表生成模块、传感器检测模块和指令生成模块。

传感器识别模块同时获取传感器组中各个传感器的传感信息以及传感器类别信息。列表生成模块根据传感器类别信息，对传感器组中各传感器进行分类，且基于获取的传感信息生成传感器列表，并进行存储；列表生成模块根据设备类别信息，对接收端进行分类，且设备信息生成接收端列表，并进行存储，以及根据驱动指令信息生成驱动指令列表。传感器列表界面如图3所示，接收端列表界面如图5所示。

参数设置模块对存储的传感器列表与接收端列表进行信息关联，并确定对应的控制参数；控制参数包括传感器参数与驱动参数。对选定的传感器进行传感器参数设置，如图4所示。在接收端列表中选择该传感器相关联的接收端，并在关联接收端列表中设定对应的驱动参数，如图6所示。最终，使每个传感器列表中每个传感器都关联有各自的关联接收端列表。

传感器监测模块用于把接收到的传感信息与对应的传感器参数进行对比计算，并生成对比计算结果。

指令生成模块；指令生成模块基于设定的驱动参数以及从传感器监测模块获取的对比计算结果，从驱动指令列表中获取对应的驱动指令并发送到编码模块。

在本发明的基于BATS编码的农用物联网系统中，每个传感器都有关联有若干个接收端，且每个接收端都能根据设定好的动作条件(由传感器及传感器参数决定)去驱动连接的农机设备，且布置方法简单，可快速部署农业物联网系统。

与上述系统相对应，本说明书还提供了基于BATS编码的农用物联网系统的物联网系统部署方法实施例，图2所示的是根据本发明公开实施例的物联网系统部署方法的流程图。如图2所示，基于BATS编码的农用物联网系统的物联网系统部署方法，包括：

S1：获取各个连接的传感器的传感信息，并生成传感器列表；

S2：获取各个接收端的设备信息；

S3：在传感器列表中确定选择的传感器及对应的阈值参数；

S4：确定传感器所关联的接收端及对应的驱动参数；

S5：重复步骤S4，直至与传感器关联的接收端都完成参数的设定，并生成关联接收端列表；

S6：重复步骤S3至S5，直至完成所有传感器及其对应的接收端的设置。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

综上所述，根据示例性实施例，基于BATS编码的农用物联网系统及物联网系统部署方法，使用单片机开发信号发射端与接收端，将MQTT编程，BATS编码整合在硬件当中，能够通过输入原始码直接得到BATS编码新型信息收发，保证系统的高可用性，为智慧农业系统提供可靠的信息传输渠道，通过简单的设置即可实现快速部署农业物联网系统。

需要指出的是，在本发明公开的系统和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明公开的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。

上述具体实施方式，并不构成对本发明公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明公开保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于BATS编码的农用物联网系统，其特征在于，包括：传感器组、主控端及接收端；所述主控端与接收端均设有通信模块，通过无线网络进行信息交互；

所述主控端还包括传感器识别模块、控制模块及第一编码模块；所述传感器识别模块与所述传感器组连接，获取所述传感器组生成的传感信息，并发送到控制模块；所述控制模块基于获取的传感信息进行数据处理，并生成驱动指令，同时把驱动指令发送到编码模块；所述第一编码模块对获取的驱动指令进行BATS编码，生成指令信息包，并通过通信模块发送到对应的接收端；

所述接收端还包括第一解码模块，所述第一解码模块连接有农机设备的驱动单元；所述接收端接收到指令信息包后，通过第一解码模块进行解码把指令信息包还原为驱动指令并发送到连接的驱动单元；

所述驱动单元基于获取的驱动指令动作。

2.根据权利要求1所述的基于BATS编码的农用物联网系统，其特征在于：

所述主控端还包括参数设置模块；所述参数设置模块与所述控制模块连接，用于确定所述控制模块的控制参数；

所述控制模块基于设定的控制参数与获取的传感信息生成驱动指令。

3.根据权利要求2所述的基于BATS编码的农用物联网系统，其特征在于：

所述主控端还包括有第二解码模块；所述接收端还包括有第二编码模块，与所述驱动单元连接，基于获取驱动单元对应的设备信息，进行BATS编码，并通过通信模块发送到所述主控端；主控端通过第二解码模块对获取的信息进行解码，并把还原的设备信息发送到控制模块。

4.根据权利要求3所述的基于BATS编码的农用物联网系统，其特征在于：

所述第一编码模块或第二编码模块根据MQTT规范进行BATS编码。

5.根据权利要求3或4所述的基于BATS编码的农用物联网系统，其特征在于：

所述控制模块还包括列表生成模块，基于获取的传感信息生成传感器列表，且基于获取的设备信息生成接收端列表，并进行存储；

所述参数设置模块对存储的传感器列表与接收端列表进行信息关联，并确定对应的控制参数；所述控制参数包括传感器参数与驱动参数。

6.根据权利要求5所述的基于BATS编码的农用物联网系统，其特征在于：

所述传感器识别模块同时获取传感器组中各个传感器的传感信息以及传感器类别信息；

所述列表生成模块根据所述传感器类别信息，对传感器组中各传感器进行分类，生成传感器列表。

7.根据权利要求6所述的基于BATS编码的农用物联网系统，其特征在于：

所述控制模块还包括传感器监测模块；

所述传感器监测模块把接收到的传感信息与对应的传感器参数进行对比计算，并生成对比计算结果。

8.根据权利要求7所述的基于BATS编码的农用物联网系统，其特征在于：

所述设备信息包括驱动指令信息；所述列表生成模块根据所述驱动指令信息生成驱动指令列表，并存储；

所述控制模块还包括指令生成模块；

所述指令生成模块基于设定的驱动参数以及从所述传感器监测模块获取的对比计算结果，从驱动指令列表中获取对应的驱动指令并发送到编码模块。

9.根据权利要求6～8中任一项所述的基于BATS编码的农用物联网系统，其特征在于，还包括：

若干个接收端，每个接收端均设有GPIO端口；

所述GPIO端口用于连接农机设备的驱动单元；

所述主控端分别单独与各个接收端通过无线网络进行信息交互。

10.一种根据权利要求1至9任一项所述的基于BATS编码的农用物联网系统的物联网系统部署方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取各个连接的传感器的传感信息，并生成传感器列表；

S2：获取各个接收端的设备信息；

S3：在传感器列表中确定选择的传感器及对应的阈值参数；

S4：确定所述传感器所关联的接收端及对应的驱动参数；

S5：重复步骤S4，直至与所述传感器关联的接收端都完成参数的设定，并生成关联接收端列表；

S6：重复步骤S3至S5，直至完成所有传感器及其对应的接收端的设置。