CN114615145B - 一种物联网网关控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种物联网网关控制方法及系统。该方法包括：采集城市排水系统中每口井的数据信息，并将其打包为数据包分别传输至每个物联网网关，获取单位时间下每个数据包传输至每个网关的信号强度；同时记录每个数据包传输至每个网关的传输时间；基于信号强度和传输时间以及单位时间内的干扰强度获取每口井与每个网关之间的传输质量；预测每口井下一预设时间段干扰强度的预测序列，并获取惯性干扰；当子序列的平均值高于惯性干扰时，根据传输质量将井与网关进行匹配；当子序列的平均值不高于惯性干扰时，依据距离评价指标关闭预设比例的网关。本发明实施例能够为每口井匹配对应的网关，提高信息传输的效率。

Description

一种物联网网关控制方法及系统

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种物联网网关控制方法及系统。

背景技术

数据在传输过程中会受到各种各样的干扰因素，数据丢失现象屡见不鲜。对于城市排水系统的数据来说，传输过程中可能会受到各种各样的干扰，且这些干扰因素非常随机，当干扰因素较多时，增加网关数量，以增加传输路径，能够减少数据传输过程中的丢失现象，但是干扰较小时，多个网关同时工作又会增加能耗，造成资源的浪费。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种物联网网关控制方法及系统，所采用的技术方案具体如下：

第一方面，本发明一个实施例提供了一种物联网网关控制方法，该方法包括以下步骤：

采集城市排水系统中每口井的数据信息，并将其打包为数据包分别传输至每个物联网网关，获取单位时间下每个数据包传输至每个网关的信号强度；同时记录每个所述数据包传输至每个所述网关的传输时间；

基于所述信号强度和所述传输时间以及单位时间内的干扰强度获取每口井与每个所述网关之间的传输质量；

利用预设时间段内的每口井的干扰强度序列预测该口井下一预设时间段干扰强度的预测序列，将所述预测序列划分为多个子序列，并获取每个所述子序列的平均干扰强度，以所有所述平均干扰强度的中位数作为惯性干扰；

当所述子序列的平均值高于所述惯性干扰时，根据所述传输质量将井与所述网关进行匹配；当所述子序列的平均值不高于所述惯性干扰时，获取每个网关与每口井的距离进而得到该网关的距离评价指标，依据所述距离评价指标关闭预设比例的网关。

优选的，所述干扰强度的获取过程为：

采集每口井的井盖与井壁之间的压力信息，以所述压力信息作为对应的所述干扰强度。

优选的，所述传输质量的获取过程为：

对于每口井与每个网关，获取单位时间内的所述干扰强度的平均值，以对应的信号质量，与所述平均值和传输时间的乘积之间的比值作为所述传输质量。

优选的，所述预测序列的获取过程为：

根据每个数据包的平均传输时间与所有数据包的平均传输时间的差别计算出预测权重，利用所述预测权重作为预测网络的损失权重，以所述干扰强度序列为输入，获取所述预测序列。

优选的，所述根据所述传输质量将井与所述网关进行匹配，包括：

根据所述井的数量确定网关的最大负载数量，根据所述传输质量将所述井与网关的负载节点相互匹配。

第二方面，本发明另一个实施例提供了一种物联网网关控制系统，该系统包括以下模块：

信息获取模块，用于采集城市排水系统中每口井的数据信息，并将其打包为数据包分别传输至每个物联网网关，获取单位时间下每个数据包传输至每个网关的信号强度；同时记录每个所述数据包传输至每个所述网关的传输时间；

传输质量获取模块，用于基于所述信号强度和所述传输时间以及单位时间内的干扰强度获取每口井与每个所述网关之间的传输质量；

惯性干扰获取模块，用于利用预设时间段内的每口井的干扰强度序列预测该口井下一预设时间段干扰强度的预测序列，将所述预测序列划分为多个子序列，并获取每个所述子序列的平均干扰强度，以所有所述平均干扰强度的中位数作为惯性干扰；

网关控制模块，用于当所述子序列的平均值高于所述惯性干扰时，根据所述传输质量将井与所述网关进行匹配；当所述子序列的平均值不高于所述惯性干扰时，获取每个网关与每口井的距离进而得到该网关的距离评价指标，依据所述距离评价指标关闭预设比例的网关。

优选的，所述传输质量获取模块包括：

干扰强度获取单元，用于采集每口井的井盖与井壁之间的压力信息，以所述压力信息作为对应的所述干扰强度。

优选的，所述传输质量获取模块中所述传输质量的获取步骤为：

对于每口井与每个网关，获取单位时间内的所述干扰强度的平均值，以对应的信号质量，与所述平均值和传输时间的乘积之间的比值作为所述传输质量。

优选的，所述惯性干扰获取模块包括：

预测序列获取单元，用于根据每个数据包的平均传输时间与所有数据包的平均传输时间的差别计算出预测权重，利用所述预测权重作为预测网络的损失权重，以所述干扰强度序列为输入，获取所述预测序列。

优选的，所述网关控制模块包括：

匹配单元，用于根据所述井的数量确定网关的最大负载数量，根据所述传输质量将所述井与网关的负载节点相互匹配。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

通过获取每口井到每个网关之间的信号强度和传输时间以及干扰强度将每口井分配至传输效果最佳的网关，能够为每口井匹配对应的网关，提高信息传输的效率。同时在干扰较小时，关闭部分网关，在保证传输效率的同时减少能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种物联网网关控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种物联网网关控制方法及系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种物联网网关控制方法及系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种物联网网关控制方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S001，采集城市排水系统中每口井的数据信息，并将其打包为数据包分别传输至每个物联网网关，获取单位时间下每个数据包传输至每个网关的信号强度；同时记录每个数据包传输至每个网关的传输时间。

具体的步骤包括：

1.采集城市排水系统中每口井的数据信息。

在城市排水系统中所有井盖两侧铺设长条压力传感器，连线经过井盖处，用于检测井盖上方以及附近行人或车辆经过的信息。将信息打包成数据包，用数据包的形式将信息压缩传输给区域物联网网关。

作为一个示例，本发明实施例压力传感器采集压力信息频率设为10hz，即每秒得到十个压力传感器数值，数据利用WiFi传输。

2.获取信号强度和传输时间。

在各个物联网网关信息传递上安装RSSI接收信号强度的检测，记录第n个物联网网关和第m口井之间的信号强度

。

作为一个示例，本发明实施例的检测频率设置为1hz，即每秒都能得到m个基于井盖对网关信号强度的序列，每个时间长度下，序列里有N个值。记作

，其中N表示网关的数量。

因为数据包传输过程中会受到各种各样的干扰，所以数据包传输完成时间是会随着干扰强弱而改变的。在本发明实施例中，数据包发送的内容均为井盖压力信息，并且都是以秒为时间单位，打包数据形成数据包发送，故数据包大小相差不大。基于此，认为数据包传输总时间只跟数据干扰相关。

给每个数据包添加时间戳，自动记录每个数据包传输所需要的时间，对于每口井，发送数据包到每个网关的传输时间为

，其中N表示网关的数量。

步骤S002，基于信号强度和传输时间以及单位时间内的干扰强度获取每口井与每个网关之间的传输质量。

具体的步骤包括：

1.采集每口井的井盖与井壁之间的压力信息，以压力信息作为对应的干扰强度。

利用WiFi传输数据时，传输路径上没有遮挡的情况视为最优情况。一般情况下，车辆体积越大，其质量越大。因此本发明实施例将压力传感器数值当作数据传输路径上的信号干扰强度，对于每口井，每秒采集10次压力数值，得到一秒的干扰强度

。

2.对于每口井与每个网关，获取单位时间内的干扰强度的平均值，以对应的信号质量，与平均值和传输时间的乘积之间的比值作为传输质量。

具体的计算公式为：

其中，

表示第m口井到第n个网关的传输质量，

表示单位时间内的干扰强度的平均值，

表示第m口井到第n个网关的传输时间。

步骤S003，利用预设时间段内的每口井的干扰强度序列预测该口井下一预设时间段干扰强度的预测序列，将预测序列划分为多个子序列，并获取每个子序列的平均干扰强度，以所有平均干扰强度的中位数作为惯性干扰。

具体的步骤包括：

1.根据每个数据包的平均传输时间与所有数据包的平均传输时间的差别计算出预测权重，利用预测权重作为预测网络的损失权重，以干扰强度序列为输入，获取预测序列。

对于每口井到每个网关的传输时间

，求均值得到平均传输时间

，所有数据包的平均传输时间组成平均传输时间序列

，其中，M表示井的数量。根据每个数据包的平均传输时间与所有数据包的平均传输时间的差别计算出预测权重：

其中，

表示第i个数据包的预测权重，

表示第i个数据包的平均传输时间与所有平均传输时间序列中每个元素之间的距离之和。

对于每口井，以一天24小时为时间长度，得到一天内的信号干扰强度序列V_Day={

}，基于测得的24h信号干扰强度序列，通过TCN训练，预测干扰程度。以预测权重

作为质量分数，并归一化到相加为1的样本权重，得到

。损失函数均方差损失函数，并以预测权重作为损失函数的系数，输出预测序列

。

2.获取惯性干扰。

将通过TCN得到的预测序列以半个小时为时间长度划分为多个子序列，计算每个子序列的信号干扰强度的平均数，得到预测的信号干扰强度序列，序列里共48个元素，按顺序排列分别一天内共48个30分钟，求得数列的中位数

作为惯性干扰。

步骤S004，当子序列的平均值高于惯性干扰时，根据传输质量将井与网关进行匹配；当子序列的平均值不高于惯性干扰时，获取每个网关与每口井的距离进而得到该网关的距离评价指标，依据距离评价指标关闭预设比例的网关。

具体的步骤包括：

1.将每个子序列的干扰强度都与惯性干扰

作比较，当大于等于惯性干扰

时，此时信号干扰强度较强，井盖上方行人车辆较多，应使用K-M算法以秒为时间单位实时将井盖与物联网网关匹配，以此降低数据传输中的丢包率，增加数据到达终端的同步性。

根据井的数量确定网关的最大负载数量，根据传输质量将井与网关的负载节点利用K-M算法相互匹配。

综合信号干扰强度和井盖本身信号传输强度得到的最优路径。找到井盖向终端传输数据时要经过的最优网关。

2.当小于惯性干扰

时，根据上述物联网网关与井盖的物理距离的评价指标，关闭部分网关。原因是此时井盖上方行人车辆较少，即信号干扰源较少。使用少量网关既能稳定的数据传输，且丢包率下降，同步性增加。

在本发明实施例中，计算物联网网关g与所有井盖的物理距离，可得序列

。将序列

序列内所有数值相加得到物联网网关g与所有井盖距离的评价指标

，同理所有物联网网关与井盖的物理距离的评价指标S。通过比较所有网关与井盖之间的距离评价指标S挑选需要关闭的预设比例。即将S从小到达排序，选择预设比例的最大距离评价指标对应的网关将其关闭。

综上所述，本发明实施例采集城市排水系统中每口井的数据信息，并将其打包为数据包分别传输至每个物联网网关，获取单位时间下每个数据包传输至每个网关的信号强度；同时记录每个数据包传输至每个网关的传输时间；基于信号强度和传输时间以及单位时间内的干扰强度获取每口井与每个网关之间的传输质量；利用预设时间段内的每口井的干扰强度序列预测该口井下一预设时间段干扰强度的预测序列，将预测序列划分为多个子序列，并获取每个子序列的平均干扰强度，以所有平均干扰强度的中位数作为惯性干扰；当子序列的平均值高于惯性干扰时，根据传输质量将井与网关进行匹配；当子序列的平均值不高于惯性干扰时，获取每个网关与每口井的距离进而得到该网关的距离评价指标，依据距离评价指标关闭预设比例的网关。本发明实施例能够为每口井匹配对应的网关，提高信息传输的效率，同时在干扰较小时，关闭部分网关，减少能耗。

本发明实施例还提出了一种物联网网关控制系统，该系统包括信息获取模块、传输质量获取模块、惯性干扰获取模块以及网关控制模块。

具体的，信息获取模块用于采集城市排水系统中每口井的数据信息，并将其打包为数据包分别传输至每个物联网网关，获取单位时间下每个数据包传输至每个网关的信号强度；同时记录每个数据包传输至每个网关的传输时间；传输质量获取模块用于基于信号强度和传输时间以及单位时间内的干扰强度获取每口井与每个网关之间的传输质量；惯性干扰获取模块用于利用预设时间段内的每口井的干扰强度序列预测该口井下一预设时间段干扰强度的预测序列，将预测序列划分为多个子序列，并获取每个子序列的平均干扰强度，以所有平均干扰强度的中位数作为惯性干扰；网关控制模块用于当子序列的平均值高于惯性干扰时，根据传输质量将井与网关进行匹配；当子序列的平均值不高于惯性干扰时，获取每个网关与每口井的距离进而得到该网关的距离评价指标，依据距离评价指标关闭预设比例的网关。本发明实施例能够为每口井匹配对应的网关，提高信息传输的效率，同时在干扰较小时，关闭部分网关，减少能耗。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且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。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种物联网网关控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

采集城市排水系统中每口井的数据信息，并将其打包为数据包分别传输至每个物联网网关，获取单位时间下每个数据包传输至每个网关的信号强度；同时记录每个所述数据包传输至每个所述网关的传输时间；

基于所述信号强度和所述传输时间以及单位时间内的干扰强度获取每口井与每个所述网关之间的传输质量；

利用预设时间段内的每口井的干扰强度序列预测该口井下一预设时间段干扰强度的预测序列，将所述预测序列划分为多个子序列，并获取每个所述子序列的平均干扰强度，以所有所述平均干扰强度的中位数作为惯性干扰；

当所述子序列的平均值高于所述惯性干扰时，根据所述传输质量将井与所述网关进行匹配；当所述子序列的平均值不高于所述惯性干扰时，获取每个网关与每口井的距离进而得到该网关的距离评价指标，依据所述距离评价指标关闭预设比例的网关。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干扰强度的获取过程为：

采集每口井的井盖与井壁之间的压力信息，以所述压力信息作为对应的所述干扰强度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输质量的获取过程为：

对于每口井与每个网关，获取单位时间内的所述干扰强度的平均值，以对应的信号质量，与所述平均值和传输时间的乘积之间的比值作为所述传输质量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测序列的获取过程为：

根据每个数据包的平均传输时间与所有数据包的平均传输时间的差别计算出预测权重，利用所述预测权重作为预测网络的损失权重，以所述干扰强度序列为输入，获取所述预测序列。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述传输质量将井与所述网关进行匹配，包括：

根据所述井的数量确定网关的最大负载数量，根据所述传输质量将所述井与网关的负载节点相互匹配。

6.一种物联网网关控制系统，其特征在于，该系统包括以下模块：

信息获取模块，用于采集城市排水系统中每口井的数据信息，并将其打包为数据包分别传输至每个物联网网关，获取单位时间下每个数据包传输至每个网关的信号强度；同时记录每个所述数据包传输至每个所述网关的传输时间；

传输质量获取模块，用于基于所述信号强度和所述传输时间以及单位时间内的干扰强度获取每口井与每个所述网关之间的传输质量；

惯性干扰获取模块，用于利用预设时间段内的每口井的干扰强度序列预测该口井下一预设时间段干扰强度的预测序列，将所述预测序列划分为多个子序列，并获取每个所述子序列的平均干扰强度，以所有所述平均干扰强度的中位数作为惯性干扰；

网关控制模块，用于当所述子序列的平均值高于所述惯性干扰时，根据所述传输质量将井与所述网关进行匹配；当所述子序列的平均值不高于所述惯性干扰时，获取每个网关与每口井的距离进而得到该网关的距离评价指标，依据所述距离评价指标关闭预设比例的网关。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述传输质量获取模块包括：

干扰强度获取单元，用于采集每口井的井盖与井壁之间的压力信息，以所述压力信息作为对应的所述干扰强度。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述传输质量获取模块中所述传输质量的获取步骤为：

对于每口井与每个网关，获取单位时间内的所述干扰强度的平均值，以对应的信号质量，与所述平均值和传输时间的乘积之间的比值作为所述传输质量。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述惯性干扰获取模块包括：

预测序列获取单元，用于根据每个数据包的平均传输时间与所有数据包的平均传输时间的差别计算出预测权重，利用所述预测权重作为预测网络的损失权重，以所述干扰强度序列为输入，获取所述预测序列。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述网关控制模块包括：

匹配单元，用于根据所述井的数量确定网关的最大负载数量，根据所述传输质量将所述井与网关的负载节点相互匹配。

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