CN114979136A - 一种基于物联网的边缘计算定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的边缘计算定位系统，涉及边缘计算技术领域，包括物联网设备、信号发送设备、边缘云服务器、时钟调准模块以及用户客户端；通过为运输货物配置物联网设备，并且引入边缘计算技术；通过物联网设备与信号发送设备的通信的时长，以及在边缘云服务器中事先保存的信号发送设备的经纬度坐标，将每个通信设备的定位问题交由至多一个边缘云服务解决；解决了传统技术中计算中心承担过多计算负担的问题。

Description

一种基于物联网的边缘计算定位系统
技术领域
本发明属于边缘计算领域，涉及边缘计算技术，具体是一种基于物联网的边缘计算定位系统。
背景技术
在物联网技术的发展下，越来越多的行业可以应用上物联网技术；传统的物流行业可以应用物联网技术，对运输货物进行精准定位，可大大减少物流行业人力的运用以及减少货物丢失问题的出现；
然而由于运输货物数量的庞大，传统的单个或少量的计算中心难以支持对大量货物定位的计算负担；因此，引入边缘计算技术也是必要的；
而现有的定位技术往往存在以下问题：
1、未使用边缘计算技术分担对位置进行定位的计算任务；
2、在使用边缘计算技术过程中，未充分考虑数据计算负担、数据传输量以及数据传输时长的平衡问题；
因此，提出一种基于物联网的边缘计算定位系统。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于物联网的边缘计算定位系统，该一种基于物联网的边缘计算定位系统通过为运输货物配置物联网设备，并且引入边缘计算技术；通过物联网设备与信号发送设备的通信的时长，以及在边缘云服务器中事先保存的信号发送设备的经纬度坐标，将每个通信设备的定位问题交由至多一个边缘云服务解决；解决了传统技术中计算中心承担过多计算负担的问题。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种基于物联网的边缘计算定位系统，包括物联网设备、信号发送设备、边缘云服务器、时钟调准模块以及用户客户端；其中，各个设备、服务器、时钟调准模块以及客户端之间以无线网络和/或电气连接；
其中，所述物联网设备主要用于标识唯一运输货物并发送无线射频信号；
所述物联网设备为可接收并解读远距离无线射频信号的电子标签；其中，无线信号频段根据实际经验设置；
其中，所述信号发送设备主要用于发送无线信号并读取来自物联网设备的无线信号；
所述信号发送设备为布置在全国各地的信号处理基站；所述信号处理基站具有每隔时间周期t发送无线信号的功能；所述无线信号主要用于寻找处于信号处理基站无线信号距离内的物联网设备；每个信号发送设备均具有一个唯一的数字编号；根据实际经验在全国各地布置信号处理基站；所述时间周期t根据实际经验设置；
其中，所述边缘云服务器主要用于对物联网设备进行定位；
所述边缘云服务器为布置在全国各地、具有数据存储以及计算能力的微型计算设备；每个边缘云服务器具有一个唯一的数字编号；根据实际经验在全国各地布置边缘云服务器；
每个边缘云服务器均与一部分信号发送设备通信；将与每个边缘云服务器通信的信号发送设备集合标记为Xi；其中i代表边缘云服务器；边缘云服务器存储Xi中每个信号发送设备的经纬度坐标；
进一步的，由于已知每个边缘云服务器的信号发送设备集合Xi；因此可以将边缘云服务器按信号发送设备集合Xi中信号发送设备数量按从小到大的顺序进行排序；将边缘云服务器的顺序用1，2…n来表示；其中n为总的排序数量；
边缘云服务器计算物联网设备位置包括以下步骤：
步骤P1：每个时间周期t内，边缘云服务器接收信号发送设备集合Xi发送的定位信息；定义顺序初始变量m＝1；
步骤P2：边缘云服务器统计将所有定位信息按定位信息中电子标签的电子标识进行分组；其中，具有相同电子标签的电子标识的定位信息为一组；将每组定位信息标记为Yij，其中j代表电子标识；
步骤P3：统计每个定位信息分组Yij中定位信息的数量，若数量大于或等于4，转至步骤P4；否则转至步骤P5；
步骤P4：根据定位信息中的信号发送设备的数字编号，获取信号发送设备的经纬度坐标；根据所有信号发送设备的位置以及时间差值，联立方程组，获得物联网设备的经纬度坐标；
信号发送设备发送广播消息至所有边缘云服务器，所述广播消息内容为已确定经纬度坐标的物联网设备的电子标识；接收到广播消息的边缘云服务器不再计算该物联网设备的经纬度坐标；
信号发送设备发送物联网设备经纬度坐标至用户客户端；转至步骤P1；
步骤P5：对于排序顺序为m的边缘云服务器，将定位信息以及定位信息中信号发送设备的经纬度坐标广播发送至排序顺序为m+1的边缘云服务器；
步骤P6：重复步骤P3-P5，并将m值替换为m+1；
其中，所述时钟调准模块主要用于对各个信号发送设备的时间进行校准；
其中，所述用户客户端主要用于向用户展示属于每个用户的运输货物的经纬度坐标；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明利用边缘计算技术有效的降低了传统定位方式中单计算中心或少数计算中心的计算负担；
2、本发明通过将定位信息发送至最近的边缘云服务器，以及将边缘云服务器划分级别的方式，保证了对于每个物联网设备的位置由至多一台边缘云服务器计算出，同时降低了通信时长以及通信的总次数。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于物联网的边缘计算定位系统，包括物联网设备、信号发送设备、边缘云服务器、时钟调准模块以及用户客户端；其中，各个设备、服务器、时钟调准模块以及客户端之间以无线网络和/或电气连接；
其中，所述物联网设备主要用于标识唯一运输货物并发送无线射频信号；
在一个优选的实施例中，所述物联网设备为可接收并解读远距离无线射频信号的电子标签；其中，无线信号频段根据实际经验设置；
所述物联网设备可广泛应用于物流行业；即在用户的运输货物上粘贴电子标签；其中每个电子标签携带唯一的电子标识，所述电子标识包含的信息包括但不限于运输货物所属用户、运输货物发送厂商以及运输货物货号等；
其中，所述信号发送设备主要用于发送无线信号并读取来自物联网设备的无线信号；
在一个优选的实施例中，所述信号发送设备为布置在全国各地的信号处理基站；所述信号处理基站具有每隔时间周期t发送无线信号的功能；所述无线信号主要用于寻找处于信号处理基站无线信号距离内的物联网设备；每个信号发送设备均具有一个唯一的数字编号；根据实际经验在全国各地布置信号处理基站；所述时间周期t根据实际经验设置；
具体的，寻找处于信号处理基站无线信号距离内的物联网设备包括以下步骤：
步骤S1：所述信号发送设备发送无线信号，所述无线信号内容包括信号发送设备数字编号以及请求发送电子标识信号；所述无线信号可由物联网设备的电子标签接收；
步骤S2：所述电子标签接收到无线信号后，验证无线信号中的请求发送电子标识信号；
步骤S3：请求发送电子标识信号验证完成后，电子标签发送出无线信号，所述无线信号内容包括电子标签的电子标识、信号发送设备的数字编号以及信号发送时间；所述无线信号可被信号发送设备接收；
步骤S4：信号发送设备接收到物联网设备发送的无线信号后，验证信号发送设备的数字编号是否与自身数字编号一致；若不一致，则丢弃无线信号，否则转至步骤S5；
步骤S5：信号发送设备计算出接收到无线信号的时间与无线信号发送时间的时间差值；并通过无线网络和/或电气方式发送定位信息至距离信号发送设备最近的边缘云服务器；其中，定位信息包括时间差值、信号发送设备数字编号以及电子标签的电子标识；
其中，所述边缘云服务器主要用于对物联网设备进行定位；
在一个优选的实施例中，所述边缘云服务器为布置在全国各地、具有数据存储以及计算能力的微型计算设备；每个边缘云服务器具有一个唯一的数字编号；根据实际经验在全国各地布置边缘云服务器；
可以理解的是，边缘云服务器与信号发送设备均为固定位置的，因此可以确定距离每个信号发送设备最近的边缘云服务器；因此，每个边缘云服务器均与一部分信号发送设备通信；将与每个边缘云服务器通信的信号发送设备集合标记为Xi；其中i代表边缘云服务器；边缘云服务器存储Xi中每个信号发送设备的经纬度坐标；
进一步的，由于已知每个边缘云服务器的信号发送设备集合Xi；因此可以将边缘云服务器按信号发送设备集合Xi中信号发送设备数量按从小到大的顺序进行排序；将边缘云服务器的顺序用1，2…n来表示；其中n为总的排序数量；
边缘云服务器计算物联网设备位置包括以下步骤：
步骤P1：每个时间周期t内，边缘云服务器接收信号发送设备集合Xi发送的定位信息；定义顺序初始变量m＝1；
步骤P2：边缘云服务器统计将所有定位信息按定位信息中电子标签的电子标识进行分组；其中，具有相同电子标签的电子标识的定位信息为一组；将每组定位信息标记为Yij，其中j代表电子标识；
步骤P3：统计每个定位信息分组Yij中定位信息的数量，若数量大于或等于4，转至步骤P4；否则转至步骤P5；
步骤P4：根据定位信息中的信号发送设备的数字编号，获取信号发送设备的经纬度坐标；根据所有信号发送设备的位置以及时间差值，联立方程组，获得物联网设备的经纬度坐标；
信号发送设备发送广播消息至所有边缘云服务器，所述广播消息内容为已确定经纬度坐标的物联网设备的电子标识；接收到广播消息的边缘云服务器不再计算该物联网设备的经纬度坐标；
信号发送设备发送物联网设备经纬度坐标至用户客户端；转至步骤P1；
步骤P5：对于排序顺序为m的边缘云服务器，将定位信息以及定位信息中信号发送设备的经纬度坐标广播发送至排序顺序为m+1的边缘云服务器；
步骤P6：重复步骤P3-P5，并将m值替换为m+1；
其中，所述时钟调准模块主要用于对各个信号发送设备的时间进行校准；
在一个优选的实施例中，所述时钟调准模块为与北京时间一致的时钟，且每隔一定时间周期，对各个信号发送设备的时间进行校准，保证每个信号发送设备的时间保持统一；进一步的保证每个信号发送设备在每个时间周期t内发送无线信号的时间的一致性；
其中，所述用户客户端主要用于向用户展示属于每个用户的运输货物的经纬度坐标；
在一个优选的实施例中，所述用户客户端可以按每个运输货物的经纬度坐标展示在电子地图中。
本发明的工作原理：
物联网设备包括可以接收以及发送无线信号的电子标签，电子标签接收到信号发送设备发送的无线信号，反馈包含电子标签的电子标识以、信号发送设备的数字编号以及信号发送时间的无线信号；
信号发送设备将接收到的无线信号以及计算出的时间差值转发至最近的边缘云服务器；
每台边缘云服务器在接收到四条及四条以上来自同一个物联网设备的定位信息后，根据预先保存的信号发送设备的经纬度坐标数据，计算出物联网设备的经纬度坐标；
若接收的来自同一个物联网设备的定位信息数量均不足4条时，将排序低位的边缘云服务器的定位信息转发至排序高位的边缘云服务器；直至某一台边缘云服务器收到的来自同一个物联网设备的定位信息数量大于4；
时钟调准模块主要用于对各个信号发送设备的时间进行校准；
用户客户端主要用于向用户展示属于每个用户的运输货物的经纬度坐标。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于物联网的边缘计算定位系统，其特征在于，包括：物联网设备、信号发送设备、边缘云服务器、时钟调准模块以及用户客户端；其中，物联网设备、信号发送设备、边缘云服务器、时钟调准模块以及客户端之间以无线网络和/或电气连接；
所述物联网设备用于标识唯一运输货物并发送无线射频信号；
所述信号发送设备用于发送无线信号并读取来自物联网设备的无线射频信号；
其中，所述边缘云服务器主要用于对物联网设备进行定位；
其中，所述时钟调准模块主要用于对各个信号发送设备的时间进行校准；
其中，所述用户客户端主要用于向用户展示属于每个用户的运输货物的经纬度坐标。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的边缘计算定位系统，其特征在于，所述物联网设备为可接收并解读远距离无线射频信号的电子标签；其中，无线信号频段根据实际经验设置。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的边缘计算定位系统，其特征在于，所述物联网设备为在用户的运输货物上粘贴的电子标签；其中每个电子标签携带唯一的电子标识，所述电子标识包含的信息包括运输货物所属用户、运输货物发送厂商以及运输货物货号。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的边缘计算定位系统，其特征在于，所述信号发送设备为布置在全国各地的信号处理基站；所述信号处理基站具有每隔时间周期t发送无线信号的功能；所述无线信号用于寻找处于信号处理基站无线信号距离内的物联网设备；每个信号发送设备均具有一个唯一的数字编号；根据实际经验在全国各地布置信号处理基站；所述时间周期t根据实际经验设置。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的边缘计算定位系统，其特征在于，寻找处于信号处理基站无线信号距离内的物联网设备包括以下步骤：
步骤S1：所述信号发送设备发送无线信号，所述无线信号内容包括信号发送设备数字编号以及请求发送电子标识信号；所述无线信号由物联网设备的电子标签接收；
步骤S2：所述电子标签接收到无线信号后，验证无线信号中的请求发送电子标识信号；
步骤S3：请求发送电子标识信号验证完成后，电子标签发送出无线信号，所述无线信号内容包括电子标签的电子标识、信号发送设备的数字编号以及信号发送时间；所述无线信号被信号发送设备接收；
步骤S4：信号发送设备接收到物联网设备发送的无线信号后，验证信号发送设备的数字编号是否与自身数字编号一致；若不一致，则丢弃无线信号，否则转至步骤S5；
步骤S5：信号发送设备计算出接收到无线信号的时间与无线信号发送时间的时间差值；并通过无线网络和/或电气方式发送定位信息至距离信号发送设备最近的边缘云服务器；其中，定位信息包括时间差值、信号发送设备数字编号以及电子标签的电子标识。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的边缘计算定位系统，其特征在于，所述边缘云服务器为布置在全国各地、具有数据存储以及计算能力的微型计算设备；每个边缘云服务器具有一个唯一的数字编号；根据实际经验在全国各地布置边缘云服务器；
每个边缘云服务器均与一部分信号发送设备通信；将与每个边缘云服务器通信的信号发送设备集合标记为Xi；其中i代表边缘云服务器；边缘云服务器存储Xi中每个信号发送设备的经纬度坐标；
将边缘云服务器按信号发送设备集合Xi中信号发送设备数量按从小到大的顺序进行排序；将边缘云服务器的顺序用1，2…n来表示；其中n为总的排序数量。
7.根据权利要求1或6所述的一种基于物联网的边缘计算定位系统，其特征在于，所述边缘云服务器计算物联网设备位置包括以下步骤：
步骤P1：每个时间周期t内，边缘云服务器接收信号发送设备集合Xi发送的定位信息；定义顺序初始变量m＝1；
步骤P2：边缘云服务器统计将所有定位信息按定位信息中电子标签的电子标识进行分组；其中，具有相同电子标签的电子标识的定位信息为一组；将每组定位信息标记为Yij，其中j代表电子标识；
步骤P3：统计每个定位信息分组Yij中定位信息的数量，若数量大于或等于4，转至步骤P4；否则转至步骤P5；
步骤P4：根据定位信息中的信号发送设备的数字编号，获取信号发送设备的经纬度坐标；根据所有信号发送设备的位置以及时间差值，联立方程组，获得物联网设备的经纬度坐标；
信号发送设备发送广播消息至所有边缘云服务器，所述广播消息内容为已确定经纬度坐标的物联网设备的电子标识；接收到广播消息的边缘云服务器不再计算该物联网设备的经纬度坐标；
信号发送设备发送物联网设备经纬度坐标至用户客户端；转至步骤P1；
步骤P5：对于排序顺序为m的边缘云服务器，将定位信息以及定位信息中信号发送设备的经纬度坐标广播发送至排序顺序为m+1的边缘云服务器；
步骤P6：重复步骤P3-P5，并将m值替换为m+1。
8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的边缘计算定位系统，其特征在于，所述时钟调准模块为与北京时间一致的时钟，且每隔一定时间周期，对各个信号发送设备的时间进行校准，保证每个信号发送设备的时间保持统一；进一步的保证每个信号发送设备在每个时间周期t内发送无线信号的时间的一致性。
9.根据权利要求1所述的一种基于物联网的边缘计算定位系统，其特征在于，所述用户客户端按每个运输货物的经纬度坐标展示在电子地图中。
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