CN116647838B - 基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统及方法 - Google Patents

基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统及方法，属于数据传输技术领域。将目标环保监测仪的上传数据进行加密后得到哈希值，采用无线电波形式进行广播，其他环保监测仪接收到广播解析出哈希值后上传至数据终端，以点对点形式回传信息至目标环保监测仪，目标环保监测仪分析回传信息，计算目标环保监测仪与其他环保监测仪的传输速度，并上传至数据终端；当目标环保监测仪与数据终端的传输出现异常时，目标环保监测仪能够选择其他环保监测仪作为代理对象，将数据传输到代理对象上，再由代理对象辅助上传数据终端；或者由数据终端选择其他环保监测仪作为代理对象，将数据传输到代理对象上，再由代理对象传输至目标环保监测仪。

Description

基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统及方法
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，具体为基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统及方法。
背景技术
随着环境保护意识的提高和环境监测技术的不断发展，环保监测仪已被广泛应用于各种环境监测任务中。这些环保监测仪通常会收集大量的数据，并将这些数据传输到数据终端进行进一步的分析和处理。然而，由于网络速度的限制或其他因素的影响，传输这些数据的过程中可能会面临一些挑战，例如传输速度慢、数据丢失或数据篡改等问题。现阶段，通常使用压缩算法、加密算法、分布式网络等方式来改善传输环境，减小数据传输量，提高传输效率和安全性。但是，这些方法仍然存在一些局限性。例如：1、网络速度较低时可能会导致传输任务无法在规定时间内完成；2、网络出现故障时无法立即选择另外一条最佳的传输线路；3、传输通道不稳定或不安全时，容易出现丢包或被篡改的情况，数据终端无法第一时间察觉并要求重新上传或更换传输线路；这些问题已经成为迫不及待需要得到解决的。
发明内容
本发明的目的在于提供基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统，该系统包括数据采集模块、数据处理模块、传输管理模块和通知预警模块。
所述数据采集模块用于采集环保监测仪的设备信息、监测信息和时间信息；所述数据处理模块用于对环保监测仪的监测信息打包加密后计算哈希值，以无线电波形式进行广播，并接收其他环保监测仪的回传信息，分析计算与其他环保监测仪之间的传输速度，并上传至数据终端；所述传输管理模块用于分析环保监测仪的通讯环境，当通讯环境不满足传输要求时，自动选择其他环保监测仪作为代理对象，通过代理对象搭建传输线路，协助完成数据上传或下载；所述通知预警模块是指当传输线路无法满足传输要求时进行预警操作。
所述数据采集模块包括设备信息采集单元、监测信息采集单元和时间信息采集单元。
所述设备信息采集单元用于采集监控范围内所有环保监测仪的网络速度、设备标识符和下一次上传数据的时间。
所述监测信息采集单元用于采集监控范围内所有环保监测仪中监测数据大小和序列号。
所述时间信息采集单元用于采集数据的发送时间、接收时间、回传时间和完成时间。
发送时间是指目标环保监测仪进行广播的时间，接收时间是指其他环保监测仪接收到广播的时间，回传时间是指其他环保监测仪对广播信息进行处理后，再次回传至目标环保监测仪的时间，完成时间是指目标环保监测仪接收到回传信息的时间。
所述数据处理模块包括数据加密单元、数据广播单元和数据传输单元。
所述数据加密单元用于对数据进行加密；采用SHA-256加密算法对目标环保监测仪中监测数据进行加密，计算哈希值。
所述数据广播单元用于对数据进行广播。首先，获取监测数据的序列号，并将目标环保监测仪的设备标识符作为发送设备标识符；其次，将哈希值、序列号和发送设备标识符打包压缩，加入填充数据组装为数据包；最后，将数据包转换为无线电信号，通过无线电波形式进行广播，同时采集当前时间作为发送时间。
所述数据传输单元用于对数据进行传输。首先，其他环保监测仪接收到广播后，采集当前时间作为接收时间，广播信息解析出哈希值，通过无线网络将哈希值、发送设备标识符和序列号上传至数据终端；其次，采集当前时间作为回传时间，将接收时间、接收设备标识符、接收设备网络速度、接收设备下一次上传数据的时间和回传时间打包压缩，加入填充数据组装为数据包，根据发送设备标识符定位到原广播环保监测仪位置，以无线电波形式点对点进行回传；最后，目标环保监测仪接受到回传信息，采集当前时间作为完成时间，解析回传信息，代入公式计算得到发送速度和接收速度，将发送速度、接收速度、发送设备标识符和接收设备标识符通过无线网络上传至数据终端，上传完毕后再上传监测数据和当前设备标识符。
所述传输管理模块包括通讯环境分析单元和传输线路搭建单元。
所述通讯环境分析单元用于分析环保监测仪与数据终端之间的网络环境。当环保监测仪上传数据到数据终端的网络速度小于最低网络速度阈值时，网络环境异常；当数据终端传输数据到环保监测仪的网络速度小于最低网络速度阈值时，网络环境异常；当数据终端将同一设备标识符对应的哈希值进行比较时，哈希值不一致，网络环境异常。
所述传输线路搭建单元用于搭建传输线路。当网络环境异常时，在不影响其他环保监测仪正常传输数据的前提下，选择传输速度最大的其他环保监测仪作为代理对象，通过代理对象来搭建协同传输线路，将代理对象作为数据中转站，协同完成目标环保监测仪的数据上传或下载。
所述通知预警模块用于进行预警操作。当目标环保监测仪网络环境异常时，没有可用于当作代理对象的其他环保监测仪时，或者所有代理对象搭建的协同传输线路的网络速度都小于最低网络速度阈值时，进行预警操作。
基于无线通讯技术的环保监测数据传输方法，该方法包括以下步骤：
S1、环保监测仪上传数据之前先加密计算哈希值，并向周围广播；
S2、分析每个环保监测仪的通讯环境，判断是否搭建协同传输线路；
S3、结果为是，则搭建协同传输线路并判断能否满足传输要求；
S4、满足传输要求的情况下进行传输，不满足则进行预警。
在S1中，具体步骤如下：
S101、当环保监测仪准备上传数据时，将其作为目标环保监测仪，并采用SHA-256加密算法对目标环保监测仪的监测数据进行加密，计算哈希值。
S102、目标环保监测仪的设备标识符作为发送设备标识符，获取本次监测数据的序列号，将哈希值、发送设备标识符和序列号打包压缩，加入填充数据组装成一个数据量为N的数据包，数据包转换为模拟信号，再由环保监测仪上的发射器将模拟信号转换为无线电波，通过天线以无线电波形式进行广播，同时记录当前时间作为发送时间。
每台环保监测仪有两套通讯系统，包括短距离无线电波通讯和长距离无线网络通讯；短距离无线电波通讯用于环保监测仪之间的通信，长距离无线网络通讯用于环保监测仪与数据终端之间的通信。
环保监测仪的设备标识符用于区别不同的环保监测仪，环保监测仪之间通过设备标识符可以相互定位到对方并进行通信。序列号是指每次数据采集得到的监测数据都会随机生成一个序列号，用来区分同一个环保监测仪不同时间采集的监测数据。
S103、周围的其他环保监测仪收到广播的无线电波后，记录当前时间作为接收时间，获取当前环保监测仪的设备标识符作为接收设备标识符，通过解调解码将无线电波转换为原始数据包，删除填充数据，解压后得到哈希值、发送设备标识符和序列号。
短距离无线电波通讯包括发射器和接收器；当需要广播或者点对点回传信息时，发射器会开启一段时间，随后关闭。当环保监测仪在与数据终端传输数据或正在处理数据时，接收器才会关闭，其余时间一直处于打开状态。
S104、通过无线网络将哈希值、发送设备标识符和序列号上传至数据终端后，记录当前环保监测仪的网络速度作为接收设备网速，记录当前环保监测仪的下一次上传数据的时间作为接收设备上传时间，记录当前时间作为回传时间。
S105、将接收时间、接收设备标识符、接收设备网速、接收设备上传时间和回传时间打包压缩，加入填充数据组装成一个数据量为N的数据包，数据包转换为模拟信号，再由环保监测仪上的发射器将模拟信号转换为无线电波，根据发送设备标识符定位到原广播环保监测仪位置，通过天线以无线电波形式点对点进行回传。
填充数据是为了控制数据包的数据量，数据量的大小应该满足环保监测仪之间传输速度的测量。数据量由人工进行设定，取值不能太大或太小，否则会导致传输时间过长或过短；传输时间过长会影响环保监测仪之间的通讯，传输时间过短会导致无法得到精准有效的传输速度信息。
S106、目标环保监测仪接收来自周围其他环保监测仪的回传信息，接收到回传信息后立即记录当前时间作为该回传信息的完成时间，通过解调解码将回传信息转换为原始数据包，删除填充数据，解压后得到每个回传信息的接收时间、接收设备标识符、接收设备网速、接收设备上传时间和回传时间；代入公式计算得到发送速度和接收速度：
Vf=N÷（Tj-Tf）
Vj=N÷（Tw-Th）
式中，N为数据包的数据量，Vf为发送速度，Vj为接收速度，Tj为接收时间，Tf为发送时间，Tw为完成时间，Th为回传时间。
发送速度和接收速度是指目标环保监测仪与其他环保监测仪之间的传输速度。
S107、将发送速度、接收速度、发送设备标识符和接收设备标识符进行关联，相同序列号的关联数据放入同一个关联数据集合中，通过无线网络将关联数据集合上传至数据终端，上传完毕后再上传本环保监测仪的监测数据和设备标识符。
在S2中，每个环保监测仪通讯环境的分析包括哈希值的一致性判断、下载网络环境判断和上传网络环境判断。
哈希值的一致性判断是指数据终端将设备标识符对应的监测数据计算哈希值，与其他环保监测仪上传过来的同一个设备标识符对应的哈希值进行一致性比较，不一致则说明设备标识符对应的环保监测仪与数据终端之间的传输线路不可靠，监测数据上传过程中存在丢包或被篡改现象，数据终端通知对应环保监测仪搭建协同传输线路重新传输。下载网络环境判断是指数据终端在与环保监测仪进行数据传输时对网络速度进行监测，当网络速度小于最低网络速度阈值时，说明当前传输线路延迟过高，传输时间过长，无法在规定时间内将数据送达至对应环保监测仪，数据终端自行搭建协同传输线路重新传输。上传网络环境判断是指环保监测仪在与数据终端进行数据传输时对网络速度进行监测，当网络速度小于最低网络速度阈值时，说明当前传输线路延迟过高，传输时间过长，无法在规定时间内将数据送达至数据终端，环保监测仪自行搭建协同传输线路重新传输。
哈希值不一致时，数据终端通知的下达需要考虑对应环保监测仪的通讯环境；通讯环境满足通知的下达则直接通过无线网络进行传输，不满足通知的下达则需要数据终端自行搭建协同传输线路下达通知。
在S3中，协同传输线路包括协同上传线路和协同下载线路。协同上传线路是指目标环保监测仪将数据发送至其他环保监测仪上，由其他环保监测仪代为上传至数据终端；协同下载线路是指数据终端将数据传入到其他环保监测仪上，由其他环保监测仪将数据转发至目标环保监测仪上。其中，协同上传线路的具体选择与判断能否满足传输要求的步骤如下：
S301、当目标环保监测仪监测到当前网络速度小于最低网络速度阈值时，自动获取距离当前时间最近的关联数据集合。
S302、提取关联数据集合中所有接收设备标识符，获取这些接收设备标识符对应的发送速度和接收设备网速，将发送速度和接收设备网速都不小于最低网络速度阈值所对应的接收设备标识符放入代理设备集合中。
S303、判断代理设备集合是否为空集，结果为是则进行上传预警；结果为否，则将代理设备集合中接收设备标识符对应的接收设备上传时间和接收设备网速代入公式，计算接收设备标识符对应的环保监测仪上传完数据后的剩余可用时长：
T=tmax-[t0+(X÷Vj)]
式中，T为环保监测仪上传完数据后的剩余可用时长，tmax为接收设备上传时间，t0为当前时间；X为监测数据的数据量，Vj为接收设备网速。当T不小于零时，说明本次上传不会影响接收设备标识符对应的环保监测仪正常上传数据。
S304、对代理设备集合中T值小于零的接收设备标识符进行标记，判断代理设备集合中没有被标记的接收设备标识符个数是否为零，结果为是则进入S305步骤；结果为否，则分别获取代理设备集合中没有被标记的接收设备标识符对应的发送速度和接收设备网速，选择发送速度和接收设备网速中值最小的作为对应接收设备标识符的传输速度，将所有传输速度按照从小到大进行排序，选择最大传输速度所对应的接收设备标识符作为代理对象，通过代理对象对应的环保监测仪来搭建协同上传线路。
S305、提取代理设备集合中被标记的接收设备标识符，将所有接收设备标识符对应的发送速度按照从小到大进行排序，依次将最大发送速度对应的接收设备标识符作为代理节点，将代理节点对应的环保监测仪作为目标环保监测仪，重新进入S301-S304步骤，直到匹配到代理对象，通过代理节点和代理对象所对应的环保监测仪共同搭建协同上传线路。如果代理设备集合中被标记的所有接收设备标识符对应的环保监测仪都无法匹配到代理对象则进行上传预警。
协同下载线路的具体选择与判断能否满足传输要求步骤如下：
S306、当数据终端检测到哈希值不一致时，自动获取对应的设备标识符最近一次上传的关联数据集合，提取关联数据集合中所有接收设备标识符，判断是否都正在传输数据，结果为是则进行下载预警；结果为否则获取所有不在传输数据的接收设备标识符所对应的接收速度，同时在数据终端检索不在传输数据的接收设备标识符的实时网速。
S307、将同一个接收设备标识符对应的接收速度与实时网速进行关联，选择接收速度和实时网速中值最小的作为对应接收设备标识符的传输速度，将所有传输速度按照从小到大进行排序，选择最大传输速度所对应的接收设备标识符作为代理对象，通过代理对象对应的环保监测仪来搭建协同下载线路。
在S4中，预警操作包括上传预警和下载预警。上传预警是指环保监测仪将编辑好的预警信息通过无线网络上传至数据终端进行预警操作，或通过无线电波形式进行广播，由其他环保监测仪代为上传至数据终端进行预警操作；下载预警是数据终端检测到与环保监测仪之间的数据传输异常，自动编辑预警信息进行预警操作。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明在监测数据上传之前通过加密计算哈希值，并进行广播和接受回传信息，不仅能够获取本设备与周围设备之间的传输速度，同时也有利于数据终端对监测数据的快速校验，检测是否被篡改。
本发明在协同传输线路的选择过程中，在不影响其他设备与数据终端的正常传输前提下，选择传输速度最大的设备作为代理对象，完成协同传输线路的搭建，不仅提高了监测数据的传输效率，同时也避免了对其他设备造成的干扰。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统的结构示意图；
图2是本发明基于无线通讯技术的环保监测数据传输方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统，该系统包括数据采集模块、数据处理模块、传输管理模块和通知预警模块。
数据采集模块用于采集环保监测仪的设备信息、监测信息和时间信息；数据处理模块用于对环保监测仪的监测信息打包加密后计算哈希值，以无线电波形式进行广播，并接收其他环保监测仪的回传信息，分析计算与其他环保监测仪之间的传输速度，并上传至数据终端；传输管理模块用于分析环保监测仪的通讯环境，当通讯环境不满足传输要求时，自动选择其他环保监测仪作为代理对象，通过代理对象搭建传输线路，协助完成数据上传或下载；通知预警模块是指当传输线路无法满足传输要求时进行预警操作。
数据采集模块包括设备信息采集单元、监测信息采集单元和时间信息采集单元。
设备信息采集单元用于采集监控范围内所有环保监测仪的网络速度、设备标识符和下一次上传数据的时间。
监测信息采集单元用于采集监控范围内所有环保监测仪中监测数据大小和序列号。
时间信息采集单元用于采集数据的发送时间、接收时间、回传时间和完成时间。
发送时间是指目标环保监测仪进行广播的时间，接收时间是指其他环保监测仪接收到广播的时间，回传时间是指其他环保监测仪对广播信息进行处理后，再次回传至目标环保监测仪的时间，完成时间是指目标环保监测仪接收到回传信息的时间。
数据处理模块包括数据加密单元、数据广播单元和数据传输单元。
数据加密单元用于对数据进行加密；采用SHA-256加密算法对目标环保监测仪中监测数据进行加密，计算哈希值。
数据广播单元用于对数据进行广播。首先，获取监测数据的序列号，并将目标环保监测仪的设备标识符作为发送设备标识符；其次，将哈希值、序列号和发送设备标识符打包压缩，加入填充数据组装为数据包；最后，将数据包转换为无线电信号，通过无线电波形式进行广播，同时采集当前时间作为发送时间。
数据传输单元用于对数据进行传输。首先，其他环保监测仪接收到广播后，采集当前时间作为接收时间，广播信息解析出哈希值，通过无线网络将哈希值、发送设备标识符和序列号上传至数据终端；其次，采集当前时间作为回传时间，将接收时间、接收设备标识符、接收设备网络速度、接收设备下一次上传数据的时间和回传时间打包压缩，加入填充数据组装为数据包，根据发送设备标识符定位到原广播环保监测仪位置，以无线电波形式点对点进行回传；最后，目标环保监测仪接受到回传信息，采集当前时间作为完成时间，解析回传信息，代入公式计算得到发送速度和接收速度，将发送速度、接收速度、发送设备标识符和接收设备标识符通过无线网络上传至数据终端，上传完毕后再上传监测数据和当前设备标识符。
传输管理模块包括通讯环境分析单元和传输线路搭建单元。
通讯环境分析单元用于分析环保监测仪与数据终端之间的网络环境。当环保监测仪上传数据到数据终端的网络速度小于最低网络速度阈值时，网络环境异常；当数据终端传输数据到环保监测仪的网络速度小于最低网络速度阈值时，网络环境异常；当数据终端将同一设备标识符对应的哈希值进行比较时，哈希值不一致，网络环境异常。
传输线路搭建单元用于搭建传输线路。当网络环境异常时，在不影响其他环保监测仪正常传输数据的前提下，选择传输速度最大的其他环保监测仪作为代理对象，通过代理对象来搭建协同传输线路，将代理对象作为数据中转站，协同完成目标环保监测仪的数据上传或下载。
通知预警模块用于进行预警操作。当目标环保监测仪网络环境异常时，没有可用于当作代理对象的其他环保监测仪时，或者所有代理对象搭建的协同传输线路的网络速度都小于最低网络速度阈值时，进行预警操作。
请参阅图2，本发明提供基于无线通讯技术的环保监测数据传输方法，该方法包括以下步骤：
S1、环保监测仪上传数据之前先加密计算哈希值，并向周围广播；
S2、分析每个环保监测仪的通讯环境，判断是否搭建协同传输线路；
S3、结果为是，则搭建协同传输线路并判断能否满足传输要求；
S4、满足传输要求的情况下进行传输，不满足则进行预警。
在S1中，具体步骤如下：
S101、当环保监测仪准备上传数据时，将其作为目标环保监测仪，并采用SHA-256加密算法对目标环保监测仪的监测数据进行加密，计算哈希值。
S102、目标环保监测仪的设备标识符作为发送设备标识符，获取本次监测数据的序列号，将哈希值、发送设备标识符和序列号打包压缩，加入填充数据组装成一个数据量为N的数据包，数据包转换为模拟信号，再由环保监测仪上的发射器将模拟信号转换为无线电波，通过天线以无线电波形式进行广播，同时记录当前时间作为发送时间。
每台环保监测仪有两套通讯系统，包括短距离无线电波通讯和长距离无线网络通讯；短距离无线电波通讯用于环保监测仪之间的通信，长距离无线网络通讯用于环保监测仪与数据终端之间的通信。
环保监测仪的设备标识符用于区别不同的环保监测仪，环保监测仪之间通过设备标识符可以相互定位到对方并进行通信。序列号是指每次数据采集得到的监测数据都会随机生成一个序列号，用来区分同一个环保监测仪不同时间采集的监测数据。
S103、周围的其他环保监测仪收到广播的无线电波后，记录当前时间作为接收时间，获取当前环保监测仪的设备标识符作为接收设备标识符，通过解调解码将无线电波转换为原始数据包，删除填充数据，解压后得到哈希值、发送设备标识符和序列号。
短距离无线电波通讯包括发射器和接收器；当需要广播或者点对点回传信息时，发射器会开启一段时间，随后关闭。当环保监测仪在与数据终端传输数据或正在处理数据时，接收器才会关闭，其余时间一直处于打开状态。
S104、通过无线网络将哈希值、发送设备标识符和序列号上传至数据终端后，记录当前环保监测仪的网络速度作为接收设备网速，记录当前环保监测仪的下一次上传数据的时间作为接收设备上传时间，记录当前时间作为回传时间。
S105、将接收时间、接收设备标识符、接收设备网速、接收设备上传时间和回传时间打包压缩，加入填充数据组装成一个数据量为N的数据包，数据包转换为模拟信号，再由环保监测仪上的发射器将模拟信号转换为无线电波，根据发送设备标识符定位到原广播环保监测仪位置，通过天线以无线电波形式点对点进行回传。
填充数据是为了控制数据包的数据量，数据量的大小应该满足环保监测仪之间传输速度的测量。数据量由人工进行设定，取值不能太大或太小，否则会导致传输时间过长或过短；传输时间过长会影响环保监测仪之间的通讯，传输时间过短会导致无法得到精准有效的传输速度信息。
S106、目标环保监测仪接收来自周围其他环保监测仪的回传信息，接收到回传信息后立即记录当前时间作为该回传信息的完成时间，通过解调解码将回传信息转换为原始数据包，删除填充数据，解压后得到每个回传信息的接收时间、接收设备标识符、接收设备网速、接收设备上传时间和回传时间；代入公式计算得到发送速度和接收速度：
Vf=N÷（Tj-Tf）
Vj=N÷（Tw-Th）
式中，N为数据包的数据量，Vf为发送速度，Vj为接收速度，Tj为接收时间，Tf为发送时间，Tw为完成时间，Th为回传时间。
发送速度和接收速度是指目标环保监测仪与其他环保监测仪之间的传输速度。
S107、将发送速度、接收速度、发送设备标识符和接收设备标识符进行关联，相同序列号的关联数据放入同一个关联数据集合中，通过无线网络将关联数据集合上传至数据终端，上传完毕后再上传本环保监测仪的监测数据和设备标识符。
在S2中，每个环保监测仪通讯环境的分析包括哈希值的一致性判断、下载网络环境判断和上传网络环境判断。
哈希值的一致性判断是指数据终端将设备标识符对应的监测数据计算哈希值，与其他环保监测仪上传过来的同一个设备标识符对应的哈希值进行一致性比较，不一致则说明设备标识符对应的环保监测仪与数据终端之间的传输线路不可靠，监测数据上传过程中存在丢包或被篡改现象，数据终端通知对应环保监测仪搭建协同传输线路重新传输。下载网络环境判断是指数据终端在与环保监测仪进行数据传输时对网络速度进行监测，当网络速度小于最低网络速度阈值时，说明当前传输线路延迟过高，传输时间过长，无法在规定时间内将数据送达至对应环保监测仪，数据终端自行搭建协同传输线路重新传输。上传网络环境判断是指环保监测仪在与数据终端进行数据传输时对网络速度进行监测，当网络速度小于最低网络速度阈值时，说明当前传输线路延迟过高，传输时间过长，无法在规定时间内将数据送达至数据终端，环保监测仪自行搭建协同传输线路重新传输。
哈希值不一致时，数据终端通知的下达需要考虑对应环保监测仪的通讯环境；通讯环境满足通知的下达则直接通过无线网络进行传输，不满足通知的下达则需要数据终端自行搭建协同传输线路下达通知。
在S3中，协同传输线路包括协同上传线路和协同下载线路。协同上传线路是指目标环保监测仪将数据发送至其他环保监测仪上，由其他环保监测仪代为上传至数据终端；协同下载线路是指数据终端将数据传入到其他环保监测仪上，由其他环保监测仪将数据转发至目标环保监测仪上。其中，协同上传线路的具体选择与判断能否满足传输要求的步骤如下：
S301、当目标环保监测仪监测到当前网络速度小于最低网络速度阈值时，自动获取距离当前时间最近的关联数据集合。
S302、提取关联数据集合中所有接收设备标识符，获取这些接收设备标识符对应的发送速度和接收设备网速，将发送速度和接收设备网速都不小于最低网络速度阈值所对应的接收设备标识符放入代理设备集合中。
S303、判断代理设备集合是否为空集，结果为是则进行上传预警；结果为否，则将代理设备集合中接收设备标识符对应的接收设备上传时间和接收设备网速代入公式，计算接收设备标识符对应的环保监测仪上传完数据后的剩余可用时长：
T=tmax-[t0+(X÷Vj)]
式中，T为环保监测仪上传完数据后的剩余可用时长，tmax为接收设备上传时间，t0为当前时间；X为监测数据的数据量，Vj为接收设备网速。当T不小于零时，说明本次上传不会影响接收设备标识符对应的环保监测仪正常上传数据。
S304、对代理设备集合中T值小于零的接收设备标识符进行标记，判断代理设备集合中没有被标记的接收设备标识符个数是否为零，结果为是则进入S305步骤；结果为否，则分别获取代理设备集合中没有被标记的接收设备标识符对应的发送速度和接收设备网速，选择发送速度和接收设备网速中值最小的作为对应接收设备标识符的传输速度，将所有传输速度按照从小到大进行排序，选择最大传输速度所对应的接收设备标识符作为代理对象，通过代理对象对应的环保监测仪来搭建协同上传线路。
S305、提取代理设备集合中被标记的接收设备标识符，将所有接收设备标识符对应的发送速度按照从小到大进行排序，依次将最大发送速度对应的接收设备标识符作为代理节点，将代理节点对应的环保监测仪作为目标环保监测仪，重新进入S301-S304步骤，直到匹配到代理对象，通过代理节点和代理对象所对应的环保监测仪共同搭建协同上传线路。如果代理设备集合中被标记的所有接收设备标识符对应的环保监测仪都无法匹配到代理对象则进行上传预警。
协同下载线路的具体选择与判断能否满足传输要求步骤如下：
S306、当数据终端检测到哈希值不一致时，自动获取对应的设备标识符最近一次上传的关联数据集合，提取关联数据集合中所有接收设备标识符，判断是否都正在传输数据，结果为是则进行下载预警；结果为否则获取所有不在传输数据的接收设备标识符所对应的接收速度，同时在数据终端检索不在传输数据的接收设备标识符的实时网速。
S307、将同一个接收设备标识符对应的接收速度与实时网速进行关联，选择接收速度和实时网速中值最小的作为对应接收设备标识符的传输速度，将所有传输速度按照从小到大进行排序，选择最大传输速度所对应的接收设备标识符作为代理对象，通过代理对象对应的环保监测仪来搭建协同下载线路。
在S4中，预警操作包括上传预警和下载预警。上传预警是指环保监测仪将编辑好的预警信息通过无线网络上传至数据终端进行预警操作，或通过无线电波形式进行广播，由其他环保监测仪代为上传至数据终端进行预警操作；下载预警是数据终端检测到与环保监测仪之间的数据传输异常，自动编辑预警信息进行预警操作。
实施例一：假设监测区域内有A1、A2、A3、A4和A5一共5个环保监测仪，它们的网络速度为：
A1：2MB/S，A2：8MB/S，A3：6MB/S，A4：4MB/S，A5：12MB/S；
假设最低网络速度阈值为3MB/S时：
A2、A3、A4和A5传输线路正常，A1传输线路异常，需要搭建协同上传线路；
当A1准备上传数据时，进行加密计算哈希值，广播后接收回传信息，假设广播数据包的数据量为8MB，收到广播的环保监测仪为A2、A3、A4和A5，时间信息分别为：
A1-A2:发送时间12:00:00，接收时间12:00:02，完成时间12:00:07，回传时间12:00:05；
A1-A3:发送时间12:00:00，接收时间12:00:01，完成时间12:00:09，回传时间12:00:06；
A1-A4:发送时间12:00:00，接收时间12:00:02，完成时间12:00:06，回传时间12:00:05；
A1-A5:发送时间12:00:00，接收时间12:00:04，完成时间12:00:08，回传时间12:00:05；
则代入公式计算得到A1与其他环保监测仪之间的发送速度为：
A1-A2发送速度为8÷2=4MB/S；
A1-A3发送速度为8÷1=8MB/S
A1-A4发送速度为8÷2=4MB/S
A1-A5发送速度为8÷4=2MB/S
由于A1-A5发送速度小于最低网络速度阈值，所以A5不能作为代理对象；假设当前时间为12:00:10，监测数据的数据量为48MB，A2、A3和A4的设备上传时间分别为：12:00:17、12:00:19和12:00:12；带入公式计算A2、A3和A4上传完数据后的剩余可用时长：
A2剩余可用时长:12:00:17-[12:00:10+(48÷8)]=1S
A3剩余可用时长:12:00:19-[12:00:10+(48÷6)]=1S
A4剩余可用时长:12:00:12-[12:00:10+(48÷4)]=-10S
由于A4剩余可用时长小于零，所以A4不能作为代理对象；分别将A2和A3中发送速度和网络速度中值最小的作为各自对应的传输速度，得到：
A2传输速度：4MB/S；
A3传输速度：6MB/S；
由于A3传输速度大于A2,所以选择A3作为A1的代理对象，通过A3搭建协同上传线路，辅助A1监测数据的传输。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)

1.基于无线通讯技术的环保监测数据传输方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、环保监测仪上传数据之前先加密计算哈希值，并向周围广播；
S2、分析每个环保监测仪的通讯环境，判断是否搭建协同传输线路；
S3、结果为是，则搭建协同传输线路并判断能否满足传输要求；
S4、满足传输要求的情况下进行传输，不满足则进行预警；
在S1中，具体步骤如下：
S101、当环保监测仪准备上传数据时，将其作为目标环保监测仪，并采用SHA-256加密算法对目标环保监测仪的监测数据进行加密，计算哈希值；
S102、目标环保监测仪的设备标识符作为发送设备标识符，获取本次监测数据的序列号，将哈希值、发送设备标识符和序列号打包压缩，加入填充数据组装成一个数据量为N的数据包，数据包转换为模拟信号，再由环保监测仪上的发射器将模拟信号转换为无线电波，通过天线以无线电波形式进行广播，同时记录当前时间作为发送时间；
S103、周围的其他环保监测仪收到广播的无线电波后，记录当前时间作为接收时间，获取当前环保监测仪的设备标识符作为接收设备标识符，通过解调解码将无线电波转换为原始数据包，删除填充数据，解压后得到哈希值、发送设备标识符和序列号；
S104、通过无线网络将哈希值、发送设备标识符和序列号上传至数据终端后，记录当前环保监测仪的网络速度作为接收设备网速，记录当前环保监测仪的下一次上传数据的时间作为接收设备上传时间，记录当前时间作为回传时间；
S105、将接收时间、接收设备标识符、接收设备网速、接收设备上传时间和回传时间打包压缩，加入填充数据组装成一个数据量为N的数据包，数据包转换为模拟信号，再由环保监测仪上的发射器将模拟信号转换为无线电波，根据发送设备标识符定位到原广播环保监测仪位置，通过天线以无线电波形式点对点进行回传；
S106、目标环保监测仪接收来自周围其他环保监测仪的回传信息，接收到回传信息后立即记录当前时间作为该回传信息的完成时间，通过解调解码将回传信息转换为原始数据包，删除填充数据，解压后得到每个回传信息的接收时间、接收设备标识符、接收设备网速、接收设备上传时间和回传时间；代入公式计算得到发送速度和接收速度：
Vf=N÷（Tj-Tf）
Vj=N÷（Tw-Th）
式中，N为数据包的数据量，Vf为发送速度，Vj为接收速度，Tj为接收时间，Tf为发送时间，Tw为完成时间，Th为回传时间；
S107、将发送速度、接收速度、发送设备标识符和接收设备标识符进行关联，相同序列号的关联数据放入同一个关联数据集合中，通过无线网络将关联数据集合上传至数据终端，上传完毕后再上传本环保监测仪的监测数据和设备标识符；
在S2中，每个环保监测仪通讯环境的分析包括哈希值的一致性判断、下载网络环境判断和上传网络环境判断；
哈希值的一致性判断是指数据终端将设备标识符对应的监测数据计算哈希值，与其他环保监测仪上传过来的同一个设备标识符对应的哈希值进行一致性比较，不一致则说明设备标识符对应的环保监测仪与数据终端之间的传输线路不可靠，监测数据上传过程中存在丢包或被篡改现象，数据终端通知对应环保监测仪搭建协同传输线路重新传输；下载网络环境判断是指数据终端在与环保监测仪进行数据传输时对网络速度进行监测，当网络速度小于最低网络速度阈值时，说明当前传输线路延迟过高，传输时间过长，无法在规定时间内将数据送达至对应环保监测仪，数据终端自行搭建协同传输线路重新传输；上传网络环境判断是指环保监测仪在与数据终端进行数据传输时对网络速度进行监测，当网络速度小于最低网络速度阈值时，说明当前传输线路延迟过高，传输时间过长，无法在规定时间内将数据送达至数据终端，环保监测仪自行搭建协同传输线路重新传输；
协同传输线路是指当本环保监测仪的通讯环境不满足传输要求时，自动选择其他环保监测仪作为代理对象，通过代理对象来搭建的数据传输线路，协助本环保监测仪完成数据上传或下载。
2.根据权利要求1所述的基于无线通讯技术的环保监测数据传输方法，其特征在于：在S3中，协同传输线路包括协同上传线路和协同下载线路；协同上传线路是指目标环保监测仪将数据发送至其他环保监测仪上，由其他环保监测仪代为上传至数据终端；协同下载线路是指数据终端将数据传入到其他环保监测仪上，由其他环保监测仪将数据转发至目标环保监测仪上；其中，协同上传线路的具体选择与判断能否满足传输要求的步骤如下：
S301、当目标环保监测仪监测到当前网络速度小于最低网络速度阈值时，自动获取距离当前时间最近的关联数据集合；
S302、提取关联数据集合中所有接收设备标识符，获取这些接收设备标识符对应的发送速度和接收设备网速，将发送速度和接收设备网速都不小于最低网络速度阈值所对应的接收设备标识符放入代理设备集合中；
S303、判断代理设备集合是否为空集，结果为是则进行上传预警；结果为否，则将代理设备集合中接收设备标识符对应的接收设备上传时间和接收设备网速代入公式，计算接收设备标识符对应的环保监测仪上传完数据后的剩余可用时长：
T=tmax-[t0+(X÷Vj)]
式中，T为环保监测仪上传完数据后的剩余可用时长，tmax为接收设备上传时间，t0为当前时间；X为监测数据的数据量，Vj为接收设备网速；当T不小于零时，说明本次上传不会影响接收设备标识符对应的环保监测仪正常上传数据；
S304、对代理设备集合中T值小于零的接收设备标识符进行标记，判断代理设备集合中没有被标记的接收设备标识符个数是否为零，结果为是则进入S305步骤；结果为否，则分别获取代理设备集合中没有被标记的接收设备标识符对应的发送速度和接收设备网速，选择发送速度和接收设备网速中值最小的作为对应接收设备标识符的传输速度，将所有传输速度按照从小到大进行排序，选择最大传输速度所对应的接收设备标识符作为代理对象，通过代理对象对应的环保监测仪来搭建协同上传线路；
S305、提取代理设备集合中被标记的接收设备标识符，将所有接收设备标识符对应的发送速度按照从小到大进行排序，依次将最大发送速度对应的接收设备标识符作为代理节点，将代理节点对应的环保监测仪作为目标环保监测仪，重新进入S301-S304步骤，直到匹配到代理对象，通过代理节点和代理对象所对应的环保监测仪共同搭建协同上传线路；如果代理设备集合中被标记的所有接收设备标识符对应的环保监测仪都无法匹配到代理对象则进行上传预警；
协同下载线路的具体选择与判断能否满足传输要求步骤如下：
S306、当数据终端检测到哈希值不一致时，自动获取对应的设备标识符最近一次上传的关联数据集合，提取关联数据集合中所有接收设备标识符，判断是否都正在传输数据，结果为是则进行下载预警；结果为否则获取所有不在传输数据的接收设备标识符所对应的接收速度，同时在数据终端检索不在传输数据的接收设备标识符的实时网速；
S307、将同一个接收设备标识符对应的接收速度与实时网速进行关联，选择接收速度和实时网速中值最小的作为对应接收设备标识符的传输速度，将所有传输速度按照从小到大进行排序，选择最大传输速度所对应的接收设备标识符作为代理对象，通过代理对象对应的环保监测仪来搭建协同下载线路。
3.根据权利要求1所述的基于无线通讯技术的环保监测数据传输方法，其特征在于：在S4中，预警操作包括上传预警和下载预警；上传预警是指环保监测仪将编辑好的预警信息通过无线网络上传至数据终端进行预警操作，或通过无线电波形式进行广播，由其他环保监测仪代为上传至数据终端进行预警操作；下载预警是数据终端检测到与环保监测仪之间的数据传输异常，自动编辑预警信息进行预警操作。
4.基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统，应用于如权利要求1所述的基于无线通讯技术的环保监测数据传输方法，其特征在于：该系统包括数据采集模块、数据处理模块、传输管理模块和通知预警模块；
所述数据采集模块用于采集环保监测仪的设备信息、监测信息和时间信息；所述数据处理模块用于对环保监测仪的监测信息打包加密后计算哈希值，以无线电波形式进行广播，并接收其他环保监测仪的回传信息，分析计算与其他环保监测仪之间的传输速度，并上传至数据终端；所述传输管理模块用于分析环保监测仪的通讯环境，当通讯环境不满足传输要求时，自动选择其他环保监测仪作为代理对象，通过代理对象搭建传输线路，协助完成数据上传或下载；所述通知预警模块是指当传输线路无法满足传输要求时进行预警操作。
5.根据权利要求4所述的基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统，其特征在于：所述数据采集模块包括设备信息采集单元、监测信息采集单元和时间信息采集单元；
所述设备信息采集单元用于采集监控范围内所有环保监测仪的网络速度、设备标识符和下一次上传数据的时间；
所述监测信息采集单元用于采集监控范围内所有环保监测仪中监测数据大小和序列号；
所述时间信息采集单元用于采集数据的发送时间、接收时间、回传时间和完成时间。
6.根据权利要求4所述的基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统，其特征在于：所述数据处理模块包括数据加密单元、数据广播单元和数据传输单元；
所述数据加密单元用于对数据进行加密；采用SHA-256加密算法对目标环保监测仪中监测数据进行加密，计算哈希值；
所述数据广播单元用于对数据进行广播；首先，获取监测数据的序列号，并将目标环保监测仪的设备标识符作为发送设备标识符；其次，将哈希值、序列号和发送设备标识符打包压缩，加入填充数据组装为数据包；最后，将数据包转换为无线电信号，通过无线电波形式进行广播，同时采集当前时间作为发送时间；
所述数据传输单元用于对数据进行传输；首先，其他环保监测仪接收到广播后，采集当前时间作为接收时间，广播信息解析出哈希值，通过无线网络将哈希值、发送设备标识符和序列号上传至数据终端；其次，采集当前时间作为回传时间，将接收时间、接收设备标识符、接收设备网络速度、接收设备下一次上传数据的时间和回传时间打包压缩，加入填充数据组装为数据包，根据发送设备标识符定位到原广播环保监测仪位置，以无线电波形式点对点进行回传；最后，目标环保监测仪接受到回传信息，采集当前时间作为完成时间，解析回传信息，代入公式计算得到发送速度和接收速度，将发送速度、接收速度、发送设备标识符和接收设备标识符通过无线网络上传至数据终端，上传完毕后再上传监测数据和当前设备标识符。
7.根据权利要求4所述的基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统，其特征在于：所述传输管理模块包括通讯环境分析单元和传输线路搭建单元；
所述通讯环境分析单元用于分析环保监测仪与数据终端之间的网络环境；当环保监测仪上传数据到数据终端的网络速度小于最低网络速度阈值时，网络环境异常；当数据终端传输数据到环保监测仪的网络速度小于最低网络速度阈值时，网络环境异常；当数据终端将同一设备标识符对应的哈希值进行比较时，哈希值不一致，网络环境异常；
所述传输线路搭建单元用于搭建传输线路；当网络环境异常时，在不影响其他环保监测仪正常传输数据的前提下，选择传输速度最大的其他环保监测仪作为代理对象，通过代理对象来搭建协同传输线路，将代理对象作为数据中转站，协同完成目标环保监测仪的数据上传或下载。
8.根据权利要求4所述的基于无线通讯技术的环保监测数据传输系统，其特征在于：所述通知预警模块用于进行预警操作；当目标环保监测仪网络环境异常时，没有可用于当作代理对象的其他环保监测仪时，或者所有代理对象搭建的协同传输线路的网络速度都小于最低网络速度阈值时，进行预警操作。
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