TWI663853B - 整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統 - Google Patents
整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI663853B TWI663853B TW106131926A TW106131926A TWI663853B TW I663853 B TWI663853 B TW I663853B TW 106131926 A TW106131926 A TW 106131926A TW 106131926 A TW106131926 A TW 106131926A TW I663853 B TWI663853 B TW I663853B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- sensor
- internet
- data
- sensing
- cloud computing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本發明係提供一種整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統，其主要包括：一無線感測器網路由複數個感測器節點組成；一資料匯聚節點用以連接至網際網路且接收匯集該等感測器節點發出的感測訊號；一資料融合手段用以對每一感測器節點未發出的感測訊號資料進行融合處理；一感測雲端計算單元，為複數個伺服器組成，用以提供設定監視區域內無線感測器網路所設感測器節點的計算以獲得整合計算處理結果；一即需即用軟體中控介面設於網際網路以網頁型態呈現，以供使用者登錄閱覽與操控。
Description
本發明係涉及一種環境智慧監控管理系統；特別是指一種整合感測雲端運算與雲端互聯網之創新環境智慧監控管理系統架構揭示者。
現今環境中，為了節省人力與管控成本，故環境管理監控系統係有普遍邁向智慧型與數位化的趨勢。
習知環境管理監控系統建置過程中，人們所發現的問題主要包括幾個面向，其中問題之一係為感測資料處理的問題，因為眾多感測器所組織形成之感測網路，有大量的節點需要即時的執行運算及儲存，而各個節點的硬體設備如微處理單元或儲存單元的能力有限，再加上複雜的定位計算及資料融合計算等，會造成各節點沉重的負擔，感測器網路是由大量的感測器節點覆蓋到監測區域組成的，鑒於各單一感測器節點的監測範圍與可靠性是有限的，在部署感測網路時，需要使感測器節點達到一定的密度以增強整個網路的強健性和監測資訊的準確性，有時甚至需要使節點的監測範圍
互相交疊，然而這種監測區域的相互重疊狀態，會導致臨近節點報告的資訊存在一定程度的冗餘現象，例如對於監測溫度的感測器網路，每個位置的溫度可能有多個感測器節點進行監測，這些節點所取得之溫度資訊往往非常接近或者完全相同，因此在這種冗餘程度過高情況下，把這些節點報告的資料全部發送給彙聚節點與僅發送一份資料相比，除了使網路消耗更多的能量外，彙聚節點並未獲得更多的資訊，如此造成感測資料處理過程中因冗餘資料過多而影響資料處理效率與精準度等問題。
習知環境管理監控系統建置過程的另一個問題，則是中控介面的部份，習知作法上，通常需要由管理者自行委託專業軟體公司規劃設計一套專用的監控程式與介面，再透過網路連接前述感測器網路，然而此種作法往往造成系統設置成本大幅提高的問題，對於管理者而言通常不符合較佳產業經濟效益。
是以，針對上述習知環境智慧監控管理系統技術所存在之問題點，如何研發出一種能夠更具理想實用性之創新構造，實有待相關業界再加以思索突破之目標及方向者；有鑑於此，發明人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。
本發明之主要目的，係在提供一種整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統，其所欲解決之技術問題，係針對如何研發出一種更具理想實用性之新式環境智慧監控管理系統架構為目標加以思索創新突破。
本發明解決問題之技術特點，主要在於該環境智慧監控管理系統係包括：一無線感測器網路，由複數個感測器節點組織而成，主要包括感測單元、處理單元、通信單元及供電單元，感測單元由感測器和模數轉換功能模組組成，處理單元包括載入有嵌入式作業系統之中央處理器及記憶體，通信單元由無線通信模組組成；一資料匯聚節點，用以接收與匯集該等感測器節點發出的感測訊號，且資料匯聚節點連接至網際網路；一資料融合手段，用以對無線感測器網路的每一感測器節點尚未發出的感測訊號資料進行融合處理，以去除冗餘資訊，並在滿足設定應用需求前提下將所需傳輸數據量最小化；一感測雲端計算單元，為複數個伺服器組成之分散式運算服務集群，各伺服器透過網際網路達成資料連結，感測雲端計算單元用以提供一設定監視區域內所述無線感測器網路所設感測器節點的定位計算，該感測雲端計算單元之運作係透過網際網路將龐大的運算處理程序自動分拆成複數個相對較小的子程序分交給各伺服器進行搜尋、分析與運算，從而獲得一整合計算處理結果；一即需即用軟體中控介面，設於網際網路以網頁型態呈現，用以供一使用者透過網際網路登錄閱覽與操控，該即需即用軟體中控介面係為一即需即用軟體介面型態，具有一設定控制介面，該設定控制介面顯現內容包括透過各該伺服器31所獲得之整合計算處理結果。
本發明之主要效果與優點，係能夠提供一種整合感測雲端運算與雲端互聯網之創新環境智慧監控管理系統，其相較於習知相關技術具有大幅提升感測資料處理效率與精準度，且大幅降低中控介面建置成本之優點與實用進步性。
本發明之另一主要目的，係更藉由該無線感測器網路
之感測器節點係依距離分佈遠近狀態呈訊號接力傳遞式之訊號傳遞形式，且令感測訊號傳遞至設定感測器節點後透過一中節點資料融合手段，以對該感測器節點累積的感測訊號資料進行融合處理之另一技術特徵，讓感測訊號在長距離傳遞過程中就逐步地進行資料融合處理，藉此讓感測訊號資料之融合處理更精準且更有效率。
A‧‧‧環境智慧監控管理系統
10‧‧‧無線感測器網路
11、11B‧‧‧感測器節點
111‧‧‧感測單元
112‧‧‧處理單元
113‧‧‧通信單元
114‧‧‧供電單元
12‧‧‧資料匯聚節點
13‧‧‧感測訊號
20‧‧‧網際網路
30‧‧‧感測雲端計算單元
31‧‧‧伺服器
32‧‧‧整合計算處理結果
40‧‧‧資料融合手段
41‧‧‧中節點資料融合手段
50‧‧‧即需即用軟體中控介面
51‧‧‧設定控制介面
60‧‧‧使用者
第1圖係本發明較佳實施例之系統架構簡示圖。
第2圖係本發明較佳實施例之系統架構文字方塊圖。
第3圖係本發明之感測訊號傳遞至一感測器節點後透過一中節點資料融合手段進行融合處理之實施例圖。
請參閱第1、2圖所示，係本發明整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統之較佳實施例，惟此等實施例僅供說明之用，在專利申請上並不受此結構之限制。
所述整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統A包括下述構成：一無線感測器網路10，係由複數個感測器節點11(Sensor node)組織而成，該感測器節點11主要包括感測單元111、處理單元112、通信單元113以及供電單元114，其中該感測單元111係由感測器和模數轉換功能模組組成，該處理單元112包括載入有嵌入式作業系統之中央處理器(CPU)及記憶體，該通信單元113由無線通信模組組成；該無線感測器網路10還包括一資料
匯聚節點12，用以接收與匯集該等感測器節點11所發出的感測訊號13，且該資料匯聚節點12係連接至網際網路20；一感測雲端(Sensors Cloud)計算單元30，為複數個伺服器31(Multi-Server)所組成之分散式運算(Distributed Computing)服務集群，各伺服器31透過網際網路20達成資料連結，該感測雲端計算單元30係用以提供一設定監視區域內所述無線感測器網路10所設感測器節點11的定位計算，該感測雲端計算單元30之運作係透過網際網路20將龐大的運算處理程序(Process)自動分拆成複數個相對較小的子程序(Sub process)分交給各該伺服器31進行搜尋、分析與運算，從而獲得一整合計算處理結果32(僅標示於第2圖)；一資料融合手段40(僅標示於第2圖)，用以對該無線感測器網路10的每一感測器節點11尚未發出的感測訊號13資料進行融合處理，以去除冗餘資訊，在滿足設定應用需求之前提下將所需傳輸數據量最小化；一即需即用軟體中控介面50，設於網際網路20以網頁型態呈現，用以供一使用者60透過網際網路20登錄閱覽與操控，該即需即用軟體中控介面50係為一即需即用軟體介面型態，具有一設定控制介面51，該設定控制介面51之顯現內容包括透過各該伺服器31所獲得之整合計算處理結果32。
上段中所界定的”即需即用軟體”亦稱為軟體即服務(英文：Software as a Service，縮寫為SaaS)，稱其為「即需即用軟體」，意即一經要求即可使用之意，其為一種軟體交付模式，於此種交付模式中，主要是在網際網路的雲端集中式託管軟體及其相關數據，軟體僅需透過網際網路，而不須透過安裝過程即可使用，網路用戶可經由一個網頁瀏覽器(如Google Chrome、Internet Explorer)來訪問該軟體即服務。由此可見，本發明採用所述即需即用軟體中
控介面50的優點，是讓管理者無須自行建置成本昂貴的管控程式，僅須選用網際網路中已具備基礎管控程式架構之即需即用軟體，於該即需即用軟體中的設定控制介面51進行符合管理者本身所需之設定，即可輕易實現遠端環境智慧監控管理之目的。
其中，所述資料融合手段40採用一致性資料融合演算法，係根據該無線感測器網路10的多重測量數據之一致性融合方法，首先係定義一種用於衡量里程儀測量數據之間支持程度的位置通信距離測量，並在此基礎上建構多里程儀測量數據之間的位置通信距離矩陣及關係矩陣，復利用有向圖(directed graph，簡稱為digraph)方法剔除含有一設定大量誤差或錯誤的測量數據，最後採用極大似然估計(maximum likelihood estimation，縮寫為MLE)法求解多里程儀測量數據的最佳融合值。本例中所指一致性資料融合演算法之具體算式邏輯係屬習知演算法架構，非本發明所欲保護與探討之範疇，在此即不予詳述。
其中，該感測雲端計算單元30中係使用高階開發平台(例如Altera DE4高階開發平台之Stratix ® IV GX晶片)；此種平台擁有特定應用積體電路的高效能與低功耗的能力，亦具有微處理器的可程式化特性。
其中，該無線感測器網路10係採用ZigBee無線網路協定(亦稱為紫蜂)。是一種低速短距離傳輸的無線網路協定，其底層是採用IEEE 802.15.4標準規範的媒體存取層與實體層，其主要特色及優點有低速、低耗電、低成本、支援大量網路節點、支援多種網路拓撲、低複雜度、快速、可靠及安全等。
如第3圖所示，本例中，該無線感測器網路10之感測
器節點11係依其距離分佈遠近狀態呈訊號接力傳遞式之訊號傳遞形式，且令感測訊號13傳遞至一設定感測器節點11B後，係透過一中節點資料融合手段41，以對該感測器節點11B所累積的感測訊號13資料進行融合處理，以去除冗餘資訊將傳輸數據量最小化。本例中所提到的中節點資料融合手段41，好處是讓感測訊號13在長距離傳遞過程中就逐步地進行資料融合處理，不必等到匯聚眾多資料後再作融合，如此一來，讓感測訊號13資料之融合處理更精準且更有效率。
其中，該感測器節點11之感測單元111包括：溫度感測器、風速感測器、紅外線感測器、噪音感測器、照度感測器、酸鹼值感測器、一氧化碳感測器、二氧化碳感測器。
藉由上述系統架構組成型態與技術特徵，本發明所揭整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統A較佳實施例運作上，該無線感測器網路10的每一感測器節點11尚未發出的感測訊號13資料，係透過所述資料融合手段40(僅標示於第2圖)進行融合處理，藉以去除冗餘資訊，在滿足設定應用需求之前提下將所需傳輸數據量加以最小化，如此可大幅提升感測資料處理效率與精準度；接著，透過該資料匯聚節點12接收與匯集該等感測器節點11所發出的感測訊號13(註：且為經過融合處理的訊號資料)，該資料匯聚節點12係透過網際網路20將前述匯集之感測訊號13傳送給感測雲端計算單元30，以透過該感測雲端計算單元30的各伺服器31對設定監視區域內的無線感測器網路10所設感測器節點11進行搜尋、分析與運算，從而獲得一整合計算處理結果32(僅標示於第2圖)，而所述整合計算處理結果32會具體顯現在該網頁型態之即需
即用軟體中控介面50內容中，使用者60可透過網際網路20登錄該即需即用軟體中控介面50之設定控制介面51進行閱覽與操控，由於該即需即用軟體中控介面50不須透過安裝過程即可使用，故可大幅降低環境監控管理系統之中控介面建置成本。
本發明之優點：本發明所揭「整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統」主要藉由所述無線感測器網路、資料匯聚節點、資料融合手段、感測雲端計算單元以及即需即用軟體中控介面等創新獨特結構型態與技術特徵，使本發明對照[先前技術]所提習知技術而言，由於該無線感測器網路的每一感測器節點尚未發出的感測訊號資料係透過所述資料融合手段進行融合處理，以去除冗餘資訊，又使用者係透過網際網路登錄該即需即用軟體中控介面之設定控制介面進行環境監控管理資料的閱覽與操控；是以，本發明相較於習知相關技術而言，確具有能夠大幅提升感測資料處理效率與精準度，且大幅降低中控介面建置成本之優點與實用進步性。
Claims (5)
- 一種整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統，該環境智慧監控管理系統包括：一無線感測器網路，係由複數個感測器節點組織而成，各該感測器節點主要包括感測單元、處理單元、通信單元以及供電單元，其中該感測單元由感測器和模數轉換功能模組組成，該處理單元包括載入有嵌入式作業系統之中央處理器以及記憶體，該通信單元由無線通信模組組成；一資料匯聚節點，用以接收與匯集該等感測器節點所發出的感測訊號，且該資料匯聚節點係連接至網際網路；一資料融合手段，用以對該無線感測器網路的每一感測器節點尚未發出的感測訊號資料進行融合處理，以去除冗餘資訊，並在滿足設定應用需求之前提下將所需傳輸數據量最小化；一感測雲端計算單元，為複數個伺服器所組成之分散式運算服務集群，各該伺服器透過網際網路達成資料連結，該感測雲端計算單元係用以提供一設定監視區域內所述無線感測器網路所設感測器節點的定位計算，該感測雲端計算單元之運作，係透過網際網路將龐大的運算處理程序自動分拆成複數個相對較小的子程序分交給各該伺服器進行搜尋、分析與運算，從而獲得一整合計算處理結果；一即需即用軟體中控介面，設於網際網路以網頁型態呈現，用以供一使用者透過網際網路登錄閱覽與操控，該即需即用軟體中控介面係為一即需即用軟體介面型態，具有一設定控制介面，該設定控制介面之顯現內容包括透過各該伺服器所獲得之整合計算處理結果；且其中，該無線感測器網路之感測器節點係依其距離分佈遠近狀態呈訊號接力傳遞式之訊號傳遞形式，且令感測訊號傳遞至一設定感測器節點後，係透過一中節點資料融合手段，以對該感測器節點所累積的感測訊號資料進行融合處理，以去除冗餘資訊將傳輸數據量最小化。
- 如申請專利範圍第1項所述之整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統，其中所述資料融合手段係採用一致性資料融合演算法，係根據該無線感測器網路的多重測量數據之一致性融合方法，首先係定義一種用於衡量里程儀測量數據之間支持程度的位置通信距離測量，並在此基礎上建構多里程儀測量數據之間的位置通信距離矩陣及關係矩陣，復利用有向圖(directed graph，簡稱為digraph)方法剔除含有一設定大量誤差或錯誤的測量數據，最後採用極大似然估計(maximum likelihood estimation，縮寫為MLE)法求解多里程儀測量數據的最佳融合值。
- 如申請專利範圍第2項所述之整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統，其中該感測雲端計算單元中係使用高階開發平台。
- 如申請專利範圍第3項所述之整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統，其中該無線感測器網路係採用ZigBee無線網路協定。
- 如申請專利範圍第4項所述之整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統，其中該感測器節點之感測單元包括：溫度感測器、風速感測器、紅外線感測器、噪音感測器、照度感測器、酸鹼值感測器、一氧化碳感測器、二氧化碳感測器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW106131926A TWI663853B (zh) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | 整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW106131926A TWI663853B (zh) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | 整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201916635A TW201916635A (zh) | 2019-04-16 |
| TWI663853B true TWI663853B (zh) | 2019-06-21 |
Family
ID=66992310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW106131926A TWI663853B (zh) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | 整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI663853B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110852721A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-28 | 浙江军盾信息科技有限公司 | 一种信息通报系统、方法、设备及介质 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110254664A1 (en) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | Mojix, Inc. | Systems and methods for detecting patterns in spatio-temporal data collected using an rfid system |
| TWM430668U (en) * | 2011-06-24 | 2012-06-01 | Nat Univ Chin Yi Technology | Environment monitoring device |
| TW201250634A (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-16 | Univ Nat Formosa | Dual mode supervisory control system and dual mode supervisory control method using cloud computing technique |
| US20130131994A1 (en) * | 2006-08-11 | 2013-05-23 | University Of Tennessee Research Foundation | Method and apparatus for mobile disaster victim identification |
| TWI415034B (zh) * | 2011-06-22 | 2013-11-11 | Nat Univ Chin Yi Technology | Environmental monitoring methods and devices designed for the use of data fusion algorithms for cloud computing |
| CN106888430A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-06-23 | 华侨大学 | 一种可信的传感云数据收集评估方法 |
-
2017
- 2017-09-18 TW TW106131926A patent/TWI663853B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130131994A1 (en) * | 2006-08-11 | 2013-05-23 | University Of Tennessee Research Foundation | Method and apparatus for mobile disaster victim identification |
| US20110254664A1 (en) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | Mojix, Inc. | Systems and methods for detecting patterns in spatio-temporal data collected using an rfid system |
| TW201250634A (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-16 | Univ Nat Formosa | Dual mode supervisory control system and dual mode supervisory control method using cloud computing technique |
| TWI415034B (zh) * | 2011-06-22 | 2013-11-11 | Nat Univ Chin Yi Technology | Environmental monitoring methods and devices designed for the use of data fusion algorithms for cloud computing |
| TWM430668U (en) * | 2011-06-24 | 2012-06-01 | Nat Univ Chin Yi Technology | Environment monitoring device |
| CN106888430A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-06-23 | 华侨大学 | 一种可信的传感云数据收集评估方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201916635A (zh) | 2019-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ta-Shma et al. | An ingestion and analytics architecture for iot applied to smart city use cases | |
| CN107561990A (zh) | 一种基于边缘计算的工业传感信号采集器及采集方法 | |
| CN108306756A (zh) | 一种基于电力数据网全息评估系统及其故障定位方法 | |
| Xhafa et al. | Processing and analytics of big data streams with yahoo! s4 | |
| CN113556768B (zh) | 传感器数据异常检测方法和系统 | |
| CN104765341A (zh) | 一种基于物联网技术的空气净化器控制系统 | |
| CN104574898A (zh) | 基于Zigbee的多传感器物联网监控方法及设备 | |
| CN107609812A (zh) | 一种新型的智能仓储系统 | |
| Liu et al. | Cloud, edge, and mobile computing for smart cities | |
| Dahiya et al. | Efficient green solution for a balanced energy consumption and delay in the iot-fog-cloud computing | |
| CN112269690A (zh) | 一种数据备份的方法和装置 | |
| TWI663853B (zh) | 整合感測雲端運算與雲端互聯網之環境智慧監控管理系統 | |
| US12093849B2 (en) | Smart sensing: a system and a method for distributed and fault tolerant hierarchical autonomous cognitive instrumentation | |
| CN202422122U (zh) | 一种基于物联网的通用智能数据系统 | |
| CN207281528U (zh) | 一种基于边缘计算的工业传感信号采集器 | |
| CN111769987A (zh) | 基于大数据管理模型的网络信息安全测试系统及方法 | |
| CN108965436B (zh) | 基于传感器网络的气体检测系统用高效稳定通讯系统 | |
| CN103428291A (zh) | 一种多域异构云通信平台装置 | |
| Zhuang et al. | [Retracted] Braking Control System of Oilfield Minor Repair Machine Based on Wireless Sensor Network | |
| KR102396812B1 (ko) | 스마트시티에 설치되는 센서들을 관리하는 방법 및 그 서버 | |
| He et al. | A simulation cloud monitoring framework and its evaluation model | |
| Cai et al. | Online Monitoring of Ship Block Construction Equipment Based on the Internet of Things and Public Cloud: Take the Intelligent Tire Frame as an Example. | |
| Yan | News and public opinion multioutput IoT intelligent modeling and popularity big data analysis and prediction | |
| CN105450751B (zh) | 一种提高云计算环境稳定性的系统 | |
| CN109768968A (zh) | 一种基于云计算的数据信息化采集和分析系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |