CN109885116B - 一种基于云计算的物联网平台监测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于云计算的物联网平台监测系统及其方法，其中该系统包括环境监测感知层、云计算层和应用层，所述环境监测感知层与云计算层连接，所述云计算层与应用层信号连接；所述应用层包括移动终端和用于控制家居设备工作的控制终端，所述移动终端通过APP终端与所述控制终端无线连接；所述环境监测感知层采集所监测区域的环境数据并发送至所述云计算层；所述云计算层设有处理器以对所述环境数据进行存储、管理和分析，并将环境数据传送至所述移动终端。

Description

一种基于云计算的物联网平台监测系统及其方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种基于云计算的物联网平台监测系统及其方法。

背景技术

家居空气环境一直是人们注重的主体，空气质量的好坏与人的健康状况息息相关，为此有必要提出一种可以实时监测家居环境的系统以及相应的数据共享方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于云计算的物联网平台监测系统及其方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供了一种基于云计算的物联网平台监测系统，该系统包括环境监测感知层、云计算层和应用层，所述环境监测感知层与云计算层连接，所述云计算层与应用层信号连接；所述应用层包括移动终端和用于控制家居设备工作的控制终端，所述移动终端通过APP终端与所述控制终端无线连接；所述环境监测感知层采集所监测区域的环境数据并发送至所述云计算层；所述云计算层设有处理器以对所述环境数据进行存储、管理和分析，并将环境数据传送至所述移动终端。

其中，所述家居设备包括空气净化器和新风交换机。

根据本发明第一方面提供了一种基于云计算的物联网平台监测系统，所述移动终端通过APP终端向所述控制终端发送指令，以控制与该指令相应的家居设备工作。

根据本发明第一方面提供了一种基于云计算的物联网平台监测系统，所述环境数据包括环境感知数据和相应的地理位置数据，所述移动终端通过APP终端对所述环境数据进行可视化展示。

其中，所述的环境感知数据可以包括室内甲醛浓度、PM2.5浓度、烟雾浓度、温湿度等数据。

根据本发明第一方面提供了一种基于云计算的物联网平台监测系统，所述可视化展示，包括：

定义数据格，并确定X轴的展示刻度；

根据所述环境感知数据和所述地理位置数据，进行数据源配置、扫描和读取；

分析存储数据与修正X轴展示刻度，进而计算每一刻度级别的每一数据格内数据的四分位；

采用四分位图进行数据展示，展示的数据包括环境感知数据和对应的地理位置数据。

本实施例通过上述可视化方法，实现了对复杂的家居环境的可视化展示。

本发明第二方面提供一种基于云计算的物联网平台监测方法，该方法包括：

云计算层接收环境监测感知层采集的环境数据；

所述云计算层对所述环境数据进行存储、管理和分析，得到对应各时间节点和地理位置的环境数据；

所述云计算层将所述对应各时间节点和地理位置的环境数据发送至移动终端。

根据本发明第二方面提供一种基于云计算的物联网平台监测方法，所述环境数据包括环境感知数据和相应的地理位置数据，所述方法还包括：

所述云计算层对所述环境感知数据进行阈值分析，当存在环境感知数据超出标准环境感知数据阈值范围时向所述移动终端发送报警信息。

本发明上述实施例通过结合传感、物联网和云计算技术，对家居环境进行实时采集与传输，开发出对家居环境进行全天候实时远程监测的系统，控制相应的家居设备的开启与关闭，改善家居空气质量并实现报警；利用云计算的强大处理能力，进行海量家居环境数据的存储、管理和分析，监测部门、企业或个人等用户可以通过“云”的方式获轻松获取需要的资源。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的一种基于云计算的物联网平台监测系统的通信连接示意图；

图2是本发明一个示例性实施例的一种基于云计算的物联网平台监测方法的流程示意图。

附图标记：

环境监测感知层1、云计算层2、应用层3。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明第一方面实施例提供了一种基于云计算的物联网平台监测系统，该系统包括环境监测感知层1、云计算层2和应用层3，所述环境监测感知层1与云计算层2连接，所述云计算层2与应用层3信号连接；所述应用层3包括移动终端和用于控制家居设备工作的控制终端，所述移动终端通过APP终端与所述控制终端无线连接；所述环境监测感知层1采集所监测区域的环境数据并发送至所述云计算层2；所述云计算层2设有处理器以对所述环境数据进行存储、管理和分析，并将环境数据传送至所述移动终端。

其中，所述家居设备包括空气净化器和新风交换机。

根据本发明第一方面提供了一种基于云计算的物联网平台监测系统，所述移动终端通过APP终端向所述控制终端发送指令，以控制与该指令相应的家居设备工作。

根据本发明第一方面提供了一种基于云计算的物联网平台监测系统，所述环境数据包括环境感知数据和相应的地理位置数据，所述移动终端通过APP终端对所述环境数据进行可视化展示。

其中，所述的环境感知数据可以包括室内甲醛浓度、PM2.5浓度、烟雾浓度、温湿度等数据。

根据本发明第一方面提供了一种基于云计算的物联网平台监测系统，所述可视化展示，包括：

定义数据格，并确定X轴的展示刻度；

根据所述环境感知数据和所述地理位置数据，进行数据源配置、扫描和读取；

分析存储数据与修正X轴展示刻度，进而计算每一刻度级别的每一数据格内数据的四分位；

采用四分位图进行数据展示，展示的数据包括环境感知数据和对应的地理位置数据。

本实施例通过上述可视化方法，实现了对复杂的家居环境的可视化展示。

如图2所示，本发明第二方面提供一种基于云计算的物联网平台监测方法，该方法包括：

S01云计算层接收环境监测感知层采集的环境数据；

S02所述云计算层对所述环境数据进行存储、管理和分析，得到对应各时间节点和地理位置的环境数据；

S03所述云计算层将所述对应各时间节点和地理位置的环境数据发送至移动终端。

根据本发明第二方面提供一种基于云计算的物联网平台监测方法，所述环境数据包括环境感知数据和相应的地理位置数据，所述方法还包括：

所述云计算层对所述环境感知数据进行阈值分析，当存在环境感知数据超出标准环境感知数据阈值范围时向所述移动终端发送报警信息。

本发明上述实施例通过结合传感、物联网和云计算技术，对家居环境进行实时采集与传输，开发出对家居环境进行全天候实时远程监测的系统，控制相应的家居设备的开启与关闭，改善家居空气质量并实现报警；利用云计算的强大处理能力，进行海量家居环境数据的存储、管理和分析，监测部门、企业或个人等用户可以通过“云”的方式获轻松获取需要的资源。

在上述的一种基于云计算的物联网平台监测系统及其方法中，所述环境监测感知层1包括无线传感器网络，所述无线传感器网络包括多个传感器节点、多个簇头和与云计算层2通信的汇聚节点，每个传感器节点选择距离最近的簇头加入簇；所述汇聚节点周期性地向各簇头广播hello消息，所述hello消息包括汇聚节点的位置信息以及直接通信阈值h_min，h_min<y_max，y_max为簇头能够调节的最大通信距离；簇头接收到所述hello消息后，若簇头到汇聚节点的距离不大于h_min，则簇头选择与汇聚节点直接通信；若簇头到汇聚节点的距离大于h_min，则簇头在其通信范围内的簇头中选择一个作为下一跳节点，与该下一跳节点直接通信；所述直接通信阈值按照下列公式确定：

式中，y_min为簇头能够调节的最小通信距离，

为与汇聚节点的距离在

范围内的簇头的平均初始能量，

为与汇聚节点的距离在

范围内的簇头的平均当前剩余能量，g为预设的基于能耗的距离增加因子，g的取值满足

其中，当所述汇聚节点向各簇头广播hello消息的次数达到设定的次数阈值时，停止该hello消息的广播操作。

本实施例中，各簇头根据自身到汇聚节点的距离确定直接或者间接的方式与汇聚节点通信，提高了簇头路由的灵活性。根据簇头的实际部署情况确定直接通信距离阈值h_min，使得h_min的设定更贴近实际情况，有利于更合理地确定簇头的路由方式，尽量在保障有效传输环境数据的前提下降低无线传感器网络的传输能耗，节约基于云计算的物联网平台监测系统的监测成本。

在一种能够实现的方式中，簇头周期性地计算自己的负载程度并广播至通信范围内的其他簇头，所述负载程度的计算公式为：

式中，U_I为簇头I的负载程度，Q_I为簇头I的当前剩余能量，N_I(h_min)为与簇头I距离不大于h_min的簇头数量；K_I为簇头I簇内的传感器节点数量，Q_θ为预设的基于簇管理的单位能耗；

所述簇头在其通信范围内的簇头中选择下一跳节点时，具体执行：

(1)在与其距离未超过h_min的簇头中确定相对于其距离汇聚节点更近的簇头，归入备选节点集合；

(2)选择备选节点集合中负载程度最小的簇头作为下一跳节点。

本实施例创新性地提出了簇头的负载程度指标，用于衡量簇头的当前负载情况，本实施例基于负载程度进一步提出了簇头选择下一跳节点的工作机制，该机制中，簇头选择备选节点集合中负载程度最小的簇头作为下一跳节点，有利于在保障电能和环境参数信息单向传输至汇聚节点的前提下，尽可能地平衡各簇头的负载，从而均衡簇头的能量，提升无线传感器网络的性能。

在一种能够实现的方式中，下一跳节点定期计算自身的能力折减系数，当能力折减系数达到预设的能力折减系数阈值上限时，该下一跳节点向其上一跳的簇头发送反馈信息，以使该上一跳的簇头重新选择下一跳节点；所述能力折减系数的计算公式为：

式中，B_J为下一跳节点J的能力折减系数，Q_J为下一跳节点J的当前剩余能量，M_J为以下一跳节点J作下一跳节点的簇头数量，Q_τ为预设的基于距离的能耗系数，h(J,O)为下一跳节点J到汇聚节点的距离，K_J为下一跳节点J簇内的传感器节点数量。

本实施例创新性地提出了能力折减系数的概念，以下一跳节点的能量、簇内传感器节点数量、与汇聚节点的距离以及将其作为下一跳节点的簇头数量为考虑因子，设计了该能力折减系数的计算公式。本实施例在当能力折减系数达到预设的能力折减系数阈值上限时，该下一跳节点向其上一跳的簇头发送反馈信息，以使该上一跳的簇头重新选择下一跳节点，有利于降低下一跳节点失效的概率，均衡各簇头的能耗，保障环境数据转发的可靠性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统和终端的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理系统、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储系统、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种基于云计算的物联网平台监测系统，其特征是，该系统包括环境监测感知层、云计算层和应用层，所述环境监测感知层与云计算层连接，所述云计算层与应用层信号连接；所述应用层包括移动终端和用于控制家居设备工作的控制终端，所述移动终端通过APP终端与所述控制终端无线连接；所述环境监测感知层采集所监测区域的环境数据并发送至所述云计算层；所述云计算层设有处理器以对所述环境数据进行存储、管理和分析，并将环境数据传送至所述移动终端；所述环境监测感知层包括无线传感器网络，所述无线传感器网络包括多个传感器节点、多个簇头和与云计算层通信的汇聚节点，每个传感器节点选择距离最近的簇头加入簇；所述汇聚节点周期性地向各簇头广播hello消息，所述hello消息包括汇聚节点的位置信息以及直接通信阈值h_min，h_min<y_max，y_max为簇头能够调节的最大通信距离；簇头接收到所述hello消息后，若簇头到汇聚节点的距离不大于h_min，则簇头选择与汇聚节点直接通信；若簇头到汇聚节点的距离大于h_min，则簇头在其通信范围内的簇头中选择一个作为下一跳节点，与该下一跳节点直接通信；簇头周期性地计算自己的负载程度并广播至通信范围内的其他簇头，所述负载程度的计算公式为：

式中，U_I为簇头I的负载程度，Q_I为簇头I的当前剩余能量，N_I(h_min)为与簇头I距离不大于h_min的簇头数量；K_I为簇头I簇内的传感器节点数量，Q_θ为预设的基于簇管理的单位能耗；

所述簇头在其通信范围内的簇头中选择下一跳节点时，具体执行：

(1)在与其距离未超过h_min的簇头中确定相对于其距离汇聚节点更近的簇头，归入备选节点集合；

(2)选择备选节点集合中负载程度最小的簇头作为下一跳节点。

2.根据权利要求1所述的一种基于云计算的物联网平台监测系统，其特征是，所述直接通信阈值按照下列公式确定：

式中，y_min为簇头能够调节的最小通信距离，

为与汇聚节点的距离在

范围内的簇头的平均初始能量，

为与汇聚节点的距离在

范围内的簇头的平均当前剩余能量，g为预设的基于能耗的距离增加因子，g的取值满足

3.根据权利要求2所述的一种基于云计算的物联网平台监测系统，其特征是，所述移动终端通过APP终端向所述控制终端发送指令，以控制与该指令相应的家居设备工作。

4.根据权利要求2所述的一种基于云计算的物联网平台监测系统，其特征是，所述环境数据包括环境感知数据和相应的地理位置数据，所述移动终端通过APP终端对所述环境数据进行可视化展示。

5.根据权利要求4所述的一种基于云计算的物联网平台监测系统，其特征是，所述可视化展示，包括：

定义数据格，并确定X轴的展示刻度；

根据所述环境感知数据和所述地理位置数据，进行数据源配置、扫描和读取；

分析存储数据与修正X轴展示刻度，进而计算每一刻度级别的每一数据格内数据的四分位；

采用四分位图进行数据展示，展示的数据包括环境感知数据和对应的地理位置数据。

6.一种基于云计算的物联网平台监测方法，其特征是，该方法包括：

云计算层接收环境监测感知层采集的环境数据；

所述云计算层对所述环境数据进行存储、管理和分析，得到对应各时间节点和地理位置的环境数据；

所述云计算层将所述对应各时间节点和地理位置的环境数据发送至移动终端；

其中，所述环境监测感知层包括无线传感器网络，所述无线传感器网络包括多个传感器节点、多个簇头和与云计算层通信的汇聚节点，每个传感器节点选择距离最近的簇头加入簇；

所述汇聚节点周期性地向各簇头广播hello消息，所述hello消息包括汇聚节点的位置信息以及直接通信阈值h_min，h_min<y_max，y_max为簇头能够调节的最大通信距离；簇头接收到所述hello消息后，若簇头到汇聚节点的距离不大于h_min，则簇头选择与汇聚节点直接通信；若簇头到汇聚节点的距离大于h_min，则簇头在其通信范围内的簇头中选择一个作为下一跳节点，与该下一跳节点直接通信；簇头周期性地计算自己的负载程度并广播至通信范围内的其他簇头，所述负载程度的计算公式为：

式中，U_I为簇头I的负载程度，Q_I为簇头I的当前剩余能量，N_I(h_min)为与簇头I距离不大于h_min的簇头数量；K_I为簇头I簇内的传感器节点数量，Q_θ为预设的基于簇管理的单位能耗；

所述簇头在其通信范围内的簇头中选择下一跳节点时，具体执行：

(1)在与其距离未超过h_min的簇头中确定相对于其距离汇聚节点更近的簇头，归入备选节点集合；

(2)选择备选节点集合中负载程度最小的簇头作为下一跳节点。

7.根据权利要求6所述的一种基于云计算的物联网平台监测方法，其特征是，所述直接通信阈值按照下列公式确定：

式中，y_min为簇头能够调节的最小通信距离，

为与汇聚节点的距离在

范围内的簇头的平均初始能量，

为与汇聚节点的距离在

范围内的簇头的平均当前剩余能量，g为预设的基于能耗的距离增加因子，g的取值满足

8.根据权利要求7所述的一种基于云计算的物联网平台监测方法，其特征是，所述环境数据包括环境感知数据和相应的地理位置数据，所述方法还包括：

所述云计算层对所述环境感知数据进行阈值分析，当存在环境感知数据超出标准环境感知数据阈值范围时向所述移动终端发送报警信息。

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