一种物联网多网融合实验系统及方法

摘要

本发明公开了一种物联网多网融合实验系统及方法，具体涉及物联网领域，用于解决目前的多网融合监控系统，并没有对采集过程的精确程度以及调试方案的实行速度进行针对性监测，导致实际分析的结果存在不确定性，调试效果存在不及时性的问题；包括数据采集模块、调节操作模块，通信网关模块以及数据分析模块；本发明是通过对数据采集过程的精确度进行判断，并进行反馈式循环采集，保证了数据获取的精确性，并根据采集的数据制定相应的调节手段，同时检测相应的调节时间从而对整体系统的调整能力进行评价，方便后续人员进行检修。

权利要求

1.一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：包括数据采集模块、调节操作模块，通信网关模块以及数据分析模块；

所述通信网关模块用于负责多网融合之间的数据通信；

所述数据采集模块用于采集实验室内环境信息、簇节点的状态信息以及调节操作模块内工作状态信息，并通过通信网关模块将其发送至数据分析模块进行分析；

所述数据分析模块用于确定数据采集模块的采集过程是否满足实际所要求的精确度；

若不满足精确度要求，则生成重新测定信号并通过通信网关模块发送至数据采集模块，数据采集模块对实验室内环境信息进行重新采集直至满足精确度要求；

若满足精确度要求，则根据环境信息的具体偏差制定调节方案，并通过通信网关模块将调节命令发送至调节操作模块；

所述调节操作模块接收到数据分析模块的调节命令后，进行相应调节；

所述数据分析模块获取调节操作模块内工作状态信息确认调节速度是否满足实际需要，若不满足则进行预警输出；

所述数据采集模块包括多个簇节点，每个簇节点包括多个同类传感器节点；

各传感器节点采集完相应环境信息后将其统一发送至簇节点，簇节点对各个传感器采集的数据进行加和平均后，再进行信息传递；

所述簇节点的状态信息包括各簇节点数据接收时间最长偏差值、各簇节点传感器节点损坏值以及各簇节点传感器节点完好占比；

数据分析模块接收到各簇节点数据接收时间最长偏差值、各簇节点传感器节点损坏值以及各簇节点传感器节点完好占比后，并将其分别标定为T、S、Z，通过公式计算获得各个簇节点的精确评估系数E，具体计算表达式如下：式中，b1、b2、b3分别为数据接收时间最长偏差值、各簇节点传感器节点损坏值以及各簇节点传感器节点损坏占比的预设比例系数，且b3>b1>b2>0；

数据分析模块设标准精确梯度值为R1与R2，且R1

将精确评估系数E与标准精确梯度值进行比较：

若精确评估系数E小于R1，则生成正常簇节点信号；

若精确评估系数E大于等于R2，则生成风险簇节点并发出警报；

若精确评估系数E大于等于R1小于R2，则生成误差簇节点并对簇节点整体进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：数据分析模块对簇节点整体进行分析的具体方法如下：若数据分析模块接收到的环境信息包括风险簇节点发送的信息，则生成不精确信息；

若接收到的环境信息不包括风险簇节点发送的信息但包括误差簇节点发送的信息，则计算误差簇节点占整体簇节点的占比，将误差簇节点占整体簇节点的占比与额定簇节点占比进行比较：若误差簇节点占整体簇节点的占比小于额定簇节点占比，则生成精确信息，反之生成不精确信息；

若接收到的环境信息既不包括风险簇节点发送的信息也不包括误差簇节点发送的信息，则生成精确信息。

3.根据权利要求2所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：所述调节操作模块内工作状态信息包括单独调节方案的完成时间、上级调节方案的内部切换时间以及上级调节方案的整体完成时间；

所述数据分析模块获取调节操作模块内工作状态信息后，具体分析过程如下：根据单独调节方案的完成时间、上级调节方案的内部切换时间以及上级调节方案的整体完成时间计算调节评估系数R；

将调节评估系数R与标准调节阈值进行比较：

若调节评估系数R大于等于标准调节阈值，则对其进行预警提示，便于后续人员针对性检查维修，反之，则不生成数据信号。

4.根据权利要求3所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：还包括数据存储模块用于接收物联网多网融合实验系统在整个管理过程中产生的数据。

5.一种物联网多网融合实验方法，基于上述权利要求1‑4任一项所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1，对实验室内环境信息进行采集；

步骤S2，对采集精确度满足要求的实验室内环境信息进行分析，确定实验室内环境调节手段；

步骤S3，采集调节过程信息并对其进行分析，确定整体系统的调节手段是否符合预期，并进行相应反馈。

说明书

一种物联网多网融合实验系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及物联网技术领域，更具体地说，本发明涉及一种物联网多网融合实验系统及方法。

背景技术

[0002] 现有的多网融合实验室，由于采集的数据众多且以及多网融合后的网络兼容性问题，其采集数据的准确度以及各设备之间的通信速度常常无法得到保证，目前的多网融合监控系统，并没有对采集过程的精确程度以及调试方案的实行速度进行针对性监测，导致实际分析的结果存在不确定性，调试效果存在不及时性。

[0003] 针对上述问题，本发明提出一种解决方案。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种物联网多网融合实验系统及方法，通过对数据采集过程的精确度进行判断，并进行反馈式循环采集，保证了数据获取的精确性，并根据采集的数据制定相应的调节手段，同时检测相应的调节时间从而对整体系统的调整能力进行评价，方便后续人员进行检修，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 一种物联网多网融合实验系统，包括数据采集模块、调节操作模块，通信网关模块以及数据分析模块；

[0007] 所述通信网关模块用于负责多网融合之间的数据通信；

[0008] 所述数据采集模块用于采集实验室内环境信息、簇节点6的状态信息以及调节操作模块内工作状态信息，并通过通信网关模块将其发送至数据分析模块进行分析；

[0009] 所述数据分析模块用于确定数据采集模块的采集过程是否满足实际所要求的精确度；

[0010] 若不满足精确度要求，则生成重新测定信号并通过通信网关模块发送至数据采集模块，数据采集模块对实验室内环境信息进行重新采集直至满足精确度要求；

[0011] 若满足精确度要求，则根据环境信息的具体偏差制定调节方案，并通过通信网关模块将调节命令发送至调节操作模块；

[0012] 所述调节操作模块接收到数据分析模块的调节命令后，进行相应调节；

[0013] 所述数据分析模块获取调节操作模块内工作状态信息确认调节速度是否满足实际需要，若不满足则进行预警输出。

[0014] 在一个优选的实施方式中，所述数据采集模块包括多个簇节点6，每个簇节点6包括多个同类传感器节点7；

[0015] 各传感器节点7采集完相应环境信息后将其统一发送至簇节点6，簇节点6对各个传感器采集的数据进行加和平均后，再进行信息传递。

[0016] 在一个优选的实施方式中，所述簇节点6的状态信息包括各簇节点6数据接收时间最长偏差值、各簇节点6传感器节点损坏值以及各簇节点6传感器节点完好占比；

[0017] 数据分析模块接收到各簇节点6数据接收时间最长偏差值、各簇节点6传感器节点损坏值以及各簇节点6传感器节点完好占比后，通过公式计算获得各个簇节点6的精确评估系数E；

[0018] 数据分析模块设标准精确梯度值为R1与R2，且R1

[0019] 将精确评估系数E与标准精确梯度值进行比较：

[0020] 若精确评估系数E小于R1，则生成正常簇节点6信号；

[0021] 若精确评估系数E大于等于R2，则生成风险簇节点并发出警报；

[0022] 若精确评估系数E大于等于R1小于R2，则生成误差簇节点并对簇节点6整体进行分析。

[0023] 在一个优选的实施方式中，数据分析模块对簇节点6整体进行分析的具体方法如下：

[0024] 若数据分析模块接收到的环境信息包括风险簇节点发送的信息，则生成不精确信息；

[0025] 若接收到的环境信息不包括风险簇节点发送的信息但包括误差簇节点发送的信息，则计算误差簇节点占整体簇节点6的占比，将误差簇节点占整体簇节点6的占比与额定簇节点占比进行比较：

[0026] 若误差簇节点占整体簇节点6的占比小于额定簇节点占比，则生成精确信息，反之生成不精确信息；

[0027] 若接收到的环境信息既不包括风险簇节点发送的信息也不包括误差簇节点发送的信息，则生成精确信息。

[0028] 在一个优选的实施方式中，所述调节操作模块内工作状态信息包括单独调节方案的完成时间、上级调节方案的内部切换时间以及上级调节方案的整体完成时间；

[0029] 所述数据分析模块获取调节操作模块内工作状态信息后，具体分析过程如下：

[0030] 根据单独调节方案的完成时间、上级调节方案的内部切换时间以及上级调节方案的整体完成时间计算调节评估系数R；

[0031] 将调节评估系数R与标准调节阈值进行比较：

[0032] 若调节评估系数R大于等于标准调节阈值，则对其进行预警提示，便于后续人员针对性检查维修，反之，则不生成数据信号。

[0033] 在一个优选的实施方式中，还包括数据存储模块用于接收物联网多网融合实验系统在整个管理过程中产生的数据。

[0034] 一种物联网多网融合实验方法，基于上述所述的一种物联网多网融合实验系统，包括如下步骤：

[0035] 步骤S1，对实验室内环境信息进行采集；

[0036] 步骤S2，对采集精确度满足要求的实验室内环境信息进行分析，确定实验室内环境调节手段；

[0037] 步骤S3，采集调节过程信息并对其进行分析，确定整体系统的调节手段是否符合预期，并进行相应反馈。

[0038] 本发明一种物联网多网融合实验系统及方法的技术效果和优点：

[0039] 本发明通过对数据采集过程的精确度进行判断，并进行反馈式循环采集，保证了数据获取的精确性，并根据采集的数据制定相应的调节手段，同时检测相应的调节时间从而对整体系统的调整能力进行评价，方便后续人员进行检修。

附图说明

[0040] 图1为本发明一种物联网多网融合实验方法流程图；

[0041] 图2为本发明一种物联网多网融合实验系统结构示意图；

[0042] 图3为本发明一种物联网多网融合实验系统架构图；

[0043] 附图标记：4、数据分析模块；5、数据存储模块；6、簇节点；7、传感器节点。

具体实施方式

[0044] 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。

[0045] 本发明一种物联网多网融合实验系统及方法，通过对数据采集过程的精确度进行判断，并进行反馈式循环采集，保证了数据获取的精确性，并根据采集的数据制定相应的调节手段，同时检测相应的调节时间从而对整体系统的调整能力进行评价，方便后续人员进行检修。

[0046] 实施例1

[0047] 图1给出了本发明一种物联网多网融合实验方法的流程图；包括如下步骤：

[0048] 步骤S1，对实验室内环境信息进行采集。

[0049] 步骤S2，对采集精确度满足要求的实验室内环境信息进行分析，确定实验室内环境调节手段。

[0050] 步骤S3，采集调节过程信息并对其进行分析，确定整体系统的调节手段是否符合预期，并进行相应反馈。

[0051] 具体的，在步骤S1中，环境信息是为了反应实验室环境状态，例如实验室内温湿度，烟雾浓度，辐射信号等，其均通过各自对应的传感器进行采集，并将其通过簇节点6发送至数据分析模块4进行分析。

[0052] 其中，每个簇节点6包括多个传感器节点7，各传感器节点7采集对应的环境信息，需要说明的是，各个簇节点6内均只有一种传感器类型，例如，a簇节点内的传感器均为烟雾传感器，其负责对实验室内多处进行烟雾检测，从而保证能在第一时间对实验室内各处的烟雾浓度进行采集。

[0053] 各传感器节点7采集完相应环境信息后将其统一发送至簇节点6，簇节点6对各个传感器采集的数据进行平均后，再进行信息传递。

[0054] 在步骤S2中，获取到实验室各环境信息后，先对采集的过程进行分析，判断其精确度是否符合实验要求，具体判断过程如下：

[0055] 采集各簇节点6数据接收时间最长偏差值、各簇节点6传感器节点损坏值以及各簇节点6传感器节点完好占比，并将其分别标定为T、S、Z。

[0056] 其中，数据接收时间最长偏差值是指各簇节点6中最快接收到的传感器数据的时间与最慢接收到的传感器数据的时间的差值，数据接收时间最长偏差值越大，说明各种传感器发送到达时间的偏差越大，由于簇节点6发送的为某一时刻实验室内环境信息，则对某一时刻的监测效果进行综合评价时，该结果越不准确；例如，温度传感器数量为3个，其将采集温度发送至簇节点6的分别为a时刻，a+1时刻以及a+2时刻，则此时该簇节点6数据接收时间最长偏差值为2。

[0057] 传感器节点损坏值是指该簇节点6传感器节点7一共损坏了多少个，传感器节点损坏值簇节点6平均后的值越不准确，即精确度越差。

[0058] 传感器节点完好占比是指该簇节点6传感器完好率的大小，完好占比越大精确度越高。

[0059] 因此，通过公式计算获得各个簇节点6的精确评估系数E，具体计算表达式如下：

[0060]

[0061] 式中，b1、b2、b3分别为数据接收时间最长偏差值、各簇节点6传感器节点损坏值以及各簇节点6传感器节点损坏占比的预设比例系数，且b3>b1>b2>0。

[0062] 设标准精确梯度值为R1与R2，R1

[0063] 将精确评估系数E与标准精确梯度值进行比较，确定各个簇节点6的精确度是否满足要求。

[0064] 若精确评估系数E小于R1，则说明该簇节点6精确度处于误差范围内，符合实际使用要求。

[0065] 若精确评估系数E大于等于R2，则说明该簇节点6精确度偏差实际要求太远，完全无法满足实际需求，则将其标记为风险簇节点并发出警报。

[0066] 若精确评估系数E大于等于R1小于R2，则说明该簇节点6精确度大于实际误差要求，但未到预警区间，此时将其标记为误差簇节点并对簇节点6整体进行分析。

[0067] 若接收到的环境信息包括风险簇节点发送的信息，则将该次接收的环境信息标记为不精确信息。

[0068] 若接收到的环境信息不包括风险簇节点发送的信息但包括误差簇节点发送的信息，则计算误差簇节点占整体簇节点6的占比，将误差簇节点占整体簇节点6的占比与额定簇节点占比进行比较，若误差簇节点占整体簇节点6的占比小于额定簇节点占比则说明该次环境信息为精确信息，反之则为不精确信息。

[0069] 若接收到的环境信息既不包括风险簇节点发送的信息也不包括误差簇节点发送的信息，则说明该次接收的环境信息为精确信息，将其标记为精确信息。

[0070] 在步骤S2中，当接收到的环境信息为不精确信息时，对环境信息进行重新采集，当接收到的环境信息为精确信息时，判断环境信息的具体数值是否符合实验室要求，并根据各环境信息状态进行相应调节。具体的调节手段根据实际需要设定，其可采用现有技术完成调节，在此不作赘述。例如，接收到的光照强度信息过弱时，控制实验室内窗帘打开或对灯光进行打开，以满足实验室内的照明需求。

[0071] 在步骤S3中，当确定好调节手段后，判断调节手段中各调节方案是否具有时间链顺序，即是否某一个调节方案内部具有多个子调节方案，需要将前置调节方案完成后才能对下一个调节方案进行实施。将各个调节方案分为单独调节方案与上级调节方案，单独调节方案为不具有多重子方案的调节方案，获取单独调节方案的完成时间、上级调节方案的内部切换时间以及上级调节方案的整体完成时间，并将其分别标定为Dt、Jt以及St。上级调节方案的内部切换时间是指上级调节方案中各个子方案的切换缓冲时间，通过公式计算调节评估系数R，具体计算表达式如下：

[0072]

[0073] 式中，g1、g2、g3分别为单独调节方案的完成时间、上级调节方案的内部切换时间以及上级调节方案的整体完成时间的预设比例系数，且g2>g1>g3>0。

[0074] 调节评估系数反应了调节方案的执行能力，单独调节方案的完成时间、上级调节方案的内部切换时间以及上级调节方案的整体完成时间越短，则说明调节方案的执行能力越强，反之，则说明调节方案的执行能力越差。

[0075] 将调节评估系数R与标准调节阈值进行比较，确定系统内调节方案的解决速度快慢。

[0076] 若调节评估系数R大于等于标准调节阈值，则说明系统内整体调节速度低于预期值，此时对其进行预警提示，便于后续人员针对性检查维修。反之，则说明系统内整体调节速度符合预期，无需进行相关二次调节。

[0077] 上述提及的预设比例系数用于均衡各项数据在公式计算中的占比权重，从而促进计算结果的准确性；系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的权重因子系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可。

[0078] 实施例2

[0079] 本发明实施例2与上述实施例1的区别在于，本实施例介绍了一种物联网多网融合实验系统。

[0080] 图2、图3分别给出了本发明一种物联网多网融合实验系统的结构示意图以及系统架构图。其主要包括数据采集模块、调节操作模块，通信网关模块、数据分析模块4以及数据存储模块5。

[0081] 数据采集单元用于采集实验室内的环境信息，例如温湿度，烟雾浓度，辐射信号等。其包括各种传感器构成，每种传感器数量为多个，且通过簇节点6与通信网关模块信号连接。

[0082] 数据采集单元还用于采集实验室内各簇节点6的状态信息，簇节点6的状态信息包括各簇节点6数据接收时间最长偏差值、各簇节点6传感器节点损坏值以及各簇节点6传感器节点完好占比，并将其通过通信网关模块发送至数据分析模块4。

[0083] 同时，数据采集单元还用于采集调节操作模块内工作状态信息，工作状态信息包括单独调节方案的完成时间、上级调节方案的内部切换时间以及上级调节方案的整体完成时间，数据采集单元将其通过通信网关模块发送至数据分析模块4。

[0084] 通信网关模块用于负责多网融合之间的数据通信，本实施例中主要用于zigbee节点、zigbee协调器以及以太网三者之间的数据通信。

[0085] 数据分析模块4用于分析数据采集单元发送的环境信号，并相应生成对应的调节手段信号发送至通信网关模块，并获取调节操作模块内工作状态信息确认调节速度是否满足实际需要，若不满足则进行预警输出。

[0086] 调节操作模块用于根据调节手段信号对实验室内进行各项调节，其包括各种操作控制模块。例如窗帘控制模块、LED灯控制模块、空调控制模块以及换气控制模块等等。

[0087] 数据存储模块5用于接收物联网多网融合实验系统在整个管理过程中产生的数据，并存储在本地数据库内，远程用户可通过浏览器查询各种数据。

[0088] 本发明在使用时，数据采集模块采集实验室内环境信息并通过通信网关模块将其发送至数据分析模块4进行分析，数据分析模块4先确定数据采集模块的采集过程是否满足实际所要求的精确度，若不满足生成重新测定信号，数据采集模块对实验室内环境信息进行重新采集直至满足精确度要求，若满足则根据环境信息的具体偏差制定调节方案，并通过通信网关模块将调节命令发送至调节操作模块，调节操作模块进行相应的控制调节；同时，调节操作模块将各个调节的时间通过通信网关模块反馈至数据分析模块4进行分析，数据分析模块4确认调节速度是否满足实际需要，若不满足则进行预警，提示后续工作人员进行检修。

[0089] 本发明将实验室监控系统与物联网技术进行结合，利用无线传感网 ZigBee与以太网多网融合网关设计的WSN网关，通过集成无线局域网、以太网多种通信方式，搭建起WSN网关与外部网络进行数据通信的桥梁；解决了传统物联网安防系统设备之间标准不一、接口不通用等问题。

[0090] 上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，DVD）、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。

[0091] 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，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0092] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0093] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

[0094] 最后：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，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。