基于云平台的林业物联网系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于云平台的林业物联网系统，其包括：云平台、云网关和无线传感器网络。无线传感器网络负责对林区的数据进行采集，云网关对无线传感器进行统一的管理及数据的收割，通过有线或者无线的方式将数据传输至云平台，最后云平台以云服务的模式将数据提供给用户。本系统结合林地用地类型，根据传感器网络的部署覆盖策略及网络拓扑组织结构，提出了有林地、灌木林地及疏林地无线传感器网络的组建方式。针对不同的网络组建方式，云网关设计了不同的数据收割算法及基于统一的时间列表的网络管理办法。同时，通过提供云平台访问接口，在云平台层对云网关进行虚拟化，向用户提供基于IaaS服务的透明访问。
【专利说明】基于云平台的林业物联网系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及林业资源监测领域，具体而言，涉及一种基于云平台的林业物联网系统。
【背景技术】
[0002]森林环境监测是森林资源保护与管理的基础，是建设现代林业、实现森林科学经营的重要保障。第七次全国森林资源清查结果显示，仅森林的固碳释氧、涵养水源、保育土壤等6项生态价值就超过了 10.01万亿元。此外，森林是社会、经济发展不可或缺的资源，它作为陆地生态系统的主体，在减少温室气体排放中发挥着举足轻重的作用。因此，做好森林环境监测工作对于我国可持续发展和节能减排具有重要的价值与意义。
[0003]传统的森林监测大多是人工监测，但该工作需要耗费大量人力进行实地测量或建立地面观测站。监测难度较大，无法持续监测，成本高，监测数据比较分散，数据管理困难。遥感监测主要依托于空间对地观测技术，利用卫星搭载的传感器采集地面图像，根据遥感影像的光谱信息或纹理信息等，采用某种监测方法来提取地物的信息。遥感监测具有全天时全天候、不受地理环境限制的特征，但同时，遥感技术受天气、季节等外在因素影响较大，卫星扫描周期长、分辨率低，且遥感监测需要一系列的设备，如卫星、地面接收站等，成本较闻。
[0004]无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)由大量部署在监测区域内的廉价微型传感器节点组成。这些传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，从而达到感知、采集和处理其网络覆盖的地理区域中感知对象的信息。无线传感器网络具有实时监测、智能化自组织、可靠性强、低功耗和低成本等特点，是一个有效解决森林监测的可行方案。
[0005]无线传感器网络构建无线网络，实现了物与物的交流。但是现有的通信网络和互联网主要是人与人的通信，传感网与以太网之间很难通信。加之，各种感知技术和通信协议都没有统一的标准，而且传感网的数据无法进行长距离传输。物联网云网关一方面对传感器网络进行管理及数据的收割，屏蔽传感网的异构性；另一方面通过提供多种数据传输方式与互联网进行通信，屏蔽互联网通信的多样性。物联网网关是物联网系统中连接传统通信网络和传感网络的桥梁，实现不同网络之间的通信和对传感网设备的管理。
[0006]无线传感器的大规模应用，随之而来的就是数据的迅速膨胀，这为物联网数据中心带来了更高的要求。云平台的出现，可以有效地对物联网应用层数据进行管理，包括数据存储、数据处理、用户管理、安全管理等，为物联网网络的持续正常运行提供稳定的网络服务。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种基于云平台的林业物联网系统，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。
[0008]为达到上述目的，本发明提供了一种基于云平台的林业物联网系统，其特征在于，包括:无线传感器网络、云网关和云平台，其中:
[0009]所述无线传感器网络包括多个传感器节点，各传感器节点的信息在所述云平台注册，并同步至所述云网关，该信息包括节点的编号、名称、MAC地址、节点的位置和传感器属性，所述云网关根据注册的信息，对各传感器节点进行统一管理及数据收割，传感器节点在接收到所述云网关的唤醒命令后进行林业数据的采集，并将采集到的数据聚合到汇聚节点，通过汇聚节点发送给所述云网关；
[0010]所述云网关包括核心控制模块、数据采集模块、数据通信模块和电源管理模块，所述核心控制模块存储有系统管理配置信息和数据管理配置信息，按照预定的时间唤醒所述云网关，根据用户的控制命令或自动与所述云平台的任务列表进行同步更新，并根据任务列表中任务的执行时间，开启所述数据采集模块或所述数据通信模块的功能；所述数据采集模块启动后，以启发式的节点唤醒方式将所述云网关管理下的所述无线传感器网络中的各传感器节点进行唤醒，接收所述无线传感器网络中的各传感器节点采集的数据，并将所接收的数据进行存储；所述数据通信模块启动后，通过无线通信方式将所述数据采集模块存储的采集数据发送到所述云平台；所述电源管理模块用于判断当前任务与下一条任务的时间间隔是否大于设定阈值，若大于设定阈值，则当前任务结束后所述云网关进入休眠状态，否则所述云网关继续保持工作状态，等待执行下一条任务；
[0011]所述云平台用于提供一个数据处理、数据共享以及控制和管理所述云网关、所述无线传感器网络的平台，通过统一接口获取所述云网关采集到的监测数据，并通过数据的统一管理和共享机制，按照数据对应的节点位置和传感器属性将接收的监测数据的整编入库，并接受用户的查询使用；所述云平台还存储有可供用户编辑的任务列表，接收用户的控制信息或任务信息，并所述控制信息或任务信息发送给所述云网关，通过所述云网关对所述无线传感器网络中的传感器节点进行控制管理。
[0012]可选的，将林区分为有林地、灌木林地和疏林地三种用地类型，根据林区不同的用地类型，对林区进行所述无线传感器网络的组网。
[0013]可选的，所述云网关与所述无线传感器网络之间通过第一通信协议进行数据通信，所述云网关与所述云平台之间采用第二通信协议进行数据通信，在数据通信时，所述云网关对所述第一通信协议和所述第二通信协议进行相互转换。
[0014]可选的，所述云平台支持多种数据源，根据用户的设置，自动的更新、维护数据；当用户请求数据时，所述云平台根据用户的请求条件，获取对应的数据提供给用户；以及在用户请求处理数据时，根据设定的处理方法，选择多种数据源进行分析，得到分析结果，并将所述分析结果返回给用户。
[0015]此外，在云平台还对异常情况进行处理，异常情况包括通信异常、计算异常、调用异常等，异常处理是一套完成的处理各种异常的策略，包括处理异常(针对异常采取一些行动);.重新抛出异常(针对无法处理的异常)；转换为其他异常，以易于用户理解；以及不再捕获异常。
[0016]可选的，所述云平台采用0GC(0pen Geospatial Consortium,开放地理空间联盟)SffE (Sensor Web Enablement,传感器网络整合框架)标准进行数据存储和共享。相比于传统的资源共享，数据访问速度更快，用户使用更方便，数据容易被用户发现。平台中使用OGC标准，可以提高系统的互操作性和透明访问性。一方面用户可以将自己的数据进行共享，也可以使用其他人共享的数据，这样可以使资源得到合理的利用。另一方面，用户不仅可以在本平台中方便的使用自己的数据，还可以接入到其他支持OGC标准的平台中，实现各用户自己的应用。
[0017]可选的，对于有林地，无线传感器节点以菱形网格部署，拓扑组织结构采用分级网络结构，传感器节点组成网络下层，每个菱形网格四角布置一个传感器节点，簇头节点组成网络上层，每隔一个菱形网格，中心放置一个簇头节点，每个簇头节点管理4个普通节点，汇聚节点管理该有林地区域的簇头节点，在网络下层，分布在菱形网格的4个普通传感器节点以簇头节点为聚合节点，普通传感器节点将数据传输给簇头节点，簇头节点之间根据最小生成树Prim算法构建树形路由，以多跳的方式进行通信，簇头节点收到周围4个普通节点的数据后，根据聚合函数进行数据聚合，并最终由汇聚节点传输给所述数据采集模块。
[0018]可选的，对于灌木林地，无线传感器节点以正三角形网格部署，拓扑组织结构采用Mesh网络结构，每个正三角形网格的三角分别布置一个传感器节点，每个传感器节点都是一样的，构成对等网络，汇聚节点管理该灌木林地区域的传感器节点，每个传感器节点和最近的上、下、左、右邻居节点间进行通信，以正三角形区域为一个网格，从网格中选取一个节点作为汇聚节点，为每一个网格赋予一个和汇聚节点位置相对应的编码，当有数据需要传输时，采用在以汇聚节点为首构成的骨干网上建立路径并逐网格转发，并最终传输给所述数据采集模块。
[0019]可选的，对于疏林地，无线传感器节点以菱形网格部署，拓扑组织结构采用分级网络结构，传感器节点组成网络下层，簇头节点组成网络上层，组网采用三级分层结构，每个菱形网格的四角分别布置一个传感器节点，每隔一个菱形网格，中心放置一个簇头节点，簇头节点管理7个普通节点，汇聚节点管理该疏林地区域的簇头节点，每个普通节点将数据传输给簇头节点，簇头节点采用最小生成树Prim算法构造最小生成树，对获得的普通节点数据进行聚合后，沿最小生成树将数据传递到汇聚节点，并最终由汇聚节点传输给所述数据采集模块。
[0020]可选的，所述云网关对节点的控制是通过向指定节点发送控制指令来获取相关节点的传感器数据，以达到按需采集的目的，其中所述云网关采用基于ASCENT算法的启发式节点唤醒和休眠机制对节点进行休眠调度管理，及采用看门狗或外部网络服务方式实现对节点的唤醒机制。
[0021]可选的，所述云平台在存储方面，使用MongoDB分布式数据作为底层存储数据库，数据库部署在服务器集群上。
[0022]本发明通过深入分析无线传感器技术、网关技术及云服务技术结合森林环境及林业用地类型，构建了基于云平台的林业物联网系统，提出了有林地、灌木林地及疏林地构建无线传感器网络的方案，并设计了物联网云网关及云存储平台，为将物联网技术应用到林业的提供了具体解决方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为根据本发明一实施例的云平台的林业物联网总体框架图；
[0025]图2为本发明一个实施例的有林地组网拓扑结构示意图；
[0026]图3为本发明一个实施例的灌木地组网拓扑结构示意图；
[0027]图4为本发明一个实施例的疏林地组网拓扑结构示意图；
[0028]图5为本发明一个实施例的林区组网总体逻辑结构示意图；
[0029]图6为本发明一个实施例的云网关总体体系结构图；
[0030]图7为本发明一个实施例的云网关的软件系统示意图；
[0031]图8为本发明一个实施例的云平台的系统总统设计图。
【具体实施方式】
[0032]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付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。
[0033]图1为根据本发明一实施例的云平台的林业物联网总体框架图。如图所示，该系统包括:无线传感器网络、云网关和云平台。无线传感器网络负责对林区的数据进行采集，云网关对无线传感器进行统一的管理及数据的收割，通过有线或者无线的方式将数据传输至云平台，最后云平台以云服务的模式将数据提供给用户。
[0034]以下结合云平台、云网关和无线传感器网络的功能进行具体阐述。
[0035]无线传感器网络根据林地用地类型分为有林地组网、灌木林地组网及疏林地组网。
[0036]图2为本发明一个实施例的有林地组网拓扑结构不意图。在有林地区，植被地表只有树干的遮挡，通透性较好。这种组网结构应该尽量沿地面表面进行数据的传输，在保证传感器区域内无缝连通和无缝覆盖的前提下，缩短节点间的通信距离，同时尽量减少节点之间不必要的无线通信链路。基于此，无线传感器节点以菱形网格部署，拓扑组织结构采用分级网络结构。传感器节点组成网络下层，簇头节点组成网络上层。组网采用三级分层结构，每个菱形网格四角布置一个传感器节点(在实际布置中由于地形地貌原因，可能无法保证绝对的标准放置，只能做到近似菱形)，每隔一个菱形网格，中心放置一个簇头节点，簇头节点管理4个普通节点。汇聚节点管理该地区的簇头节点。
[0037]普通节点和簇头节点通信，普通节点相互之间不用直接通信，减少了无线通信链路，节省能量。簇头之间相互通信，没有中心管理节点，采用自组织协同算法形成网络。传感器数据通过传感器节点传输至簇头节点，簇头节点逐跳传输到汇聚节点，形成整个通信链路。该分级网络结构具有扩展性好，集中管理方便，系统建设成本低，网络覆盖率和可靠性闻等特点。
[0038]图3为本发明一个实施例的灌木地组网拓扑结构示意图。灌木林地，其林地覆盖度大于30%，地表植被覆盖密集，通透性差，地表信号传递衰减快。这种组网应增加节点间的通信链路，使节点间有多条路由路径，防止单个链路被阻断时的容错能力，提高鲁棒性。基于此，无线传感器节点以正三角形网格部署，拓扑组织结构采用Mesh网络结构。每个正三角形网格三角布置一个传感器节点(在实际布置中由于地形地貌原因，可能无法保证绝对的标准放置，只能做到近似正三角形)，每个传感器节点都是一样的，属于对等网络。汇聚节点管理该地区的传感器节点。
[0039]这种组网结构只允许传感器节点和最近的邻居节点间进行通信，有多条冗余路径。汇聚节点可以被指定，如果汇集节点因能量耗尽而失效，那么另外一个节点补充并接管原汇聚节点执行的功能。传感器数据通过传感器节点逐跳传输到汇聚节点，形成整个通信链路。该网络结构具有多条冗余路由路径，网络覆盖率和可靠性高的特点。
[0040]图4为本发明一个实施例的疏林地组网拓扑结构示意图。疏林地林地地物阻挡少，信号容易传输，在保证传感器区域内无缝连通和无缝覆盖的前提下，尽量减少节点间的无线通信链路，增大节点间的通信距离，降低能量的消耗，节约成本。基于此，无线传感器节点以菱形网格部署，拓扑组织结构采用分层网络结构。每个菱形网格四角布置一个传感器节点(在实际布置中由于地形地貌原因，可能无法保证绝对的标准放置，只能做到近似菱形)，每个簇头节点管理7个普通节点。汇聚节点管理该地区的簇头节点。
[0041]这种菱形网络组网能充分利用传感器的感知和通信能力，覆盖同样的区域，所需节点最少，尽量减少节点间的冗余通信链路。同时，一个簇头节点管理周围7个普通节点，增大了簇头节点间的通信距离，减少了簇头节点的个数。传感器数据通过传感器节点传输至簇头节点，簇头节点逐跳传输到汇聚节点，形成整个通信链路。
[0042]图5为本发明一个实施例的林区组网总体逻辑结构示意图。有林地组网、灌木林地组网及疏林地组网通过物联网云网关进行统一管理及数据收割，形成林区组网总体结构。
[0043]图6为本发明一个实施例的云网关总体体系结构图。
[0044]云网关包括核心控制模块、数据采集模块、数据通信模块和电源管理模块，核心控制模块存储有系统管理配置信息和数据管理配置信息，按照预定的时间唤醒云网关，根据用户的控制命令或自动与云平台的任务列表进行同步更新，并根据任务列表中任务的执行时间，开启数据采集模块或数据通信模块的功能；数据采集模块启动后，以启发式的节点唤醒方式将云网关管理下的无线传感器网络中的各传感器节点进行唤醒，接收无线传感器网络中的各传感器节点采集的数据，并将所接收的数据进行存储；数据通信模块启动后，通过无线通信方式将数据采集模块存储的采集数据发送到云平台；电源管理模块用于判断当前任务与下一条任务的时间间隔是否大于设定阈值，若大于设定阈值，则当前任务结束后云网关进入休眠状态，否则云网关继续保持工作状态，等待执行下一条任务；
[0045]通过模块化的设计，提高了云网关的灵活性，实现即插即用以及方便操作和升级等。在具体实现云网关时，可以从以下层面进行构建:
[0046](I)硬件层。硬件层是云网关的硬件基础层。其主要包括基于ARMll的嵌入式开发板、存储设备、供电系统设备以及网关与节点和云平台相连的通讯设备，为系统层提供通讯、处理、存储、管理等功能的硬件支持。为满足林区复杂环境监测的需要，云网关硬件设计成支持多种数据采集设备及数据传输设备。数据采集方式包括ZigBee、蓝牙及WLAN ;数据传输方式包括3G、数传电台及卫星。
[0047](2)系统层。系统层是云网关的核心层。系统层基于开源的Linux操作系统进行开发，在完成对开发板上的所需设备接口驱动后，针对网关设备管理、传感器节点管理、数据管理、系统配置以及能源管理的功能，形成控制函数库，用来对网关设备和传感器节点进行管理，对下层传感器数据进行收割及通过解析转换后，将数据传输到上层的云平台。
[0048](3)应用层。应用层是云网关与云平台进行交互的外部接口。云平台通过调用云网关接口，实现网关资源虚拟化，向用户提供透明化访问。主要的访问接口包括:Web Server方式、SSH方式及短消息方式。通过云平台对云网关的统一调度及网关资源的虚拟化，实现云平台对用户提供网关的IaaS云服务。用户无须关注网关的具体位置及具体的节点部署情况，只需向云平台提交任务请求，即可获得对应的传感器数据，方便用户进行分析和研究。
[0049]图7为本发明一个实施例的云网关的软件系统示意图。
[0050]如图所示，软件设计分为前端显示交互部分和后端自动运行两个部分。前段显示交互部分主要是用户和管理者可以通过网络(web)浏览器与云平台相连，再通过身份验证后，根据权限，云平台用3G、数传电台或者卫星等方式与特定网关的Webserver (网络服务器)相连，根据用户需求通过服务器中的CGI (Common Gateway Interface,通用网关接口)程序来实现用户和管理者对特定网关任务的编辑、文件的管理、网关内所存储数据的访问和传感器节点的管理等操作。同时本地的管理者也可通过网关自带的浏览器本地访问云网关，对其进行管理和控制。
[0051]后端自动运行是不需要人机交互的，在任务列表文件和定时器的控制下，自动实现对数据进行采集、上传以及管理和控制管理命令文件的同步功能。云网关通过人工和自动对系统进行配置和管理。用户和管理者可以通过云平台的中转直接访问到特定的网关进行配置和管理，本地管理者则可直接通过网关自带的浏览器或者SSH的方式对网关进行管理。
[0052]图8为本发明一个实施例的云平台的系统总统设计图。
[0053]云平台采用分层架构方式，将系统分成各个子模块，模块与模块之间通过中央控制器进行通信，各子模块继承系统定义的接口，实现各自功能，模块之前调用也通过接口完成，以便系统集成与扩展。其模块具体包括:
[0054]I)数据注册模块
[0055]用户注册新的数据源到平台中，利用平台管理数据源信息以及数据源采集的数据。系统可以支持多种数据源，不同数据源需要的参数不同，根据系统中的提示注册相应的数据源元数据，系统会自动的进行相应的配置，启动采集数据任务。
[0056]2)数据管理模块
[0057]用户管理自己注册的数据源信息，数据源采集的数据，及其他用户授权给本用户使用的数据，包括对数据的增删改查，但对其他用户数据的权限仅为只读。对数据源的可用性管理与维护以及平台与客户端的数据采集配置管理。数据在云存储中的状况信息及数据使用情况管理。
[0058]在存储方面，使用MongoDB (分布式文档存储数据库)分布式数据作为底层存储数据库，数据库部署在集群上，自动进行备份，保证数据的完整性，并且支持文件的存储，在大数据量下可以很快的查询出数据。在不停止数据库正常工作的情况下，可以进行动态的扩展，不影响用户的使用。由于MongoDB的MapReduce (映射和化简)引擎使用的JAVASCRIPT脚本语言的引擎，所以只支持单线程的数据处理，在多用户的情况下，需要进行复杂的数据处理时,可以使用Hadoop的MapReduce框架进行分布式处理。本系统采用官方发布的MongoDB和Hadoop连接插件,将数据从MongoDB中读取出来,放在Hadoop上来计算,计算结果再保存在MongoDB中。
[0059]3)数据查询模块
[0060]查询用户所需的数据。在本用户自己的数据中查询，或在平台中查询所有相关数据，如果需要使用其他用户的数据，根据数据的权限使用数据或者发送使用数据的请求给数据所有者。
[0061]4)数据处理模块
[0062]为提高数据计算的速度，数据及计算可以对用户透明，用户只需输入数据的获取条件及计算条件，系统就会自动计算并返回结果给用户使用。用户还可以上传源代码及公式、工作流等，进行相应的计算。用户对计算任务的管理，包括对任务的终止、暂停、重启等操作。
[0063]5)服务管理
[0064]提供数据服务(DAAS)、平台服务(PAAS)、基础设施服务(IAAS)，并能够保证服务的可用性。根据不同的服务级别，采用虚拟化技术，将资源以服务方式，提供给用户使用，用户不必关心资源的具体状况，资源的状态对用户透明。
[0065]6)安全管理
[0066]验证用户权限，包括登陆权限，数据的安全权限，保护数据不被病毒破坏等。还包括系统中可能出现的软件或者硬件错误等的监控。
[0067]此外，在云平台还对异常情况进行处理，异常情况包括通信异常、计算异常、调用异常等，异常处理是一套完成的处理各种异常的策略，包括处理异常(针对异常采取一些行动)；重新抛出异常(针对无法处理的异常)；转换为其他异常，以易于用户理解；以及不再捕获异常等。
[0068]综上所述，本发明根据林区用地类型，结合云计算，设计了一种林业物联网系统。根据不同的部署策略及网络拓扑组织结构，通过无线传感器网络对不同的林业用地进行数据采集。同时，云网关对无线传感器进行统一的管理及数据的收割，通过有线或者无线的方式将数据传输至云平台，最后云平台以云服务的模式将数据提供给用户。本发明上述实施例的有益效果为:
[0069](I)在对林业用地类型进行分类的基础上，提出了有林地、灌木林地及疏林地的无线传感器网络组建方案。在有林地区和疏林地区，采用菱形的网络覆盖策略及分层的网络拓扑结构。在灌木林地区，采用正三角形网格部署策略及Mesh网络结构拓扑组织结构。
[0070](2)设计了林业物联网云网关。该云网关下端和无线传感器设备连接，基于统一的时间列表，采用不同的数据收割算法，对不同传感器网络结构的数据进行收割。对于有林地和疏林地的分层组网数据，传感器节点采用基于分簇的LEACH算法推举簇头，簇头之间根据Prim算法构建树形路由，以多跳的方式进行数据收割；对于灌木林地Mesh组网数据，传感器节点采用基于地理网格的GRID算法进行数据收割。
[0071]云网关上端和云平台连接，通过3G传输模块、数传电台传输模块及卫星传输模块将林业数据传输到云平台进行数据的存储及共享。同时，通过提供Web Server方式、SSH方式及短消息方式云平台访问接口，实现用户对林业无线传感器网络进行管理及数据的收割。
[0072](3)设计了面向森林环境的云平台。该云平台针对异构的传感器网络，以及传感器类型的不同，构建一个控制异型传感器网络的统一接口，通过不同的适配器，转换成云平台所能识别的接口。这样在云平台中就屏蔽了不同传感器网络采集控制等不同带来访问不统一的问题。使得其他模块能够用统一的接口来访问传感器网络。同时，云平台提供给用户的云服务，使用OGCSWE标准，将服务标准化，有利于实现不同平台之间的互操作性，方便系统之间进行集成，减少维护代价。
[0073]本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0074]本领域普通技术人员可以理解:实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0075]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种基于云平台的林业物联网系统，其特征在于，包括:无线传感器网络、云网关和云平台，其中: 所述无线传感器网络包括多个传感器节点，各传感器节点的信息在所述云平台注册，并同步至所述云网关，该信息包括节点的编号、名称、MAC地址、节点的位置和传感器属性，所述云网关根据注册的信息，对各传感器节点进行统一管理及数据收割，传感器节点在接收到所述云网关的唤醒命令后进行林业数据的采集，并将采集到的数据聚合到汇聚节点，通过汇聚节点发送给所述云网关； 所述云网关包括核心控制模块、数据采集模块、数据通信模块和电源管理模块，所述核心控制模块存储有系统管理配置信息和数据管理配置信息，按照预定的时间唤醒所述云网关，根据用户的控制命令或自动与所述云平台的任务列表进行同步更新，并根据任务列表中任务的执行时间，开启所述数据采集模块或所述数据通信模块的功能；所述数据采集模块启动后，以启发式的节点唤醒方式将所述云网关管理下的所述无线传感器网络中的各传感器节点进行唤醒，接收所述无线传感器网络中的各传感器节点采集的数据，并将所接收的数据进行存储；所述数据通信模块启动后，通过无线通信方式将所述数据采集模块存储的采集数据发送到所述云平台；所述电源管理模块用于判断当前任务与下一条任务的时间间隔是否大于设定阈值，若大于设定阈值，则当前任务结束后所述云网关进入休眠状态，否则所述云网关继续保持工作状态，等待执行下一条任务； 所述云平台用于提供一个数据处理、数据共享以及控制和管理所述云网关、所述无线传感器网络的平台，通过统一接口获取所述云网关采集到的监测数据，并通过数据的统一管理和共享机制，按照数据对应的节点位置和传感器属性将接收的监测数据的整编入库，并接受用户的查询使用；所述云平台还存储有可供用户编辑的任务列表，接收用户的控制信息或任务信息，并所述控制信息或任务信息发送给所述云网关，通过所述云网关对所述无线传感器网络中的传感器节点进行控制管理。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,将林区分为有林地、灌木林地和疏林地三种用地类型，根据林区不同的用地类型，对林区进行所述无线传感器网络的组网。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云网关与所述无线传感器网络之间通过第一通信协议进行数据通信，所述云网关与所述云平台之间采用第二通信协议进行数据通信，在数据通信时，所述云网关对所述第一通信协议和所述第二通信协议进行相互转换。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云平台支持多种数据源，根据用户的设置，自动的更新、维护数据；当用户请求数据时，所述云平台根据用户的请求条件，获取对应的数据提供给用户；以及在用户请求处理数据时，根据设定的处理方法，选择多种数据源进行分析，得到分析结果，并将所述分析结果返回给用户。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云平台采用OGCSWE标准进行数据存储和共享。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，对于有林地，无线传感器节点以菱形网格部署，拓扑组织结构采用分级网络结构，传感器节点组成网络下层，每个菱形网格四角布置一个传感器节点，簇头节点组成网络上层，每隔一个菱形网格，中心放置一个簇头节点，每个簇头节点管理4个普通节点，汇聚节点管理该有林地区域的簇头节点，在网络下层，分布在菱形网格的4个普通传感器节点以簇头节点为聚合节点，普通传感器节点将数据传输给簇头节点，簇头节点之间根据最小生成树Prim算法构建树形路由，以多跳的方式进行通信，簇头节点收到周围4个普通节点的数据后，根据聚合函数进行数据聚合，并最终由汇聚节点传输给所述数据采集模块。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，对于灌木林地，无线传感器节点以正三角形网格部署，拓扑组织结构采用Mesh网络结构，每个正三角形网格的三角分别布置一个传感器节点，每个传感器节点都是一样的，构成对等网络，汇聚节点管理该灌木林地区域的传感器节点，每个传感器节点和最近的上、下、左、右邻居节点间进行通信，以正三角形区域为一个网格，从网格中选取一个节点作为汇聚节点，为每一个网格赋予一个和汇聚节点位置相对应的编码，当有数据需要传输时，采用在以汇聚节点为首构成的骨干网上建立路径并逐网格转发，并最终传输给所述数据采集模块。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，对于疏林地，无线传感器节点以菱形网格部署，拓扑组织结构采用分级网络结构，传感器节点组成网络下层，簇头节点组成网络上层，组网采用三级分层结构，每个菱形网格的四角分别布置一个传感器节点，每隔一个菱形网格，中心放置一个簇头节点，簇头节点管理7个普通节点，汇聚节点管理该疏林地区域的簇头节点，每个普通节点将数据传输给簇头节点，簇头节点采用最小生成树Prim算法构造最小生成树，对获得的普通节点数据进行聚合后，沿最小生成树将数据传递到汇聚节点，并最终由汇聚节点传输给所述数据采集模块。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云网关对节点的控制是通过向指定节点发送控制指令来获取相关节点的传感器数据，以达到按需采集的目的，其中所述云网关采用基于ASCENT算法的启发式节点唤醒和休眠机制对节点进行休眠调度管理，及采用看门狗或外部网络服务方式实现对节点的唤醒机制。
10.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述云平台在存储方面，使用MongoDB分布式数据作为底层存储数据库，数据库部署在服务器集群上。
【文档编号】H04L29/08GK104184785SQ201310415467
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】张旭, 于新文, 范东璞, 陈雄华, 马勇 申请人:中国林业科学研究院资源信息研究所