数据通信和处理方法、装置及系统与流程

本发明涉及数据通信技术领域，具体涉及数据通信和处理方法、装置及系统。

背景技术：

相关技术中，在设定的监测区域对某一个目标进行监测时，通常通过人为地手持检测设备进行检测，进而将检测数据录入系统，这种数据收集的方式十分麻烦，效率低下。此外，如何将获得的各种数据进行处理，以便更有效地将各种数据呈现给用户，也是一个问题。

无线传感器网络是由大量无线传感器节点以自组织方式构成的网络，它具有传感器节点密度高、网络拓扑变化频繁以及节点功率、计算能力和数据存储能力有限等特点，使得无线传感器网络在环境监测军事、医疗健康、家庭智能监控和其他商业领域有着广泛的应用前景。然而，现有的无线传感器网络因传感器节点的能量有限，依然存在较多的缺陷。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供数据通信和处理方法、装置及系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明的第一方面实施例提供了数据通信和处理方法，包括：

远程数据处理装置从无线传感器网络模块接收采集的数据；

所述远程数据处理装置将接收的数据与预存的标准数据进行比对，以确定接收的数据是否发生异常，在接收到的数据发生异常时，所述远程数据处理装置将异常的数据发送至预先确定的智能终端；

其中，所述无线传感器网络模块包括多个负责采集数据的传感器节点和负责汇聚各传感器节点采集的数据的汇聚节点，所述远程数据处理装置与所述汇聚节点建立通讯连接。

本实施例基于无线传感器网络技术，实现了数据的无线通信和对数据的实时监测，无需布线，节省人力物力；通过远程数据处理装置与智能终端的交互，可以更有效地更实时地将用户所需的数据呈现给用户。

在一种能够实现的方式中，所述远程数据处理装置从无线传感器网络模块接收采集的数据的步骤之后，该方法还包括：

远程数据处理装置保存接收的数据；

所述远程数据处理装置响应智能终端的访问请求，提供保存的数据的操作界面给所述智能终端；

所述远程数据处理装置响应所述智能终端基于所述操作界面的操作。

在一种能够实现的方式中，该方法还包括：

在接收到的数据发生异常时，所述远程数据处理装置显示报警信息。

本发明的第二方面实施例提供了数据通信和处理方法，该方法包括：

无线传感器网络模块采集数据；

所述无线传感器网络模块将采集的数据发送至所述远程数据处理装置，以由所述远程数据处理装置将所述采集的数据与预存的标准数据进行比对，以确定所述采集的数据是否发生异常，所述远程数据处理装置在所述采集的数据发生异常时，将异常的数据发送至预先确定的智能终端；

其中，所述无线传感器网络模块包括多个负责采集数据的传感器节点和负责汇聚各传感器节点采集的数据的汇聚节点，所述汇聚节点与述远程数据处理装置建立通讯连接。

本发明的第三方面实施例提供了数据通信和处理装置，该装置包括接收模块、通信模块、处理模块和控制模块，其中：

所述接收模块用于从无线传感器网络模块接收采集的数据；

所述处理模块用于将接收的数据与预存的标准数据进行比对，以确定接收的数据是否发生异常，获取异常的数据；

所述控制模块用于控制所述通信模块将所述异常的数据发送给预先确定的用户终端；

其中，所述无线传感器网络模块包括多个负责采集数据的传感器节点和负责汇聚各传感器节点采集的数据的汇聚节点，所述通信模块用于建立与所述汇聚节点、所述用户终端之间的通讯连接。

在本发明第三方面的一种可能实现的模式中，所述装置还包括存储模块，所述存储模块用于保存所述接收的数据。

在本发明第三方面的一种可能实现的模式中，所述控制模块还用于：

响应智能终端的访问请求，控制所述通信模块提供保存的数据的操作界面给所述智能终端；

响应所述智能终端基于所述操作界面的操作。

在本发明第三方面的一种可能实现的模式中，所述装置还包括报警模块，所述报警模块用于在接收的数据发生异常时显示报警信息。

本发明的第四方面实施例提供了数据通信和处理系统，所述系统包括远程数据处理装置、无线传感器网络模块和智能终端，所述远程数据处理装置、无线传感器网络模块和智能终端用于执行如上所述的数据通信和处理方法。

本发明的有益效果为：基于无线传感器网络技术，实现了数据的无线通信，无需布线，节省人力物力；以及通过远程数据处理装置与智能终端的交互，实现了对数据的处理，以及更有效地将各种数据呈现给用户。

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数据通信和处理方法的流程示意图；

图2是本发明另一个示例性实施例的数据通信和处理方法的流程示意图；

图3是本发明一个示例性实施例的数据通信和处理装置的结构示意框图；

图4是本发明一个示例性实施例的数据通信和处理系统的结构示意框图。

附图标记：

接收模块1、通信模块2、处理模块3、控制模块4、远程数据处理装置10、无线传感器网络模块20、智能终端30。

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，本发明的第一方面实施例提供了数据通信和处理方法，包括：

s1所述远程数据处理装置从无线传感器网络模块接收采集的数据。

s2所述远程数据处理装置将接收的数据与预存的标准数据进行比对，以确定接收的数据是否发生异常，在接收到的数据发生异常时，所述远程数据处理装置将异常的数据发送至预先确定的智能终端。

其中，所述无线传感器网络模块包括多个负责采集数据的传感器节点和负责汇聚各传感器节点采集的数据的汇聚节点，所述远程数据处理装置与所述汇聚节点建立通讯连接。

本实施例基于无线传感器网络技术，实现了数据的无线通信，无需布线，节省人力物力；以及通过远程数据处理装置与智能终端的交互，实现了对数据的处理，以及更有效地将各种数据呈现给用户。

在一种能够实现的方式中，所述远程数据处理装置从无线传感器网络模块接收采集的数据的步骤之后，该方法还包括：

远程数据处理装置保存接收的数据；

所述远程数据处理装置响应智能终端的访问请求，提供保存的数据的操作界面给所述智能终端；

所述远程数据处理装置响应所述智能终端基于所述操作界面的操作。

在一种能够实现的方式中，该方法还包括：

在接收到的数据发生异常时，所述远程数据处理装置显示报警信息。

如图2所示，本发明的第二方面实施例提供了数据通信和处理方法，该方法包括：

s01无线传感器网络模块采集数据。

s02所述无线传感器网络模块将采集的数据发送至所述远程数据处理装置，以由所述远程数据处理装置将所述采集的数据与预存的标准数据进行比对，以确定所述采集的数据是否发生异常，所述远程数据处理装置在所述采集的数据发生异常时，将异常的数据发送至预先确定的智能终端；

其中，所述无线传感器网络模块包括多个负责采集数据的传感器节点和负责汇聚各传感器节点采集的数据的汇聚节点，所述汇聚节点与述远程数据处理装置建立通讯连接。

如图3所示，本发明的第三方面实施例提供了数据通信和处理装置，该装置包括接收模块1、通信模块2、处理模块3和控制模块4，其中：

所述接收模块1用于从无线传感器网络模块接收采集的数据；

所述处理模块3用于将接收的数据与预存的标准数据进行比对，以确定接收的数据是否发生异常，获取异常的数据；

所述控制模块4用于控制所述通信模块2将所述异常的数据发送给预先确定的用户终端；

其中，所述无线传感器网络模块包括多个负责采集数据的传感器节点和负责汇聚各传感器节点采集的数据的汇聚节点，所述通信模块2用于建立与所述汇聚节点、所述用户终端之间的通讯连接。

在本发明第三方面的一种可能实现的模式中，所述装置还包括存储模块，所述存储模块用于保存所述接收的数据。

在本发明第三方面的一种可能实现的模式中，所述控制模块4还用于：

响应智能终端的访问请求，控制所述通信模块2提供保存的数据的操作界面给所述智能终端；

响应所述智能终端基于所述操作界面的操作。

在本发明第三方面的一种可能实现的模式中，所述装置还包括报警模块，所述报警模块用于在接收的数据发生异常时显示报警信息。

如图4所示，本发明的第四方面实施例提供了数据通信和处理系统，所述系统包括远程数据处理装置10、无线传感器网络模块20和智能终端30，所述远程数据处理装置10、无线传感器网络模块20和智能终端30用于执行如上所述的数据通信和处理方法。

在上述的数据通信和处理方法、装置及系统中，传感器节点根据到汇聚节点的距离选择直接通信或者间接通信的模式与所述汇聚节点通信，所述直接通信为传感器节点直接将采集的数据发送至所述汇聚节点，所述间接通信为传感器节点将采集的数据发送至下一跳节点，以由下一跳节点转发所述采集的数据，直至该采集的数据发送至汇聚节点；

初始时，传感器节点与汇聚节点之间的距离未超过设定的距离阈值时，传感器节点选择直接通信的模式；否则，传感器节点选择间接通信的模式；

预先设定周期δt0，每经过一个周期δt0，所述汇聚节点收集与其直接通信的传感器节点的当前剩余能量和初始能量，根据所述当前剩余能量和初始能量更新所述距离阈值，并将更新的距离阈值信息发送至与其直接通信的传感器节点；若所述与其直接通信的传感器节点与汇聚节点之间的距离超过更新的距离阈值，则所述与其直接通信的传感器节点将通信模式切换为间接通信的模式，并选择一个邻居节点作为继任节点，向所述继任节点发送请求信息，以使所述继任节点的通信模式切换为直接通信的模式；

其中，所述距离阈值的更新公式为：

式中，dt′为更新的距离阈值，dt为所述设定的距离阈值，qi0为第i个与汇聚节点直接通信的传感器节点的初始能量，qi为第i个与汇聚节点直接通信的传感器节点的当前剩余能量，ψi为与汇聚节点直接通信的传感器节点的数量，σ为预设的能量影响因子，σ的取值范围为[0.1,0.2]，rmax为预设的传感器节点最大通信距离；

其中，若距离阈值的更新次数达到次数阈值，或者更新的距离阈值低于rmin时，汇聚节点将停止距离阈值的更新，rmin为预设的传感器节点最小通信距离。

本实施例通过汇聚节点进行距离阈值的定期更新来改变与其直接通信的传感器节点的通信模式，并创造性地根据与汇聚节点直接通信的所有传感器节点的当前剩余能量和初始能量，设定了距离阈值的更新公式。根据该公式可知，距离阈值将随着汇聚节点周围传感器节点能量的消耗的增多而逐渐减小。本实施例能够有效避免与汇聚节点直接通信且相距较远的传感器节点过度消耗能量，通过该传感器节点选择继任节点的机制，能够有效平衡汇聚节点周围传感器节点的负载，减少能量空洞的现象，从而在整体上有助于延长传感器节点的工作周期，提高数据通信的稳定性。

其中，所述的邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点。

在一个实施例中，所述更新的距离阈值信息包括平均当前剩余能量qavg，所述选择一个邻居节点作为继任节点，包括：

(1)所述与其直接通信的传感器节点将通信模式切换为间接通信的模式后，该传感器节点计算其各邻居节点的权值：

式中，wab为所述与其直接通信的传感器节点a的第b个邻居节点的权值，qab为所述第b个邻居节点的当前剩余能量，f(qab-qavg(为判断取值函数，当qa％-qavg≥0时，f(qab-qavg(＝1，当qab-qavg<0时，f(qab-qavg)＝0；ma为所述传感器节点a的邻居节点数量，mab为所述第b个邻居节点的邻居节点数量，ma∩mab为所述传感器节点a与所述第b个邻居节点共有的邻居节点数量，d(a,b)为所述传感器节点a与所述第b个邻居节点的距离，d(a，c)为所述传感器节点a与其第c个邻居节点的距离，λ1、λ2为设定的权重系数，且满足λ1<λ2,λ1+λ2＝1；

(2)该传感器节点选择权值最大的邻居节点作为继任节点。

作为一种优选的实施方式，λ1＝0.4，λ2＝0.6。

本实施例创造性地设定了继任节点的选择机制，其中设定了权值的计算公式。通过该权值计算公式，可以有效衡量各个邻居节点的能量优势和位置优势，从而帮助传感器节点尽可能选择到最佳的继任节点。利用该选择机制确定继任节点，使得本实施例能够较优化地有效平衡传感器节点周边节点的负载，并在该传感器节点将通信模式切换为间接通信的模式时，尽可能地减小模式转换给数据通信带来的不利影响，保障无线传感器网络运行的稳定性。

在一个实施例中，传感器节点选择下一跳节点时，向相对于其距离汇聚节点更近的邻居节点发送请求，接收到该请求的邻居节点计算自己的缓存拥塞程度，若缓存拥塞程度低于预设的缓存拥塞程度阈值，则该邻居节点向发送所述请求的传感器节点发送反馈信息，传感器节点选择接收到的第一个反馈信息对应的邻居节点作为下一跳节点，所述缓存拥塞程度按照下列公式计算：

式中，μhj表示接收到传感器节点h请求的第j个邻居节点的缓存拥塞程度，lhj为所述第j个邻居节点当前为缓存数据包所占用的缓存大小，lhj0为所述第j个邻居节点的初始缓存空间大小，d(h,j)为所述传感器节点h与所述第j个邻居节点的距离，d0为预设的数据包转发单位距离，γ为预设的基于距离的数据拥塞延缓因子，γ的取值范围为[0.2,0.3]。

本实施例创新性地设定了下一跳节点的选择机制，其中首次提出了缓存拥塞程度的概率及其计算公式。该机制中，接收到传感器节点的请求的邻居节点计算自己的缓存拥塞程度，根据自己的缓存拥塞程度与预设的缓存拥塞程度阈值的比较结果，确定是否去竞选传感器节点的下一跳节点。本实施例能够促使传感器节点尽量选择距离较近且缓存效率较高的邻居节点作为下一跳节点，有利于降低下一跳节点因为数据缓存过慢而丢包的概率，进而提高数据通信的可靠性和效率。

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。