输电线路监测数据传输系统的制作方法

本发明涉及电力数据采集领域，尤其是一种输电线路监测数据传输系统。

背景技术：

在输电网走廊区域,尤其在山区、丘陵地带，没有4g信号，乃至没有3g/2g信号。用于监测输电线环境数据的光学暂态平台所采集到的数据无法传送回来。针对此种情况，我们需要构建一套自组网的系统，可让平台采集到的数据以及平台外围的各种传感模块的数据，通过组件的网络将数据传送到中央服务器。进而建设出物联网生态系统，形成完整的输电网数据传输链。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种输电线路监测数据传输系统。以在输电线环境中建设出用于传输数据的网络，以解决在山区、丘陵等无蜂窝移动数据网络的区域传输对输电线环境的监测数据的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种输电线路监测数据传输系统，包括中心服务器和若干第一层数据采集单元，所述若干第一层数据采集单元为串联结构，相邻第一层数据采集单元间通过第一类传输协议和/或第二类传输协议通信连接；所述第一层数据采集单元的末端节点通过第三类传输协议与中心服务器连接；各第一层数据采集单元通过第四类传输协议分别连接有若干第二层数据采集单元；所述第二层数据采集单元用于采集数据，并将所采集的数据发送给其所连接的第一层数据采集单元；所述第一类传输协议为远距离、大数据量传输协议，第二类传输协议为低功耗、小数据量传输协议，第三类传输协议为物联网通信协议，所述第四类传输协议为近场通信协议；每一个第一层数据采集单元，基于其连接的第二层数据采集单元所发送的数据的属性信息，自动选择应用第一类传输协议或第二类传输协议，向相邻第一层数据采集单元传输数据。

通过构建本发明的系统，可以构建出用于在无蜂窝移动数据网络区域传输数据的网络，同时，本系统的架构可以确保数据汇总到对应节点的条理性，进行逐级汇总；系统网络在各层级间的传输协议不同，一方面，针对所传输的数据的不同类别，设定不同的传输协议，可以确保传输链路对传输设备/传输数据的针对性，进而保证传输的效率和兼容性，另一方面，也是考虑到不同数据采集/传输设备所支持的传输协议，确保系统对于市场常规设备的兼容性，便于建设和维护。基于所要传输数据的属性，自动在预设协议间进行切换，以确保传输方式更具针对性，使数据传输满足相应的要求。

进一步的，上述每一个所述第一层数据采集单元，基于其连接的第二层数据采集单元所发送的数据的属性信息，自动选择应用第一类传输协议或第二类传输协议，向相邻第一层数据采集单元传输数据具体为：每一个所述第一层数据采集单元判断所需传输数据的预定项数据指标是否达到规定标准，若是，则采用第一类传输协议传输数据，否则，采用第二类传输协议传输数据。

基于数据传输需求，对传输链路进行自适应的切换，一方面，可以及时响应传输链路需求的同时，避免造成数据的积压和传输延时，另一方面，可以使系统以最低功耗传输完成所有数据。

进一步的，系统在默认状态下，第一层数据采集单元保持第一类传输协议关闭，第二类传输协议开启。

将系统默认状态设置在低功耗状态下，仅在有需要时才开启高功耗状态，可以使系统长期保持在一个低功耗状态下，进而达到降低设备能耗的效果。

进一步的，上述第一类传输协议为wifi协议，第二类传输协议为lora传输协议。

wifi协议和lora传输协议可以为第一层数据采集单元的远距离建设提供支撑，同时，两者在系统参数的配置、设备的组网上均较为便捷，设备采购和建设成本低，且两者在切换上自由度高，无需复杂的切换流程，可以确保切换的高效率和切换的低功耗。

进一步的，针对每一个第一层数据采集单元，其连接的所有第二层数据采集单元的结构，为根据第二层数据采集单元所支持的近场通信协议类别，已完成组建的数据采集网络。

将第二层数据采集单元进行自适应网络构建后，再接入到第一层数据采集单元中，实现在第二层数据采集单元将所采集的数据汇总后，再传递给第一层数据采集单元，相较于两者直连的方式，可以大幅降低结构数量的要求，同时降低第一层数据采集单元分别接收数据的计算量和接收耗时，提高数据传输效率，减小数据传输延时，降低数据传输功耗。通过汇总传递的方式，还可使第一层数据传输单元高效利用高功耗的传输链路。

进一步的，上述近场通信协议包括蓝牙、zigbee和射频三类。

上述三类近场通信协议可以兼容绝大数现有支持近场通信的设备。同时设定支持三种协议，可以使系统具备强大的兼容性，进而有效降低系统的采购、建设和维护成本。同时，上述三种协议设备均具备自组网能力，部分设备还具备自恢复能力，可以确保系统建设的快捷性以及工作时的稳定性。

进一步的，支持所述蓝牙协议的第二层数据采集单元分为普通节点、中继节点、朋友节点和低功耗节点四类，其中，低功耗节点和朋友节点配套出现，低功耗节点默认状态下出闸休眠状态，其对应的朋友节点用于为其暂存消息。

该方式可使得第二层数据采集单元处在一个低功耗状态，在保证数据采集的有效性的情况下，降低系统工作能耗。

进一步的，上述支持蓝牙协议的第二层数据采集单元所组件的数据采集子网络为网状网拓扑结构。

网状网拓扑结构可以使节点间的中继距离得到有效的延长，进而使得数据采集网络能够采集到更广的数据，可以建设更少的设备以覆盖更广的区域。同时，网状网结构网络可为节点传递数据提供多种选择，可以有效方式数据的拥塞，降低数据传输的延时，提高传输效率。

进一步的，支持zigbee协议的第二层数据采集单元分为普通节点、路由节点、网关节点、中继节点四类。

该方式可以使得第二层数据采集单元通过中继节点完成自组网，通过网关节点连接到同级或上级网络，通过路由节点完成数据的有效传递。

进一步的，上述支持zigbee协议的第二层数据采集单元所组件的数据采集子网络为树状拓扑结构。

树状结构的zigbee子网络，可以通过中继方式完成各节点间的自组网，确保各节点间保持有效的连接，提高了系统运行的稳定性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过无线组网的方式，针对与山区、丘陵地带等无蜂窝移动数据网络区域，以低功耗、高效率、高稳定性的方案，完成数据的传输。

2、本发明针对不同的数据传输环节，选用相应的协议，可以提高对于设备和数据的针对性，进而提高数据传输效率。并且，通过基于数据量对通信链路（协议）的自适应切换，可以在保证数据传输及时性的情况下，尽肯能降低系统的功耗，即消耗最少的能耗达到最高的传输效率。

3、本发明支持多种终端通信协议（近场通信），可支持多种终端采集设备（传感器），在确保系统具备高兼容性的情况下，使得采购、建设和维护成本更低。同时，所支持的多种设备具备自组网和自修复能力，可以提高网络建设效率，提高系统工作的稳定性。

4、本发明系统的网络的结构，可以有效延长各数据采集节点的中继距离，进而延长了数据采集链路，使得系统以最少的检索成本覆盖最广的区域。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是输电线路监测数据传输系统结构图。

图2是蓝牙类数据采集子网络的一个实施例。

图3是zigbee类数据采集子网络的一个实施例。

图中，10为中央服务器，20为第一层数据采集单元，301-303分别为支持不同近场通信协议的第二层数据采集单元所组建的子网络，2-3为相邻第一层数据采集单元间的传输协议，1-2为末端第一层数据采集单元与中心服务器间的传输协议。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

如图1所示，本实施例公开了一种输电线路监测数据传输系统，该系统包括中心服务器和若干第一层数据采集单元，所述若干第一层数据采集单元为串联结构，相邻第一层数据采集单元间通过第一类传输协议和/或第二类传输协议通信连接，所述第一层数据采集单元的末端节点通过第三类传输协议与中心服务器连接；各第一层数据采集单元通过第四类传输协议分别连接有若干第二层数据采集单元（各第一层数据采集单元所连接的第二层数据采集单元的数量可能存在不同）；所述第二层数据采集单元用于采集数据，并将所采集的数据发送给其所连接的第一层数据采集单元；所述第一类传输协议为远距离、大数据量传输协议，第二类传输协议为低功耗、小数据量传输协议，第三类传输协议为物联网通信协议，所述第四类传输协议为近场通信协议；每一个第一层数据采集单元，基于其连接的第二层数据采集单元所发送的数据的属性信息，自动选择应用第一类传输协议或第二类传输协议，向相邻第一层数据采集单元传输数据。数据的属性信息包括但不限于数据量大小、数据质量（信噪比、有无缺损等）、传输距离、延时要求、传输实现要求、数据格式、信道干扰强度、信道质量等。

上述系统中，所谓的每一个第一层数据采集单元，基于其连接的第二层数据采集单元所发送的数据的属性信息，自动选择应用第一类传输协议或第二类传输协议，向相邻第一层数据采集单元传输数据具体为：第一层数据采集单元判断所需传输数据的预定项数据指标是否达到规定标准，若是，则采用第一类传输协议传输数据，否则，采用第二类传输协议传输数据。在一个实施例中，所谓的预定项数据指标为数据量大小、数据格式、数据信噪比、传输距离或预定的传输时限要求中的一项或多项（也可以是对其它属性信息中的约束条件）。在一个具体实施例中，为在所需传输数据的数据量达到预定阈值时，采用第一类传输协议传输数据，否则，采用第二类传输协议传输数据。在默认状态下，第一层数据采集单元保持第一类传输协议关闭，第二类传输协议开启。以数据量大小作为指标为例，默认状态下，第一层数据采集单元采用第二类传输协议传输数据，这样，整个链路控制数据（含信号）能在低速的信号链路中传输，保持正常信号握手状态，达到低功耗的目的，在所要传输的数据量较大（即达到预定阈值）时，通过第二类传输协议握手，开启第一类传输协议，进行大数据量的数据传输，在大数据传输完毕后，关闭第一类传输协议（即断开第一类传输协议的连接），恢复到第二类传输协议握手状态。这样做的目的就在无大量数据情况下，第一类传输协议默认关闭，达到省电、节约功耗的效果，当有大量数据需要传输时候才开启第一类传输协议，这样就能最大限度的降低整个系统的功耗。

在一个实施例中，第一类传输协议为wifi协议，第二类传输协议为lora传输协议。前者具有超远传输距离、大功率、大数据量、多节点、大容量组网的特点，后者具有超远传输距离、低功耗、多节点、大容量组网的特点。

在一个实施例中，lora模块（支持lora传输协议的通信模块）选用augtekaug-kl8a/plora无线通信模块或者semtech公司的sx126x系列lora芯片，具体特性在此不做介绍。前者应对开发难度低的需求，后者针对组网和低功耗需求。wifi模块（支持wifi协议的通信模块）选用skylabskw77大功率wifi模组。

上述系统中，第一层数据采集单元与第二层数据采集单元间，通过低功耗的近场通信协议连接。针对每一个第一层数据采集单元，其连接的所有第二层数据采集单元的结构，为根据第二层数据采集单元所支持的近场通信协议类别，已完成组建的数据采集网络。即各第二层数据采集单元本身，根据自身支持的近场通信协议的具体类别，完成对应不同近场通信协议的数据采集子网络的组建后，整体构建为数据采集网络，再接入到第一层数据采集单元。即第二层数据采集单元并非每一个都连接到第一层数据采集单元，而是在组件成数据采集网络后，再将网络接入到第一层数据采集单元。例如第二层数据采集单元组建成数据采集网络后，通过网关节点连接第一层数据采集单元。

实施例二

以一个第一层数据采集单元所连接的第二层数据采集单元为例，本实施例公开了各第二层数据采集单元间的组网方式：将支持同一类近场通信协议的第二层数据采集单元，配置为普通节点、中继节点（relaynode）、网关节点（gatewaynode）、路由节点（routernode）、朋友节点（friendnode）或低功耗节点（lowpowernode，lpnode）中的一种或多种节点属性，支持同一类近场通信协议的第二层数据采集单元根据被配置的节点属性，完成本类（即所支持的近场通信协议类）数据采集子网络的组建。

在一个实施例中，各第一层数据采集单元连接有支持蓝牙（bluetooth）、射频（rf）和zigbee三类近场通信协议的第二层数据采集单元。其中，支持蓝牙的第二层数据采集单元被配置为普通节点、中继节点、朋友节点和低功耗节点四类，即第二层数据采集单元被配置支持中继、朋友或低功耗中的一种或多种额外特性，各节点通过应用场景下所配置的约束条件，在组网时自动与相邻节点间建立连接，完成蓝牙类数据采集子网络的组网。通常的，子网络的架构采用多对多的网状网（mesh）拓扑结构。子网络中，低功耗节点和朋友节点配套出现，低功耗节点默认状态下出闸休眠状态，也就是意味着其收不到网络中发过来的消息，朋友节点能帮其配套的低功耗节点暂存消息，当低功耗节点需要消息的时候，向朋友节点发请求，以查询是否存在“waitingmessage”（即暂存的消息），如果有，朋友节点就会一条条的发给低功耗节点。

低功耗节点与朋友节点间建立连接的过程如下：低功耗节点发布一个“好友请求”（friendrequest）消息。该消息不会被中继，因此只有处于直接无线电范围内的好友节点才能处理该消息。不具有“朋友”特性的节点会将消息丢弃。附近的朋友节点若支持“好友请求”消息中特定的要求，将准备一个“friendoffer”消息，并将其发送回低功耗节点。低功耗节点接收到“friendoffer”消息时，通过预配置的算法（主动配置，根据使用场景有所不同，由产品开发者决定）选择合适的好友节点。之后，低功耗节点将向朋友节点发送一个“friendpoll”轮询消息，朋友节点会回复一个“friendupdate”更新消息，完成“好友”建立流程并提供安全参数，至此连接关系得以建立。

如图2所示，为蓝牙网状网组网的一个实施例，图中节点t传递消息给节点l的过程如下：节点s作为中继节点，转发普通节点t的消息到朋友节点o，朋友节点o帮低功耗节点l暂存消息，当节点l需要消息数据时，节点o再将消息传递给节点l。

蓝牙类数据采集子网络的架构如下：

1.承载层（bearerlayer）

承载层（bearerlayer）定义了网状网各节点怎么传递网络消息的。定义了两种承载方式：广播（advertisingbearer）和gattbearer承载。

1.1广播（advertisingbearer）利用的是blegap广播包的advertising和scanning的功能来传递接收mesh的报文。

1.2thegatt承载允许不支持广播承载的设备间接的与网状网节点进行通讯。使用代理协议(proxyprotocol)。代理协议是封装在gatt里面，会用特别定义的gatt特点。支持中继特性的中继节点也就是代理节点，因为可以同时支持两种承载层，所以可以作为网状网节点和非网状网节点的中间桥梁。

2．网络层（networklayer）：网络层定义了几件事情，一个是定义了多种网络地址类型，关于网状网地址的内容。二是定义了网络层的格式，打通传输层（transportlayer）和承载层(bearerlayer)；三是定义了一些输入输出滤波器，决定哪些消息需要转发，处理还是拒绝。四是定义了网络消息的加密和认证。

3.底层传输层（lowertransportlayer）：把太长的传输层的包拆成若干个分给网络层，把短的网络层的包再组成一个长的传输层的pdu。

4.上层传输层（uppertransportlayer）：上层传输层主要是负责加密，揭秘和应用数据授权。消息的安全性和机密性就是有这一层负责的。还有就是会定义一些节点间在这一层的一些会话，比如friend功能，心跳包（heartbeats）。

5．访问层（accesslayer）：访问层定义了应用层的数据，怎样控制和使用加密和解密。验证消息的上下文，密码等等。

6.基础model层（foundationmodelslayer）：负责基础模型的实现与网状网网络的配置和管理。

蓝牙类数据采集子网络中，通过“发布/订阅”的模型传递消息。生成消息的节点会发布消息。需要接收消息的节点会订阅它们所需的地址。消息可被发布至单播、群组或虚拟地址。消息可以作为对其他消息的回复而发送，也可以作为非请求消息被发送。当模型发送回复消息时，使用消息始发处的源地址作为目标地址。发送非请求消息时，模型将使用模型的发布地址作为目标地址。节点中的每个模型都有一个发布地址。接收消息时，节点内模型（节点中可能存在多个模型）中的每个实例均可通过订阅方式从一个或多个群组或虚拟地址接收消息。订阅消息的模型使用模型的订阅列表来定义用于接收消息的有效地址。当模型接收到消息时，模型将检查其订阅列表。当订阅列表上的地址设置为模型的元素单播地址或属于该节点的固定群组地址时，则视为一个匹配。

在一个具体实施方式中，支持蓝牙的第二层数据采集单元的处理芯片选用siliconefr32bg系列。其支持蓝牙5.0。

再有，支持zigbee的第二层数据采集单元被配置为普通节点、路由节点、网关节点、中继节点四类，即第二层数据采集单元被配置支持中继、路由或网关中的一种或多种额外特性，完成zigbee类数据采集子网络的组网（zigbee本身具备自组网和自修复能力，根据各节点所设定的特性，节点间可自动完成子网络的组建和修复）。zigbee网络支持树状、网状和网状网结构的超远距离传输组网，且具备强大的自修复能力。如图3所示，为zigbee类数据采集子网络组网的一个实施例，其中，若主机h到从机s的信号不可达时，则通过加入中继节点进行信号转发。

在zigbee类数据采集子网络中，低功耗特性是针对睡眠状态（可以有若干等级，例如致远电子的aw516x具有深度休眠模式，其电流可达160na，回复时间为3.8ms）。

zigbee类数据采集子网络的网络架构如下：

1.网络层

网络层的主要功能是正确使用mac子层，并为下一个上层即应用层提供合适的接口。其能力和结构通常与这些网络层相关联，包括路由。网络层的功能与听起来完全一样。它处理网络功能，如连接，断开连接和建立网络。它将添加一个网络，分配地址，并添加/删除某些设备。此图层使用星形，网格和树形拓扑结构。它为应用程序层添加了一个接口。

一方面，数据实体从应用层的有效载荷创建和管理网络层数据单元，并根据当前拓扑结构执行路由。另一方面，还有层控制，用于处理新设备的配置和建立新的网络：它可以确定相邻设备是否属于网络并发现新邻居和路由器。该控制器还可以检测到接收器的存在，从而允许直接通信和mac同步。

网络层使用的路由协议是aodv，它具有与associativity-basedrouting（abr）相似的特性。与aodv不同，abr是1994年在英国剑桥大学发明的专利路由协议。aodv是ietf的工作草案，它始终如一地添加了各种建议和来源的功能。在aodv中，为了找到目的地设备，aodv向所有邻居广播出一个路由请求。邻居然后将请求广播给邻居并继续向前，直到到达目的地。一旦达到目的地，它将通过单播传输的路由答复发送到源成本最低的路径。这种路由发现的方法与那些路由发现完全相似基于关联性的路由，除了使用abr不使用序列号或距离矢量。一旦源接收到回复，它就会更新其路由表中路径下一跳的目的地址和路径开销。

2.应用层：应用层是规范定义的最高层，是zigbee系统与其最终用户的有效接口。它由zigbee规范添加的大部分组件组成：zdo及其管理程序以及制造商定义的应用程序对象都被视为此层的一部分。该层绑定表，在绑定的设备之间发送消息，管理组地址，重新组装数据包并传输数据。它负责为zigbee设备配置文件提供服务。

3．mac层、物理层：负责为一个节点和它的相邻节点之间提供可靠通讯，帮助避免碰撞和提高效率并且负责打包和分解数据包和帧。

在一个zigbee子网络中，只有协调器（coordinator）设备可以建立网络，在建立网络过程中，首先协调器设备的应用层发出建立网络请求，网络层收到后，就要求mac层执行信道能量扫描（在ieeee802.15.4协议中规定，在2.4g频段，共有16个信道，每个信道的带宽为5m）。找到信道能量低于设定能量值的信道，并且标注这些信道是可用信道，下一步就在可用信道中执行活动情况扫描,就是在可接受的信道搜寻zigbeee设备，找到一个最好的信道，通过记录的结果，选择一个信道，该信道存在最少的zigbee网络，最好是没有zigbee设备。

建立网络后，路由器设备或者终端设备（enddevice），可以加入协调器建立的网络，通过关联（association）方式，就是待加入的设备发起加入网络，加入一个设备；即两个设备间，构成子设备和待定父设备的关系。

对于子设备，首先子设备设定待扫描的信道，以及每个信道扫描的时间，网络层收到后，将要求mac层执行被动或主动扫描。具体发送到设备外的是一个beaconrequest帧，当在这个信道中的设备收到该帧，将会发送beacon帧，这是子设备告知该设备的mac层，该beacon帧包含了发送该帧的地址信息，以及是否允许其他设备以其子节点的方式加入。待加入的设备，在网络层，将检查该beacon帧协议id是否是zigbeeid。如果不是，将忽略；如果是，该设备将复制收到每个beacon帧的相关信息到其关联表中。一旦mac层完成了扫描，告知网络层，网络层将发送告知应用层。应用层收到该后，应用层将根据情况，要么重新要求扫描，或者从关联表中选择所发现的网络加入。如果在关联表中找不到合适的准父节点，将告知应用层，如果由多个设备可以满足要求，将选择到协调器节点深度最低的设备，如果有几个设备的深度相同，且都是最小深度，将从中随机选择一个。一旦潜在的父节点确定，网络层将调用mlme-associate.request原语到mac层。如果加入成功，网络层收到的mlme-associate.confirm原语，将含有该设备可用的16唯一的逻辑地址。加入了网络的设备，进行发送数据，首先，应用层将一帧数据打包好，然后调用网络层的原语，并在网络层按照协议的配置，加上帧头，如果考虑安全机制，还要做安全处理。只要设备不发送数据，就可以处于接收的状态，只要在接收使能的情况下，收到一帧数据，将把该帧数据帧头的传输半径减一。如果该值为零，将不会再传输到下一个设备，该帧数据，将被送到应用层，或在网络层做具体的处理。数据帧，如果目的地址是该接收设备，将会发送到应用层，如果是广播数据帧，也会发送到应用层，并且还会继续传播到其他设备。如果正在接收的设备是协调器或路由器设备，并且已经使能了路由，如果接收到的数据目的地址不是该设备，将中继该帧数据到其他设备。

子网络配网及数据交换流程为：父设备建立网络-子设备加入网络-数据交换。

对于射频模块（支持射频传输协议的通信模块），在一个实施例中，选择ti-subcc1312r芯片。其具有超低功耗、软件协议栈广的特点。

这样，将数据采集网络构建为支持多种传输协议的架构，可以形成多种方式的组网形式，兼容性强。并且，在后续扩展过程中，对于通用的数据采集终端传感器，可以直接接入到网络中，而无需对现有网络进行任何改造，提供了多种对外设备的接入方式，使得设备的入网方式更加简单、快捷，后续改造成本更低。同时，因支持多种传输协议，作为第二层数据采集单元的节点通过配置相应的特性（如中继），并开启节点自组网模式，可以完成节点间的自组网。如图2所示，在星型zigbee数据采集子网络中，在自组网模式下，主机会自动选择周围没有被使用的panid和通道号形成一个独立的网络，并能自动分配一个唯一的本地网络地址给从机，从机使用时在使能了自组网功能后就不需要进行任何的配置操作，从机在加入网络后就能跟主机进行通讯。对于从机信号不可达时，主机自动寻找中继节点，建立于从机间的传输链路，完成网络的自修复。即无论第二层数据采集单元距离第一层数据采集单元远或近，模块可以自适应的调整物理层的传输协议，直接或间接接入到入网设备，自适应接入到网络，进行组网。

对于第二层数据采集单元，可以定制组网方式。如前文中的网状网结构或星型结构。在一个实施例中，通过将节点配置为中继特性，将数据采集网络构建为树型拓扑结构。

实施例三

本实施例公开了一种输电线路监测数据传输系统，其包括中心服务器和若干第一层数据采集单元，所述若干第一层数据采集单元为串联结构，相邻第一层数据采集单元间通过wifi协议或lora传输协议通信连接；第一层数据采集单元的末端节点通过4g或ethernet协议与中心服务器连接；各第一层数据采集单元通过蓝牙、zigbee或射频协议分别连接有若干用于采集数据的传感器。

在一个具体实施方式中，第一层数据采集单元总量不超过5个。以控制大数据在多级中继后的信噪比，防止采集的数据失真。

所述的第二层数据采集单元，在一种实施方式中，选用光学传感器。在另一种实施方式中，还选用各类（对应于不同的近场通信协议）低功耗传感器，以进一步降低系统能耗。所采集的数据包括但不限于环境数据和工作状态数据。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。