【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及物聯網裝備，具體為基于物聯網的智能裝備管控系統。
技術介紹
1、物聯網技術是指通過各種信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡技術?；谖锫摼W裝備的應用范圍非常廣泛，涵蓋了許多不同的領域，涉及智能家居、工業自動化、物流供應鏈、農業環境監測和醫療保健等。
2、其中現有的物聯終端在農業方面應用存在一定的技術缺陷：農業物聯網應用一般需要部署在戶外空曠的地方，在這種大范圍部署的條件下短距離局域網絡覆蓋很難保證物聯終端的網絡質量，而采用長距離廣域網覆蓋則會增加物聯終端的能耗，電池低功耗的方案很難保證物聯終端在線的穩定性；若采用電線供電的方式，大范圍部署會增加物聯網的建設成本，若采用光伏加電池的供電方式，容易受到天氣等環境因素的影響，存在電量耗盡物聯終端離線的風險，因此結合局域網絡和廣域網絡各自的技術優勢，在低功耗的基礎上保證網絡連接質量是本領域技術人員需要解決的技術問題。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種基于物聯網的智能裝備管控系統，解決了上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為實現以上目的，本專利技術通過以下技術方案予以實現：基于物聯網的智能裝備管控系統，包括服務端和聚合端，還包括物聯終端集群，所述物聯終端集群由若干物聯終端組成，所述物聯終端包括處理單元、采集模塊、定位模塊、儲能模塊和傳輸單元，所述傳輸單元包括lora模塊、zigbee模塊和4g
3、所述儲能模塊將自身電量信息傳輸至處理單元中，所述處理單元分別對lora模塊和zigbee模塊的功耗指數進行評估，所述處理單元分別對lora模塊和zigbee模塊的連接質量進行評估；
4、所述物聯終端集群順序測試4g模塊的連接質量，所述處理單元根據自身儲能模塊剩余電量進行初次排名，所述處理單元在初次排名的基礎上對所述物聯終端集群內4g模塊連接質量進行再次排名；
5、所述傳輸單元分別預設了節能模式和性能模式兩種執行策略，所述處理單元判斷單個4g模塊是否滿足所述物聯終端集群內所有采集模塊采集數據信息量的傳輸，若單個4g模塊滿足所有采集模塊采集數據信息量的傳輸，則所述處理單元執行節能程序策略，反之若單個4g模塊不滿足所有采集模塊采集數據信息量的傳輸，則執行性能程序策略，使用兩個及以上4g模塊協同傳輸數據信息。
6、進一步地，所述lora模塊功耗指數和zigbee模塊功耗指數評估具體流程如下：
7、101：所述處理單元分別記錄lora模塊的休眠功耗wlx和zigbee模塊的休眠功耗wzx，所述處理單元分別記錄lora模塊的喚醒功耗wlh和zigbee模塊的喚醒功耗wzh，所述休眠功耗wlx、休眠功耗wzx、喚醒功耗wlh和喚醒功耗wzh為處理單元記錄期間內的平均功率；
8、102：所述處理單元分別記錄lora模塊的發送瞬時功耗wlf和接收瞬時功耗wlj，所述處理單元分別記錄zigbee模塊的發送瞬時功耗wzf和接收瞬時功耗wzj，所述發送瞬時功耗wzf、接收瞬時功耗wzj、發送瞬時功耗wlf和接收瞬時功耗wlj為發送單次數據信息時間內處理單元記錄的最大峰值功率；
9、103：所述處理單元將上述記錄的功耗數值代入下列公式組：
10、
11、其中，λ1、λ2、λ3......λ12為權重系數，wlr為lora模塊計算所得功耗指數，wzb為zigbee模塊計算所得功耗指數；
12、104：當時，所述處理單元使用zigbee模塊在物聯終端集群內部進行數據信息發送、接收與轉發，所述處理單元使用lora模塊發送校驗信息并接收返回報文，當時，所述處理單元僅使用lora模塊進行數據信息傳輸、發送校驗信息和接收返回報文；
13、校驗信息用于檢查接收的數據信息的完整性，若數據信息存在缺失，則發送缺失數據信息的返回報文，所述處理單元對數據信息缺失部分進行快速重傳。
14、進一步地，所述lora模塊功耗指數和zigbee模塊連接質量評估具體流程如下：
15、201：所述處理單元通過lora模塊對相鄰物聯終端發送測試數據，相鄰物聯終端接收數據后并發送返回報文，所述處理單元根據返回報文記錄相鄰物聯終端lora模塊的響應時間gl和丟包率pl；
16、202：所述處理單元通過zigbee模塊對相鄰物聯終端發送測試數據，相鄰物聯終端接收數據后并發送返回報文，所述處理單元根據返回報文記錄相鄰物聯終端zigbee模塊的響應時間gz和丟包率pz；
17、203：按照以下公式計算lora模塊和zigbee模塊的綜合丟包率pzl和綜合響應時間gzl：
18、
19、其中，d為測試傳輸的數據信息量，s為定位模塊測定的兩個物聯終端之間的實際距離；
20、204：所述處理單元將綜合丟包率pzl高于百分之三的物聯終端從物聯終端集群中剔除，以保障物聯終端集群內部短距離局域網絡的連接質量，所述處理單元按照綜合響應時間gzl由短及長依次給物聯終端進行網絡連接質量排名。
21、進一步地，所述節能模式下，所述lora模塊與zigbee模塊在收發數據信息、驗證信息和返回報文時執行局域間歇性休眠程序，所述局域間歇性休眠程序主要分為三個等長時間階段，第一階段為喚醒階段，第二階段傳輸階段，第三階段為休眠階段，三個階段按照時間順序依次重復循環且相鄰相連的lora模塊與zigbee模塊滯后一個時間階段；例如，當前需要發送數據信息的lora模塊為發送端，相鄰連接需要接收數據信息的lora模塊為接收端，發送端處于喚醒階段時，接收端處于休眠階段，時間階段持續到下一階段，發送端處于傳輸階段發送數據信息，接收端處于喚醒階段，時間階段持續到下一階段，發送端發送數據信息完成后處于休眠階段，此時，接收端處于傳輸階段接收數據信息，如此循環往復實現物聯終端集群內數據信息的傳遞；
22、所述節能模式下，儲能模塊剩余電量排名和4g模塊連接質量排名最高的物聯終端負責統一向聚合端發送數據信息，所述4g模塊收發數據信息時執行廣域間歇性休眠程序，所述廣域間歇性休眠程序分為空閑階段和運行階段，空閑階段所述處理單元沒有接收到lora模塊和zigbee模塊的任何數據信息，所述4g模塊每間隔t個時間發送一次在線確認信號，發送完成后且在下一次發送開始前一直處于休眠狀態，運行階段所述處理單元接收到lora模塊或zigbee模塊的數據信息，將接收到的數據信息暫存至處理單元中，所述4g模塊每間隔個時間將在線確認信號和所述處理單元暫存的數據信息一并發送至聚合端，所述dlz為處理單元接收到數據信息包的數量，接收到的數據信息包數量越多，所述本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于物聯網的智能裝備管控系統，包括服務端和聚合端，其特征在于：還包括物聯終端集群，所述物聯終端集群由若干物聯終端組成，所述物聯終端包括處理單元、采集模塊、定位模塊、儲能模塊和傳輸單元，所述傳輸單元包括lora模塊、zigbee模塊和4G模塊，所述定位模塊將物聯終端的具體位置發送至處理單元中，所述采集模塊將采集的數據信息傳輸至處理單元中，所述處理單元根據定位信息通過lora模塊和zigbee模塊在其信號覆蓋范圍內與其它物聯終端建立連接；
2.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，所述lora模塊功耗指數和zigbee模塊功耗指數評估具體流程如下：
3.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，所述lora模塊功耗指數和zigbee模塊連接質量評估具體流程如下：
4.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，所述節能模式下，所述lora模塊與zigbee模塊在收發數據信息、驗證信息和返回報文時執行局域間歇性休眠程序，所述局域間歇性休眠程序主要分為三個等長時間階段，第一階段為喚醒階段
5.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，所述性能模式下，所述處理單元根據采集模塊采集的數據信息量判斷需要啟用4G模塊的數量，所述處理單元根據儲能模塊剩余電量排名和4G模塊連接質量排名由高到低依次啟用對應數量的物聯終端作為廣域網發送終端，所述lora模塊與zigbee模塊根據網絡連接質量將采集模塊獲取的數據信息傳輸至轉發至鄰近的廣域網發送終端，所述廣域網發送終端內部的所述處理單元將接收的數據信息通過4G模塊發送至聚合端，所述聚合端將所有4G模塊發送的數據信息融合統一發送給服務端；當作為廣域網發送終端的儲能模塊剩余電量低于整個物聯終端集群儲能模塊電量的平均值時，該廣域網發送終端停止啟用4G模塊，啟用4G模塊連接質量排名下一位物聯終端作為新的廣域網發送終端用于替換。
6.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，當物聯終端集群內部儲能模塊平均電量低于單個儲能模塊總電量的一半時，所述性能模式轉換為節能模式且所述處理單元通過4G模塊發送電量預警信息至聚合端，所述聚合端再將預警信息轉發至服務端通知用戶。
7.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，所述定位模塊將物聯終端自身位置信息傳輸至處理單元中，所述處理單元根據位置信息判斷與相鄰物聯終端的間距，若間距大于等于五十米，則所述處理單元僅采用lora模塊傳輸數據信息、發送校驗信息和接收返回報文，反之若間距小于五十米，所述處理單元再根據lora模塊和zigbee模塊的功耗指數評估結果判斷數據信息傳輸方式。
8.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，所述傳輸單元在傳輸數據信息、發送校驗信息和接收返回報文時，負責發送校驗信息和接收返回報文的傳輸單元與傳輸數據信息的傳輸單元各自獨立運行。
...【技術特征摘要】
1.基于物聯網的智能裝備管控系統，包括服務端和聚合端，其特征在于：還包括物聯終端集群，所述物聯終端集群由若干物聯終端組成，所述物聯終端包括處理單元、采集模塊、定位模塊、儲能模塊和傳輸單元，所述傳輸單元包括lora模塊、zigbee模塊和4g模塊，所述定位模塊將物聯終端的具體位置發送至處理單元中，所述采集模塊將采集的數據信息傳輸至處理單元中，所述處理單元根據定位信息通過lora模塊和zigbee模塊在其信號覆蓋范圍內與其它物聯終端建立連接；
2.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，所述lora模塊功耗指數和zigbee模塊功耗指數評估具體流程如下：
3.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，所述lora模塊功耗指數和zigbee模塊連接質量評估具體流程如下：
4.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，所述節能模式下，所述lora模塊與zigbee模塊在收發數據信息、驗證信息和返回報文時執行局域間歇性休眠程序，所述局域間歇性休眠程序主要分為三個等長時間階段，第一階段為喚醒階段，第二階段傳輸階段，第三階段為休眠階段，三個階段按照時間順序依次重復循環且相鄰的lora模塊與zigbee模塊滯后一個時間階段；
5.根據權利要求1所述的基于物聯網的智能裝備管控系統，其特征在于，所述性能模式下，所述處理單元根據采集模塊采集的數據信息量判斷需要啟用4g模塊的數量，所述處理單元根據儲能模塊剩余電量排名和4g模塊連接質量排名由高到低...
【專利技術屬性】
技術研發人員：涂浙閩，黃梓豪，孫一翰，
申請(專利權)人：華中科技大學溫州先進制造技術研究院，
類型：發明
國別省市：
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