基于物联网的智能装备管控系统

本发明涉及物联网装备，具体为基于物联网的智能装备管控系统。

背景技术：

1、物联网技术是指通过各种信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络技术。基于物联网装备的应用范围非常广泛，涵盖了许多不同的领域，涉及智能家居、工业自动化、物流供应链、农业环境监测和医疗保健等。

2、其中现有的物联终端在农业方面应用存在一定的技术缺陷：农业物联网应用一般需要部署在户外空旷的地方，在这种大范围部署的条件下短距离局域网络覆盖很难保证物联终端的网络质量，而采用长距离广域网覆盖则会增加物联终端的能耗，电池低功耗的方案很难保证物联终端在线的稳定性；若采用电线供电的方式，大范围部署会增加物联网的建设成本，若采用光伏加电池的供电方式，容易受到天气等环境因素的影响，存在电量耗尽物联终端离线的风险，因此结合局域网络和广域网络各自的技术优势，在低功耗的基础上保证网络连接质量是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于物联网的智能装备管控系统，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于物联网的智能装备管控系统，包括服务端和聚合端，还包括物联终端集群，所述物联终端集群由若干物联终端组成，所述物联终端包括处理单元、采集模块、定位模块、储能模块和传输单元，所述传输单元包括lora模块、zigbee模块和4g模块，所述定位模块将物联终端的具体位置发送至处理单元中，所述采集模块将采集的数据信息传输至处理单元中，所述处理单元根据定位信息通过lora模块和zigbee模块在其信号覆盖范围内与其它物联终端建立连接；

3、所述储能模块将自身电量信息传输至处理单元中，所述处理单元分别对lora模块和zigbee模块的功耗指数进行评估，所述处理单元分别对lora模块和zigbee模块的连接质量进行评估；

4、所述物联终端集群顺序测试4g模块的连接质量，所述处理单元根据自身储能模块剩余电量进行初次排名，所述处理单元在初次排名的基础上对所述物联终端集群内4g模块连接质量进行再次排名；

5、所述传输单元分别预设了节能模式和性能模式两种执行策略，所述处理单元判断单个4g模块是否满足所述物联终端集群内所有采集模块采集数据信息量的传输，若单个4g模块满足所有采集模块采集数据信息量的传输，则所述处理单元执行节能程序策略，反之若单个4g模块不满足所有采集模块采集数据信息量的传输，则执行性能程序策略，使用两个及以上4g模块协同传输数据信息。

6、进一步地，所述lora模块功耗指数和zigbee模块功耗指数评估具体流程如下：

7、101：所述处理单元分别记录lora模块的休眠功耗wlx和zigbee模块的休眠功耗wzx，所述处理单元分别记录lora模块的唤醒功耗wlh和zigbee模块的唤醒功耗wzh，所述休眠功耗wlx、休眠功耗wzx、唤醒功耗wlh和唤醒功耗wzh为处理单元记录期间内的平均功率；

8、102：所述处理单元分别记录lora模块的发送瞬时功耗wlf和接收瞬时功耗wlj，所述处理单元分别记录zigbee模块的发送瞬时功耗wzf和接收瞬时功耗wzj，所述发送瞬时功耗wzf、接收瞬时功耗wzj、发送瞬时功耗wlf和接收瞬时功耗wlj为发送单次数据信息时间内处理单元记录的最大峰值功率；

9、103：所述处理单元将上述记录的功耗数值代入下列公式组：

10、

11、其中，λ1、λ2、λ3......λ12为权重系数，wlr为lora模块计算所得功耗指数，wzb为zigbee模块计算所得功耗指数；

12、104：当时，所述处理单元使用zigbee模块在物联终端集群内部进行数据信息发送、接收与转发，所述处理单元使用lora模块发送校验信息并接收返回报文，当时，所述处理单元仅使用lora模块进行数据信息传输、发送校验信息和接收返回报文；

13、校验信息用于检查接收的数据信息的完整性，若数据信息存在缺失，则发送缺失数据信息的返回报文，所述处理单元对数据信息缺失部分进行快速重传。

14、进一步地，所述lora模块功耗指数和zigbee模块连接质量评估具体流程如下：

15、201：所述处理单元通过lora模块对相邻物联终端发送测试数据，相邻物联终端接收数据后并发送返回报文，所述处理单元根据返回报文记录相邻物联终端lora模块的响应时间gl和丢包率pl；

16、202：所述处理单元通过zigbee模块对相邻物联终端发送测试数据，相邻物联终端接收数据后并发送返回报文，所述处理单元根据返回报文记录相邻物联终端zigbee模块的响应时间gz和丢包率pz；

17、203：按照以下公式计算lora模块和zigbee模块的综合丢包率pzl和综合响应时间gzl：

18、

19、其中，d为测试传输的数据信息量，s为定位模块测定的两个物联终端之间的实际距离；

20、204：所述处理单元将综合丢包率pzl高于百分之三的物联终端从物联终端集群中剔除，以保障物联终端集群内部短距离局域网络的连接质量，所述处理单元按照综合响应时间gzl由短及长依次给物联终端进行网络连接质量排名。

21、进一步地，所述节能模式下，所述lora模块与zigbee模块在收发数据信息、验证信息和返回报文时执行局域间歇性休眠程序，所述局域间歇性休眠程序主要分为三个等长时间阶段，第一阶段为唤醒阶段，第二阶段传输阶段，第三阶段为休眠阶段，三个阶段按照时间顺序依次重复循环且相邻相连的lora模块与zigbee模块滞后一个时间阶段；例如，当前需要发送数据信息的lora模块为发送端，相邻连接需要接收数据信息的lora模块为接收端，发送端处于唤醒阶段时，接收端处于休眠阶段，时间阶段持续到下一阶段，发送端处于传输阶段发送数据信息，接收端处于唤醒阶段，时间阶段持续到下一阶段，发送端发送数据信息完成后处于休眠阶段，此时，接收端处于传输阶段接收数据信息，如此循环往复实现物联终端集群内数据信息的传递；

22、所述节能模式下，储能模块剩余电量排名和4g模块连接质量排名最高的物联终端负责统一向聚合端发送数据信息，所述4g模块收发数据信息时执行广域间歇性休眠程序，所述广域间歇性休眠程序分为空闲阶段和运行阶段，空闲阶段所述处理单元没有接收到lora模块和zigbee模块的任何数据信息，所述4g模块每间隔t个时间发送一次在线确认信号，发送完成后且在下一次发送开始前一直处于休眠状态，运行阶段所述处理单元接收到lora模块或zigbee模块的数据信息，将接收到的数据信息暂存至处理单元中，所述4g模块每间隔个时间将在线确认信号和所述处理单元暂存的数据信息一并发送至聚合端，所述dlz为处理单元接收到数据信息包的数量，接收到的数据信息包数量越多，所述4g模块发送的间隔时间越短，所述聚合端验证数据信息完整后再将其转发至服务端，完成数据信息的传递，若所述聚合端验证数据信息不完整，所述聚合端发送缺失数据信息的返回报文至4g模块中，所述处理单元根据4g模块接收的返回报文发送缺失的数据信息至聚合端。

23、进一步地，所述性能模式下，所述处理单元根据采集模块采集的数据信息量判断需要启用4g模块的数量，所述处理单元根据储能模块剩余电量排名和4g模块连接质量排名由高到低依次启用对应数量的物联终端作为广域网发送终端，所述lora模块与zigbee模块根据网络连接质量将采集模块获取的数据信息传输至转发至邻近的广域网发送终端，所述广域网发送终端内部的所述处理单元将接收的数据信息通过4g模块发送至聚合端，所述聚合端将所有4g模块发送的数据信息融合统一发送给服务端；当作为广域网发送终端的储能模块剩余电量低于整个物联终端集群储能模块电量的平均值时，该广域网发送终端停止启用4g模块，启用4g模块连接质量排名下一位物联终端作为新的广域网发送终端用于替换。

24、进一步地，当物联终端集群内部储能模块平均电量低于单个储能模块总电量的一半时，所述性能模式转换为节能模式且所述处理单元通过4g模块发送电量预警信息至聚合端，所述聚合端再将预警信息转发至服务端通知用户。

25、进一步地，所述定位模块将物联终端自身位置信息传输至处理单元中，所述处理单元根据位置信息判断与相邻物联终端的间距，若间距大于等于五十米，则所述处理单元仅采用lora模块传输数据信息、发送校验信息和接收返回报文，反之若间距小于五十米，所述处理单元再根据lora模块和zigbee模块的功耗指数评估结果判断数据信息传输方式。

26、进一步地，所述传输单元在传输数据信息、发送校验信息和接收返回报文时，负责发送校验信息和接收返回报文的传输单元与传输数据信息的传输单元各自独立运行。

27、本发明具有以下有益效果：

28、1、该基于物联网的智能装备管控系统，通过执行节能程序，利用lora模块和zigbee模块相互短距离传输数据，再使用4g模块统一上传，可以有效降低物联终端集群中的电能消耗，延长了物联终端集群的工作时间，扩大了物联网装备在农业领域的适用范围，同时通过执行性能程序可将多个4g模块协同传输提高了传输速度。

29、2、该基于物联网的智能装备管控系统，通过对传输单元进行连接质量评估，可以有效提高网络传输的稳定性，降低丢包率。

30、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。