用于无线网络的远程数据采集系统

技术领域

本发明涉及无线网络技术领域，具体是用于无线网络的远程数据采集系统。

背景技术

所谓无线网络，是指无需布线就能实现各种通信设备互联的网络。无线网络技术涵盖的范围很广，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线及射频技术。无线网络普遍和电信网络结合在一起，不需要电缆即可在节点之间相互链接。[11]无线网络一般被应用在使用电磁波的遥控信息传输系统，像使用无线电波作为载波和物理层的网络，如LTE、Wi-Fi、CDMA2000等。

在当前的技术环境下，数据采集系统在各个领域中发挥着关键作用。然而，传统的有线数据采集系统在一些场景中存在局限性，如需要长时间安装和布线，无法远程完成数据采集，因此，本申请提出用于无线网络的远程数据采集系统。

发明内容

本发明的目的在于提供用于无线网络的远程数据采集系统，本系统可通过远程数据采集，并通过远程通信完成数据输送，同时对输送的数据进行分类管理，并完成数据分析，以解决上述背景技术中提出的在当前的技术环境下，数据采集系统在各个领域中发挥着关键作用。然而，传统的有线数据采集系统在一些场景中存在局限性，如需要长时间安装和布线及无法远程完成数据采集问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于无线网络的远程数据采集系统，本系统可通过一个具备处理器的计算机和多个传感器实现，包括：

传感器节点单元:包括多个传感器，通过传感器节收集环境数据，并将采集到的数据进行本地处理和存储；

网络通信单元:负责与远程服务器建立无线连接，并实现数据的传输和通信,该单元支持多种无线通信协议，以适应不同的网络环境，通过该模块，传感器节点可以与远程服务器进行实时的数据交互；

远程服务器:用于接收、处理和存储传感器节点采集到的数据，服务器具备强大的计算和存储能力，以应对大规模数据采集的需求，同时，服务器还可以提供数据的管理和分析功能，以支持用户对采集数据的进一步利用；

数据管理和分析平台:用于对采集到的数据进行实时监测、分析和可视化，平台可以提供丰富的数据处理和分析工具，帮助用户更好地理解和利用采集到的数据。

作为本发明进一步的方案：所述传感器节点单元包括如下子模块：

数据采集：传感器节点负责实时采集环境中各种物理量或状态的数据，将这些数据转化为数字信号并通过通信模块发送至远程服务器，通过传感器节点的数据采集功能，系统可以全面了解环境的实时状态；

数据传输：传感器节点通过网络通信模块，将采集到的数据传输至远程服务器，实现与服务器的双向通信；

环境监测：传感器节点可以实时监测环境中的各种物理量或状态，提供环境监测和报警功能，及时识别异常情况并发送警报，以保护环境安全和提高生产效率；

远程控制：传感器节点不仅可以采集环境数据，还可以接收远程服务器发送的控制指令，实现对环境的远程控制，通过传感器节点，系统可以对环境参数进行调整，如控制温度、调节光照强度等，实现对环境的精确控制和调整；

系统扩展性：传感器节点在系统中是分布式部署的，可以灵活地增加或减少节点数量，实现系统的扩展性，通过添加更多的传感器节点，系统可以覆盖更广泛的区域，收集更多的环境数据，满足不同场景和应用的需求。

作为本发明再进一步的方案：所述网络通信单元包括如下子模块：

无线通信技术：网络通信模块采用无线通信技术，实现传感器节点与远程服务器之间的无线数据传输，无线通信技术使得传感器节点可以灵活地部署在不同位置，消除布线的限制；

数据传输协议：网络通信模块使用特定的数据传输协议，确保传感器节点与远程服务器之间的数据传输的可靠性和高效性；

数据加密和安全性：为了保护数据的安全性，网络通信模块使用加密算法对数据进行加密处理，防止数据被非法访问或篡改；

远程服务器接口：网络通信模块通过远程服务器提供的接口进行通信，它使用特定的通信协议与服务器建立连接，并通过该连接发送和接收数据；

心跳检测和重连机制：为了保持通信的稳定性，网络通信模块实现了心跳检测和重连机制，传感器节点定期发送心跳包给服务器，用于检测通信连通性，如果连续多次未收到服务器的响应，通信模块会自动尝试重连服务器，以保证数据传输的可靠性。

作为本发明再进一步的方案：所述远程服务器包括下述子模块：

数据分析与挖掘：远程服务器可以实现对传感器数据的实时分析和挖掘，通过应用机器学习和数据挖掘算法，识别出数据中的模式、趋势和异常，为用户提供更精确的数据分析和决策支持；

实时监控与报警：远程服务器可以实时监控传感器节点发送的数据，并根据预设的阈值或规则，发出警报和通知，用户可以通过手机应用或电子邮件接收警报信息，及时采取相应措施；

数据可视化与报表：远程服务器可以将传感器数据可视化展示，通过图表、仪表盘等形式，直观地展现环境数据的变化趋势和状态信息，用户可以定制报表，导出数据分析结果，用于分析、决策和报告；

数据存储与备份：远程服务器可以提供可靠的数据存储和备份功能，确保传感器数据的长期保存和保护，采用分布式存储或云存储技术，可以提高系统的可扩展性和数据的安全性；

远程控制与配置：远程服务器可以与传感器节点进行双向通信，实现远程控制和配置，用户可以通过远程服务器对传感器节点进行设定、调整参数或发送控制指令，实现对环境的远程监控和控制。

作为本发明再进一步的方案：所述数据管理和分析单元还包括下述子模块：

多维度数据管理：数据管理平台可以支持多维度的数据管理，方便用户快速检索和获取特定条件下的数据；

实时数据处理：数据管理平台可以实现对实时数据的处理和计算，为后续的数据分析提供高质量的输入数据；

大数据存储和分布式计算：数据管理平台可以采用大数据存储和分布式计算技术，以应对数据规模不断增长的挑战，提供高效的数据存储和处理能力；

高级数据分析：数据管理平台可以支持高级的数据分析功能，用于发现数据中的隐藏模式、进行异常检测等，为用户提供更深入的洞察和决策支持；

用户自定义算法和模型：数据管理平台可以提供用户自定义算法和模型的接口，允许用户根据自身需求进行算法开发和模型训练，实现个性化的数据分析和处理；

可视化分析和报告：数据管理平台可以提供丰富的可视化分析工具和报告生成功能，以图表、地图等形式直观地展示数据分析结果，帮助用户快速理解和利用数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

无线连接：使用无线网络连接传感器节点和远程服务器，消除了有线布线的限制，降低了系统部署和维护成本，提高了系统的灵活性和可扩展性。

实时交互：采用实时数据传输和通信技术，使得传感器节点与远程服务器之间可以进行快速、稳定的数据交互，支持用户实时监测和控制。

数据管理和分析：系统配备完善的数据管理和分析平台，帮助用户对采集到的数据进行全面的处理和分析，从而提高数据利用的效率和价值。

应用广泛：本系统可广泛应用于各个行业和领域，如环境监测、工业自动化、农业智能化等，满足不同场景下的远程数据采集需求。

附图说明

图1为本发明用于无线网络的远程数据采集系统的系统结构示意图；

图2为本发明用于无线网络的远程数据采集系统中传感器节点单元的系统结构示意图；

图3为本发明用于无线网络的远程数据采集系统中网络通信单元的系统结构示意图；

图4为本发明用于无线网络的远程数据采集系统中远程服务器的系统结构示意图；

图5为本发明用于无线网络的远程数据采集系统中数据管理和分析单元的系统结构示意图。

具体实施方式

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做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。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1～5，本发明实施例中，用于无线网络的远程数据采集系统，本系统可通过一个具备处理器的计算机和多个传感器实现，包括：

传感器节点单元:包括多个传感器，通过传感器节收集环境数据，并将采集到的数据进行本地处理和存储；

网络通信单元:负责与远程服务器建立无线连接，并实现数据的传输和通信,该单元支持多种无线通信协议，以适应不同的网络环境，通过该模块，传感器节点可以与远程服务器进行实时的数据交互；

远程服务器:用于接收、处理和存储传感器节点采集到的数据，服务器具备强大的计算和存储能力，以应对大规模数据采集的需求，同时，服务器还可以提供数据的管理和分析功能，以支持用户对采集数据的进一步利用；

数据管理和分析平台:用于对采集到的数据进行实时监测、分析和可视化，平台可以提供丰富的数据处理和分析工具，帮助用户更好地理解和利用采集到的数据。

传感器节点是本系统的核心组件之一，其具备如下子模块和功能

数据采集：

传感器节点负责实时采集环境中各种物理量或状态的数据，如温度、湿度、光照强度、压力等，将这些数据转化为数字信号并通过通信模块发送至远程服务器。通过传感器节点的数据采集功能，系统可以全面了解环境的实时状态。

数据传输：

传感器节点通过网络通信模块，将采集到的数据传输至远程服务器，实现与服务器的双向通信。数据传输是实现远程监测和控制的关键环节，传感器节点的稳定、高效的数据传输能力，确保了系统对环境数据的及时获取和响应。

环境监测：

传感器节点可以实时监测环境中的各种物理量或状态，提供环境监测和报警功能。通过传感器节点，系统可以实时获取环境的温度、湿度、光照强度等信息，及时识别异常情况并发送警报，以保护环境安全和提高生产效率。

远程控制：

传感器节点不仅可以采集环境数据，还可以接收远程服务器发送的控制指令，实现对环境的远程控制。通过传感器节点，系统可以对环境参数进行调整，如控制温度、调节光照强度等，实现对环境的精确控制和调整。

系统扩展性：

传感器节点在系统中是分布式部署的，可以灵活地增加或减少节点数量，实现系统的扩展性。通过添加更多的传感器节点，系统可以覆盖更广泛的区域，收集更多的环境数据，满足不同场景和应用的需求。

综上所述，传感器节点在系统中扮演着数据采集、数据传输、环境监测、远程控制和系统扩展等关键角色，为系统整体的功能实现和性能提升提供了基础支撑。

网络通信单元是本系统中实现传感器节点与远程服务器之间通信的关键组件，它负责将传感器节点采集到的数据传输至远程服务器，并接收远程服务器发送的控制指令，实现双向通信。

在本发明中，网络通信单元采用以下工作方式和通信方式：

无线通信技术：

网络通信单元采用无线通信技术，如无线局域网(Wi-Fi)、蓝牙等，实现传感器节点与远程服务器之间的无线数据传输，无线通信技术使得传感器节点可以灵活地部署在不同位置，消除了布线的限制。

数据传输协议：

网络通信单元使用特定的数据传输协议，确保传感器节点与远程服务器之间的数据传输的可靠性和高效性，常见的传输协议有MQTT(Message Queuing TelemetryTransport)、HTTP(Hypertext Transfer Protocol)等。

数据加密和安全性：

为了保护数据的安全性，网络通信单元使用加密算法对数据进行加密处理，防止数据被非法访问或篡改，常用的加密算法有AES(Advanced Encryption Standard)等。

此外，网络通信模块还可以使用身份验证等技术，确保通信的安全性。

远程服务器接口：

网络通信单元通过远程服务器提供的接口进行通信，它使用特定的通信协议与服务器建立连接，并通过该连接发送和接收数据，服务器接口可能是自定义的API(Application Programming Interface)，也可以使用标准的互联网协议。

心跳检测和重连机制：

为了保持通信的稳定性，网络通信单元实现了心跳检测和重连机制，传感器节点定期发送心跳包给服务器，用于检测通信连通性，如果连续多次未收到服务器的响应，通信单元会自动尝试重连服务器，以保证数据传输的可靠性。

通过以上工作方式和通信方式，网络通信单元能够实现传感器节点与远程服务器之间的稳定、可靠的双向通信，确保数据的准确传输和远程控制的实时性。同时，采用无线通信技术和数据加密等手段，保障通信的灵活性和安全性。

远程服务器：

远程服务器是本系统的核心组件之一，用于接收、处理和存储传感器节点采集的数据，并提供远程访问和管理接口。除了基本的数据存储和处理功能，该远程服务器还以下特性：

数据分析与挖掘：

远程服务器可以实现对传感器数据的实时分析和挖掘，通过应用机器学习和数据挖掘算法，识别出数据中的模式、趋势和异常，为用户提供更精确的数据分析和决策支持。

实时监控与报警：

远程服务器可以实时监控传感器节点发送的数据，并根据预设的阈值或规则，发出警报和通知。用户可以通过手机应用或电子邮件接收警报信息，及时采取相应措施。

数据可视化与报表：

远程服务器可以将传感器数据可视化展示，通过图表、仪表盘等形式，直观地展现环境数据的变化趋势和状态信息。用户可以定制报表，导出数据分析结果，用于分析、决策和报告。

数据存储与备份：

远程服务器可以提供可靠的数据存储和备份功能，确保传感器数据的长期保存和保护。采用分布式存储或云存储技术，可以提高系统的可扩展性和数据的安全性。

远程控制与配置：

远程服务器可以与传感器节点进行双向通信，实现远程控制和配置。用户可以通过远程服务器对传感器节点进行设定、调整参数或发送控制指令，实现对环境的远程监控和控制。

通过丰富远程服务器的功能，本系统可以满足更多领域的需求，提供更智能、高效的数据管理和服务，为用户提供全面的环境监测和控制解决方案。

数据管理和分析平台：

数据管理和分析平台是本系统的关键组件之一，用于对传感器节点采集的数据进行处理、管理和分析。除了基本的数据存储和分析功能，该平台可以进一步丰富以下特性：

多维度数据管理：

数据管理平台可以支持多维度的数据管理，包括按时间、地理位置、传感器类型等进行数据分类和组织，方便用户快速检索和获取特定条件下的数据。

实时数据处理：

数据管理平台可以实现对实时数据的处理和计算，包括数据清洗、去噪、插补等预处理操作，为后续的数据分析提供高质量的输入数据。

大数据存储和分布式计算：

数据管理平台可以采用大数据存储和分布式计算技术，以应对数据规模不断增长的挑战，提供高效的数据存储和处理能力。

高级数据分析：

数据管理平台可以支持高级的数据分析功能，如时序数据分析、关联分析、机器学习等，用于发现数据中的隐藏模式、进行异常检测等，为用户提供更深入的洞察和决策支持。

用户自定义算法和模型：

数据管理平台可以提供用户自定义算法和模型的接口，允许用户根据自身需求进行算法开发和模型训练，实现个性化的数据分析和处理。

可视化分析和报告：

数据管理平台可以提供丰富的可视化分析工具和报告生成功能，以图表、地图等形式直观地展示数据分析结果，帮助用户快速理解和利用数据。

通过丰富数据管理和分析平台的功能，本系统可以提供强大的数据处理和分析能力，为用户提供全面、智能的数据管理和决策支持服务。

数据管理和分析平台的数据管理逻辑：

在本发明中，数据管理和分析平台负责接收、存储、管理和处理来自传感器节点的大量数据。其数据管理逻辑如下：

数据接收：数据管理和分析平台通过与传感器节点的网络通信模块建立连接，接收传感器节点发送的数据，这些数据可以是实时采集的环境数据、设备状态信息等。

数据存储：接收到的数据通过数据管理和分析平台的存储系统进行持久化存储，存储系统可以采用数据库或分布式文件系统等技术，将数据按照一定的结构和格式进行存储，以便后续的查询和分析。

数据清洗和预处理：数据管理和分析平台对接收到的数据进行清洗和预处理，清洗过程包括去除异常值、填充缺失值、校验数据完整性等，以确保数据的质量和准确性，预处理过程包括数据归一化、特征提取、数据转换等，以为后续的数据分析做好准备。

数据索引和查询：数据管理和分析平台对存储的数据建立索引，以支持快速的数据查询，用户可以通过查询接口或指定查询条件来检索感兴趣的数据，如指定时间范围、设备标识等，平台会根据查询条件快速定位并返回符合条件的数据。

数据管理和权限控制：数据管理和分析平台支持数据权限控制，确保数据的安全性和隐私性，平台可以设置不同的用户角色和权限级别，并对数据进行访问控制，确保只有授权用户能够访问和操作数据。

数据管理和分析平台的数据分析原理：

数据管理和分析平台不仅负责数据存储和查询，还具备数据分析和处理的功能。其数据分析原理如下：

数据聚合和统计：数据管理和分析平台可以对存储的数据进行聚合和统计分析，通过对大量数据的计算和汇总，可以得到一些总体特征、趋势和关联性等信息，帮助用户理解数据的整体情况。

数据挖掘和机器学习：数据管理和分析平台可以应用数据挖掘和机器学习算法，发现数据中存在的模式、规律和异常等，通过数据挖掘和机器学习技术，可以帮助用户从数据中发现新的知识、做出预测和决策等。

可视化和报表生成：数据管理和分析平台可以通过可视化技术，将分析结果以直观的图表、图像或报表的形式展示给用户，这样可以更好地理解数据并进行深入的分析和解释。

实时分析和决策支持：数据管理和分析平台可以实时分析实时数据，并提供实时决策支持，通过对实时数据的实时分析，平台能够及时发现问题和异常，帮助用户做出即时决策和调整。

总之，数据管理和分析平台通过数据聚合、统计、挖掘、机器学习、可视化和实时分析等技术，对存储的数据进行全面的分析和处理，为用户提供深入洞察数据的能力，帮助用户做出更好的决策和优化操作。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。