一种基于端-边-云架构的社区火灾监测系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种基于端‑边‑云架构的社区火灾监测系统，包括：包括6LoWPAN无线传感网络、云网关及云平台；6LoWPAN无线传感网络具有火灾风险感知功能；云网关与6LoWPAN无线传感网络相连，并通过NB‑IOT网络接入云平台；云网关用MQTT协议进行数据传输；云平台利用社区火灾模糊神经网络预警模型与云网关的边缘计算协同实现火灾风险的实时预警与控制。本发明专利技术实施例实现了火灾监控网络的低成本布置，提高了信号质量，增强了可靠性；实现了通过单一MQTT协议进行无线传感网络和云平台的数据传输，提高了数据传输效率及火灾预警的及时性；全方位的实现了社区火灾风险的感知、传输、分析、预警和控制。

A community fire monitoring system based on end side Cloud Architecture

【技术实现步骤摘要】
一种基于端-边-云架构的社区火灾监测系统
本专利技术涉及通信
，具体涉及一种基于端-边-云架构的社区火灾监测系统。
技术介绍
火灾是最严重的灾害之一，它直接威胁到财产及生命安全。随着我国经济的发展，大型的高层、超高层建筑越来越多，若发生火灾将损失惨重。因此，在火灾发生前采取有效的措施进行全面的监控，防患于未然，意义重大。现有的社区火灾监测系统采用有线或无线的方式进行数据传输。其中，有线的安装方式成本高、安装困难。对于无线的安装方式，现有的许多技术直接采用GPRS、4G等无线广域网的通信技术进行火灾传感设备的组网，但是社区消防设施大多要部署在结构复杂的建筑物内，对无线传感设备的信号质量要求很高，所以此种组网方式系统的可靠性难以保证。另外，对海量的消防无线传感设备，直接采用无线电信网络传输，成本会非常昂贵，且现有的电信网络很难保障在社区复杂建筑物内海量的无线传感设备同时在线通信。并且在社区消防场景下无线传感设备的距离很近并不需要直接采用远距离的通信，因此造成资源的浪费。随着无线通信技术和物联网技术的发展，具有潜在的巨大应用价值的无线传感网络引起人们的重视与研究。其低功耗、低成本的优点使其在无线传感领域中获得了广泛的应用，特别是基于IEEE802.15.4的Zigbee协议的应用已经遍布于工业控制、智慧城市、医疗、家居等各行各业。但是Zigbee协议及其终端只能实现与Zigbee终端的交互，缺少对IPV6的支持，无法实现IP寻址，所以受自身硬件性能及其工作环境的限制，将WSN直接接入互联网是不切实际的。对6LoWPAN无线传感网络的研究只是停留在无线个域网层面，没有考虑广域网互联问题。它们一般都在局部区域内应用，没有解决个域网与广域网的互联互通问题，这离真正实现社区火灾消防系统万物互联的目标还有一定的距离。因此，如何利用无线传感器网络获取火灾监测信息，并快速将数据发送至云平台，以及时实现远程监控或风险预警已成为亟待解决的问题。
技术实现思路
为解决现有技术中的问题，本专利技术实施例提供一种基于端-边-云架构的社区火灾监测系统，该系统包括端侧的6LoWPAN无线传感网络、具有边缘计算能力的云网关以及云端的云平台；其中：所述6LoWPAN无线传感网络中的无线传感节点具有火灾风险感知功能，实现社区火灾风险的全方位感知；所述云网关的OT层与所述6LoWPAN无线传感网络相连，所述云网关的IT层通过NB-IOT网络接入到所述云平台，实现无线个域网与广域网的互联互通；对于6LoWPAN和NB-IOT异构网络，所述云网关利用MQTT协议进行数据传输，实现MQTT一网到底；并且，所述云网关通过其边缘计算能力实现火灾风险初步判断；所述云平台具有社区火灾监测数据存储、大数据计算和预警功能，所述云平台预先存储有社区火灾模糊神经网络预警模型，并利用所述社区火灾模糊神经网络预警模型与云网关的边缘计算协同实现火灾风险的实时预警与控制。。进一步地，所述6LoWPAN无线传感网络中的无线传感节点包括无线感知设备和无线执行设备，其中：在数据上行中，所述无线感知设备用于采集所述社区火灾监测数据，将所述社区火灾监测数据转换为MQTT协议数据格式后，通过所述6LoWPAN无线传感网络将所述社区火灾监测数据汇聚到云网关，所述云网关通过NB-IOT无线广域网络将MQTT协议数据格式的所述社区火灾监测数据传输到云平台；在数据下行中，所述云平台若判断获知具有火灾风险，则通过NB-IOT无线广域网络将MQTT协议数据格式的控制指令发送至所述云网关，所述控制指令包括目标无线执行设备的地址信息，所述云网关根据所述地址信息将所述MQTT协议数据格式的控制指令发送至所述目标无线执行设备，以使所述目标无线执行设备执行相应的动作。进一步地，所述云网关包括射频单元、微处理器单元和云端传输单元；所述微处理器单元包括MQTT代理服务器、MQTT客户端和阈值预警模块；其中：在数据上行中，所述射频单元用于接收转换为MQTT协议数据格式的所述社区火灾监测数据，并将所述社区火灾监测数据汇聚到所述MQTT代理服务器；所述MQTT代理服务器用于将所述社区火灾监测数据发送至所述MQTT客户端；所述MQTT客户端用于将所述社区火灾监测数据发送至所述阈值预警模块以及通过所述云端传输单元发送至所述云平台；所述阈值预警模块与所述MQTT客户端连接，用于接收所述MQTT客户端获取的所述社区火灾监测数据，并对各个所述无线感知设备的所述社区火灾监测数据进行综合分析，判断是否出现异常；若判断获知出现异常，则将异常信息发送至所述MQTT客户端；所述MQTT客户端通过所述云端传输单元将所述异常信息发送至所述云平台；在数据下行中，所述云平台通过NB-IOT无线广域网络将MQTT协议数据格式的所述控制指令发送至所述云端传输单元，所述云端传输单元依次通过所述MQTT客户端、所述MQTT代理服务器以及所述射频单元将所述控制指令发送至所述目标无线执行设备。进一步地，所述云平台还用于在判断获知具有火灾风险时，将所述社区火灾监测数据与预设阈值进行比较，从而确定所述社区火灾监测数据超出所述预设阈值的目标无线传感设备，根据所述目标无线传感设备的编号信息得到同一区域内所述目标无线执行设备的所述地址信息。进一步地，所述射频单元还用于接收转换为MQTT协议数据格式的所述目标无线执行设备的执行结果数据，并将所述执行结果数据通过所述云网关发送至所述云平台。进一步地，所述异常信息为虚警信息、故障信息或火灾警情信息，其中：所述阈值预警模块在用于对各个所述无线感知设备的所述社区火灾监测数据进行综合分析时，若单个所述无线感知设备的数据偶尔出现异常，则获知所述异常信息为虚警信息；若单个所述无线感知设备的数据连续出现异常，而其余所述无线感知设备的数据正常，则获知所述异常信息为故障信息；若同一区域内多个所述无线感知设备的数据均异常，则获知所述异常信息为火灾警情信息。进一步地，所述阈值预警模块还用于通过所述MQTT客户端、所述MQTT代理服务器及所述射频单元向出现数据异常的所述无线感知设备发送采样周期调整信息，所述无线感知设备根据所述采样周期调整信息提高采样频率。进一步地，所述阈值预警模块还用于在所述异常信息为所述火灾警情信息时，根据产生所述火灾警情信息的区域内异常数据的占比得到火灾发生的第二概率，并将所述第二概率的信息发送给所述云平台；所述云平台在用于利用所述社区火灾模糊神经网络预警模型与云网关的边缘计算协同实现火灾风险的实时预警与控制时，具体用于：将所述社区火灾监测数据输入到预先建立的社区火灾模糊神经网络预警模型，根据所述社区火灾模糊神经网络预警模型的输出结果得到火灾发生的第一概率；将所述第一概率和所述第二概率进行通过预设的权值进行加权求和，得到火灾发生的第三概率，根据所述第三概率判断是否具有火灾风险；若判断获知具有火灾风险，则通过所述云网关向所述目标无线执行设备发送控制指令。进一步地，所述无线感知设备包括温湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、门磁开关传感器、可燃气体传感器及火灾报警器；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于端-边-云架构的社区火灾监测系统，其特征在于，包括端侧的6LoWPAN无线传感网络、具有边缘计算能力的云网关以及云端的云平台；其中：/n所述6LoWPAN无线传感网络中的无线传感节点具有火灾风险感知功能，实现社区火灾风险的全方位感知；/n所述云网关与所述6LoWPAN无线传感网络相连，并通过NB-IOT网络接入到所述云平台，实现无线个域网与广域网的互联互通；对于6LoWPAN和NB-IOT异构网络，所述云网关利用MQTT协议进行数据传输，实现MQTT一网到底；并且，所述云网关通过其边缘计算能力实现火灾风险初步判断；/n所述云平台具有社区火灾监测数据存储、大数据计算和预警功能，所述云平台预先存储有社区火灾模糊神经网络预警模型，并利用所述社区火灾模糊神经网络预警模型与云网关的边缘计算协同实现火灾风险的实时预警与控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于端-边-云架构的社区火灾监测系统，其特征在于，包括端侧的6LoWPAN无线传感网络、具有边缘计算能力的云网关以及云端的云平台；其中：
所述6LoWPAN无线传感网络中的无线传感节点具有火灾风险感知功能，实现社区火灾风险的全方位感知；
所述云网关与所述6LoWPAN无线传感网络相连，并通过NB-IOT网络接入到所述云平台，实现无线个域网与广域网的互联互通；对于6LoWPAN和NB-IOT异构网络，所述云网关利用MQTT协议进行数据传输，实现MQTT一网到底；并且，所述云网关通过其边缘计算能力实现火灾风险初步判断；
所述云平台具有社区火灾监测数据存储、大数据计算和预警功能，所述云平台预先存储有社区火灾模糊神经网络预警模型，并利用所述社区火灾模糊神经网络预警模型与云网关的边缘计算协同实现火灾风险的实时预警与控制。


2.一种基于端-边-云架构的社区火灾监测系统，其特征在于，所述6LoWPAN无线传感网络中的无线传感节点包括无线感知设备和无线执行设备，其中：
在数据上行中，所述无线感知设备用于采集所述社区火灾监测数据，将所述社区火灾监测数据转换为MQTT协议数据格式后，通过所述6LoWPAN无线传感网络将所述社区火灾监测数据汇聚到云网关，所述云网关通过NB-IOT无线广域网络将MQTT协议数据格式的所述社区火灾监测数据传输到云平台；
在数据下行中，所述云平台若判断获知具有火灾风险，则通过NB-IOT无线广域网络将MQTT协议数据格式的控制指令发送至所述云网关，所述控制指令包括目标无线执行设备的地址信息，所述云网关根据所述地址信息将所述MQTT协议数据格式的控制指令发送至所述目标无线执行设备，以使所述目标无线执行设备执行相应的动作。


3.根据权利要求2所述的基于端-边-云架构的社区火灾监测系统，其特征在于，所述云网关包括射频单元、微处理器单元和云端传输单元；所述微处理器单元包括MQTT代理服务器、MQTT客户端和阈值预警模块；其中：
在数据上行中，所述射频单元用于接收转换为MQTT协议数据格式的所述社区火灾监测数据，并将所述社区火灾监测数据汇聚到所述MQTT代理服务器；所述MQTT代理服务器用于将所述社区火灾监测数据发送至所述MQTT客户端；所述MQTT客户端用于将所述社区火灾监测数据发送至所述阈值预警模块以及通过所述云端传输单元发送至所述云平台；所述阈值预警模块与所述MQTT客户端连接，用于接收所述MQTT客户端获取的所述社区火灾监测数据，并对各个所述无线感知设备的所述社区火灾监测数据进行综合分析，判断是否出现异常；若判断获知出现异常，则将异常信息发送至所述MQTT客户端；所述MQTT客户端通过所述云端传输单元将所述异常信息发送至所述云平台；
在数据下行中，所述云平台通过NB-IOT无线广域网络将MQTT协议数据格式的所述控制指令发送至所述云端传输单元，所述云端传输单元依次通过所述MQTT客户端、所述MQTT代理服务...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁辉，史运涛，王力，董广亮，董哲，雷振伍，孙德辉，刘大千，李超，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11