一种单向数据传输的预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单向数据传输的预警系统，若干传感器连接到一个具有通讯能力的设备而形成一个节点；再由若干节点自组网络共同构成一个预警系统。传感器感知到的数据直接在每个节点上独立进行数据处理；任何一个节点上数据处理发现了危险数据立刻发出报警信号。邻居节点接收到报警信号后跟随报警，并继续向更远端的邻居传输其报警信号，形成整个预警系统报警无死角。服务器不再做决策、也不再向预警系统下传任何指令；而是做多媒体服务，把上传的报警信号解码成为通俗易懂的信息发送给相关人员。

【技术实现步骤摘要】
一种单向数据传输的预警系统
本专利技术涉及一种新型预警系统的构造机制，具体涉及一种单向数据传输的预警系统。
技术介绍
预警系统是各种工程建设都需要的安全措施，伴随着计算机数字化革命的成功，预警系统也成熟并得到广泛使用。预警系统大致可以概括为这样的过程：传感器感知数据、数据通过通讯网络传输到服务器、服务器进行数据处理并得到报警信号、最后服务器决定发出报警信号并反向传回到预警现场。这就是被业界统称为物联网模式的预警系统，其最大特点是所有的数据都必须上传到服务器进行中心化处理，服务器是整个系统的决策大脑；物联网模式预警系统的原理如图1所示。图1中当实时测量数据通过自组网2传输到隧道口时，还需要通过公共通讯网络3继续把数据传输到服务器4；而再当服务器4计算出报警信号时，报警信号必须再次通过公共通讯网络6才能传输到隧道口，最后通过自组网络7把报警指令传进隧道。这就是说，图1中从(2)、(3)到(4)的上传数据要经过两个网络，而从(4)、(6)到(7)的下传指令也同样要经过两个网络。一次报警，数据和信号需要经过4次网络的传输；每一次传输都有程度不同的延迟；其中延迟最大的是图1中的(2)，即测量数据在自组网络里的传输部分。2008年9月11日，连接英国与法国的英吉利海峡隧道发生火灾，其报警数据延迟了2.5小时才传出隧道，英国国会下令调查。可见，预警系统缺乏即时预警功能是一个世界性的需求，也是一个世界级的难题。预警系统常常被误认为是一个多米诺骨牌那样的系统，如同“击鼓传花”把一个球从头传到尾，传接的球永远是一个球。而物联网模式预警系统的信号传输则是“一边上传下达，一边增加球”；即每个节点在为上游的所有节点做中继的时候，自己还要采集一个数据并添加到中继中去。如果还是用传球来做比喻，则是从头开始是一个球，每传过一个节点就增加一个球；传过了2000个节点，最后成为了2000个球。因此，越是下游的节点，中继其上游节点数据的压力就越大。图2显示了节点的中继数据量增加的机制；最后的第2000号节点，除了自己的数据需要上传，还要为上游的1999个节点做中继。从图2可以看出，2000个节点(8)一轮数据测量的数据总量才2000个，可是数据中继的总量(9)却达到了惊人的2001000次！换句话说，测量出的数据量只有2000个，却需要200万次中继才能完成传输！每一次中继都是有代价的，都需要花费一定的时间。比如，Zigbee是预警系统业内目前世界主流的自组通讯模块，每一次中继至少需要10毫秒的时间；如果多米诺骨牌式地中继2000个数据，仅仅需要20秒钟。然而，如果要完成2001000次中继，则需要2001秒钟，即33.35分钟。这就是说，直接上传2000个数据的时间本来仅仅需要20秒钟，可是由于经过了200万次中继却最终需要33.35分钟！当然，这个33.35分钟并不是一个精确的测量，但确实是一个合理的估算，因为通讯总是要受到很多因素的干扰。那么，2000个数据中的1000个数据，平均延迟时间达到16分钟。对于一个预警系统，这就意味着其报警信号平均延迟了16分钟！至于哪个节点延迟多少时间，完全取决于节点在预警系统中所处的空间位置；所以，预警系统的某些靠近服务器的节点能实现即时预警，距离服务器远的节点却不能。其实，图1中的预警系统，除了上传数据要遭受16分钟的平均延迟，还需要遭受在公共通讯网络的2次延迟；再加上服务器指令返回隧道的延迟。最终，这四种延迟的总体效应使得预警系统的价值降低，甚至使得预警系统变得无用；比如，英吉利海峡隧道高价值预警系统的无用表现。除了英吉利海峡预警系统的极端情形，传统预警系统更多的是表现出不可靠性。比如，有的工地事故已经发生、人员伤亡也已经发生了，可是，预警系统却延迟了几分钟才响起报警。事后追查技术原因，却查不到任何的技术错误！在工地现场，预警系统的报警信号是否具有即时性，是关系到作业工人生与死的大事；预警系统的最大价值就在于事故即将发生前发出报警，挽救生命。可惜，经典预警系统不能保证每个节点都具有即时预警能力。还必须说明的是，中继数据的延迟跟通讯的方式没有关系；不管是无线通讯、电缆通讯、还是光纤通讯，都是一样的结果。就是说，预警系统的数据延迟是跟传输的数据量有关、跟节点数量有关、跟节点所在预警系统中的位置有关、跟传输的方式有关，而跟传输的物理手段无关。当预警系统的规模不大时，比如用十几个传感器为一个房子提供防盗防火的预警，现有的物联网模式预警系统会表现出很强大甚至很完美的性能；可是，一旦规模变大到几百上千个传感器，经典预警系统图2那样产生数据拥堵的先天性缺陷就变得无法用技术精进的方法去弥补。具体的例子是中国南京长江二桥的预警系统，大桥总共安装了1250个传感器并运行了3年。可是，3年的不间断运行却从来没有拉响过一次警报。然而在预警系统的服务器内，却发现了4次危险很大的数据；其中最危险的一个数据显示，大桥已经偏离了正常位置40厘米！这个大桥预警系统采用了先进的通讯自组网络，可是，其三年实际的预警表现却令人失望，设计中期望的即时预警功能并没有出现过；这就是机制性的缺陷不能以技术精进做弥补的具体例子，也是中继数据的延迟跟通讯的方式没有关系的具体证明。可见大型预警系统仍然是一个世界性的难题；无论是发达国家的英国、还是发展中国家的中国，都缺乏足够的技术对自己的顶级工程建立可靠的预警系统！由此可见，创新出性能更加健全可靠的预警技术是必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单向数据传输的预警系统，该预警系统赋予每个节点就地感知数据、就地数据处理、并就地发出报警信号的能力。从数据传输的角度，把预警系统的数据从双向传输改变为单向传输。单向数据传输的技术优势是把公共通讯网络的数据延迟、和自组网络的数据延迟都消除掉，在技术上真正实现即时报警。本专利技术通过下述技术方案实现：一种单向数据传输的预警系统，一个连接有传感器的具有通讯能力的设备形成一个节点；若干节点自组局部无线电或有线通讯网络；任何一个节点获得传感器测量数据后，就地在节点上将数据进行处理，发现危险数据立即发出报警信号；邻居节点接收到报警信号后，跟随响应并继续向更远端邻居节点发送报警信号，直到整个局部网络完成对报警信号的中继和响应。这就是说，每个节点不直接发出传感器测量的实时测量数据，而是只发出经过了数据处理得到的信号。如果整个系统中，所有的节点都没有在数据处理中得到值得报警的信号，则整个系统保持静默运行而不发出任何的信号；如果任何一个节点发现了信号就立即发出报警信号。邻居节点也立即中继其信号，直到整个系统的所有节点都中继。节点中继报警信号的过程，也同时就是在该节点实施报警的过程。这个节点自主报警、邻居节点中继传输的报警过程，是没有服务器参与的过程；这是与传统的物联网模式预警系统完全不同的过程。进一步地，每个节点就地处理传感器数据时，如果没有发现有异常数据，节点保持静默不产生信号；只有发现出现危险数据，才立即发出报警信号，实现即时报警。预警系统的传感器数据处理，并不需要运算能力强大的服务器才能完成；一个廉价的芯片也可以完成其数据处理。因此，在节点上直接进行数据处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单向数据传输的预警系统，其特征是：/n一个连接有传感器的具有通讯能力的设备形成一个节点；若干节点自组局部无线电或有线通讯网络；任何一个节点获得传感器测量数据后，就地在节点上将数据进行处理，发现危险数据立即发出报警信号；邻居节点接收到报警信号后，跟随响应并继续向更远端邻居节点发送报警信号，直到整个局部网络完成对报警信号的中继和响应。/n

【技术特征摘要】
1.一种单向数据传输的预警系统，其特征是：
一个连接有传感器的具有通讯能力的设备形成一个节点；若干节点自组局部无线电或有线通讯网络；任何一个节点获得传感器测量数据后，就地在节点上将数据进行处理，发现危险数据立即发出报警信号；邻居节点接收到报警信号后，跟随响应并继续向更远端邻居节点发送报警信号，直到整个局部网络完成对报警信号的中继和响应。


2.如权利要求1中所述的预警系统，每个节点就地处理传感器数据时，如果没有发现有异常数据，节点保持静默不产生信号；只有发现出现危险数据，才立即发出报警信号，实现即时报警。


3.如权利要求1中所述的预警系统，节点与邻居节点之间可以相互中继通讯；当一个节点用无线或有线通讯方式发出报警信号的时候，邻居节点之间相互传输报警信号。


4.如权利要求1中所述的预警系统，报警信号根据传感器类型划分为不同的级别。


5.如权利要求1中所述的预警系统，报警信号根据发生地方不同划分为不同的级别。...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：成都墨斗星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51