一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统和方法。系统包括采集器，中继器和服务器及客户终端。采集器有12个数据通道，可从6个数字和6个模拟传感器采集数据，然后通过无线方式将信号传给中继器。中继器通过无线通讯管理采集器，把信号通过互联网或局域网传给服务器。服务器将数据解析还原并分析处理，并且把原始和分析结果数据存到数据库。客户端是客户通过互联网或局域网看设备状态的平台。本发明专利技术的方法包括有线和无线相结合，采集器和中继器采用6LowPAN协议的无线单跳通讯，中继器和服务器之间用IPV6通讯协议，服务器和客户端用IPV4互联网协议。采集器和中继器主从式管理，二者间采用簇式拓扑结构。

【技术实现步骤摘要】
一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统
本专利技术涉及一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测的传感网络技术，尤其涉及其中的数据采集器、数据中继器、数据服务器和客户终端之间的通讯软硬件和相关方法。
技术介绍
设备运行状态监测与故障诊断的基本思想源于生物医学诊断，它是以机械动力学、电子学、信息论为基础，多学科交叉，多学科融合的工程技术。故障诊断的方法、手段和内容不断丰富,现已发展成为一门新的综合性交叉学科。设备实时监控和故障智能诊断系统是将先进的电子传感技术、数据通讯传输技术、大型数据库应用技术、机械系统故障诊断技术及计算机技术等有机地集成运用于一系列相关的重要生产设备上而建立的一种能在全方位为生产和设备维护人员提供实时、准确、高效的设备管理系统。目前，有两类远程监测技术：其一，通过生产设备的DCS系统采集设备的运行状态参数进行远程监测；其二，通过安装无线传感网络来远程监测设备的运行状况。这两种方法存在极大的局限性，不能够满足当前生产设备远程监测和故障诊断的需求。DCS系统在工业生产中对设备状态的采集是采用有线通讯，基本上采用485或HART通讯协议。其主要的目的是保证生产的工艺的实施，而不是对设备维护和故障诊断。因为采用有线方式传输数据，安装的传感器（观测点）非常有限，现场安装复杂，安装的成本也很高。而且，由于采用双线数据传输，数据传输速度有限。因此采用工业中常用的DCS系统技术来实现对设备运行状态的远程监测并不合适。常见的无线传感网络，包括采用Zigbee和WirelessHART协议的技术，可以避免上述DCS模式监测系统的现场安装和成本问题，但是，常见的无线传感网络存在致命的缺陷：实时性差、数据传输量小、可调控性差，基本不能满足真正意义上的设备运行状态监测，更无法提供设备故障诊断通常所需要的大量数据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于设备运行状态进行远程实时监测的系统和方法。本专利技术要解决的是现有远程设备运行状态监测系统中存在的DCS系统现场安装复杂、成本高和数据传输速度慢，以及无线传感网络的实时性差、数据量小等问题。在本专利技术所述的远程实时监测系统，包括前端数据采集器，中间数据中继器，后端服务器，以及远程客户端。其中前端数据采集器提供12个数据输入接口与传感器相连接（6个数字信号输入接口，6个模拟信号输入接口），采集器的电路设计具有本质安全防爆的功能，其供电电源既可以采用自供电（比如电池供电）也可以采用安全栅现场供电。数据中继器电路采用无火花防爆和隔爆设计；数据中继器有两个通讯模块：一个无线通讯模块和一个有线通讯模块；其无线通讯模块用于与前端的采集器通讯，其有线通讯模块用于与后端服务器通讯。后端服务器至少具有三个功能：数据解析和处理，数据库的更新和维护，数据库访问请求的处理。客户端是客户在自己的电脑上通过访问服务器提供的访问接口界面，客户通过它能够实时查询和再现远程设备的运行状况。本专利技术所述的物联网智能监测方法，至少包括：数据采集器的工作和休眠管理以及与数据中继器之间的无线通讯，中继器对采集器的时序安排和管理，中继器与服务器之间的通讯，用户终端与服务器之间的数据通讯和信息处理。在本专利技术所述的远程实时监测方法中，数据采集器与中继器的通讯中采用基于6LowPAN协议的无线通讯方式。采集器和中继器之间采用无线单跳的连接方式，既方便现场采集器的安装，又能保证采集器采集的大数据被快速送到中继器。中继器和服务器通过以太网/局域网连接，采用IPV6UDP通讯协议，使得中继器上的数据可以大量快速地从远距离的设备上传递给服务器。本专利技术所述的远程实时监测方法中，使用中继器对采集器进行动态排序和管理，从而实现采集器的最大休眠和节能，同时保证中继器对采集器的主从控制。采集器采用它的MAC地址转化为IPV6地址用来作为该采集器的唯一标示。中继器在和采集器建立联系后，中继器将建立一个路由表来记录各个采集器的多种属性，包括初始化状态和当前状态等。中继器在收到采集器的通讯信息时将检查采集器的各种特征，包括无线信号的强弱，当前的网络工作状态等来判断采集器应该执行的任务是什么，并将指令传给此节点。本专利技术所述的远程实时监测方法中，中继器采用MAC地址转换而来的IPV6地址和指定服务器之间的通讯，报头比较短，为数据传送节省更多的可用字节长度。采集器中的数据包的长度不大于以太网中各种路由器允许一次发送最大数据包中的最小长度，因此中继器或者后面路由器都可以避免数据包过大而需要重新打包的需求，提高数据传输的速度。本通讯采用UDP协议，避免了TCP协议在数据传输时不具备实时性的缺点。同时在本专利技术中，终端用户可以通过终端程序或者服务器控制程序远程对某一个采集器发出指令更改数据的上传频率，而不影响其他的采集器的正常数据上传。本专利技术所述的远程实时监测方法中，通过采用定义采集器优先级别的方法来确定采集器的数据上传频率。所有采集器的缺省优先级别均为1，即：在中继器的一个扫描周期内，采集器上传一次数据。当采集器的级别为2或3，表明采集器在中继器的一个扫描周期内，应该上传2或3次数据。以此类推。每个采集器在与中继器建立通讯时，被记录在中继器的注册表中，并且在扫描周期中分配一个固定的时段给采集器用于数据上传。当增加采集器上传频率时，必须在中继器的固定扫描周期内添加相应的上传时间段开放给次采集器。下面的方程用来确定采集器在每个扫描周期内的上传数据的时间段Ct=mod{[tn+round(i×m/p)],m},或Ct=mod{[tn+1+round(i×m/p)],m}其中Ct,tn,i,m,p,分别为采集器上传频率更改后的上传数据的时间段位置，采集器上传频率更改前缺省的上传数据的时间段位置，计算参数(i=1,….,n),中继器在一个扫描周期内应该访问采集器的最多数量，优先级别，采集器设置的最高优先级别。round()是取整函数,mod（x,y）是整除取余函数。本专利技术所述的远程实时监测方法中,服务器解析程序按照一定规律将数据包解析并存放到数据库的相关表中，同时分析数据是否触发报警信息。如果是触发报警信息，报警信息将通过文字，短信，邮件和声音在服务器上传递给操作人员，同时产生的报警信息被存入数据库中以被远程终端用户的查询。本专利技术的优点：本专利技术基于前端无线单跳和后端以太网的方式进行通讯，可以增强数据传输的速率，提高系统的实时监测能力；而且能够在简化现场安装的同时，增强系统的抗干扰能力。在通信过程中，采集器直接对中继器工作，节省采集器的能耗。在信息处理中，设备的故障预警信息可以自动产生并传递给相关操作人员，并且给用户提供接口来更改系统前端的采集器的设置。附图说明图1是远程监测传感网应用示意图。图2，图3和图4是本专利技术中继器维护无线网络通讯流程应用示意图。图5是本专利技术数据采集器收到指令后的处理流程应用示意图。图6是本专利技术服务器收到上传数据后的基本处理流程应用示意图。图7是本专利技术使用更改采集器上传采集数据频率指令后,服务器收到上传数据应用实例图。具体实施方式下面结合附图及实例，对本专利技术作进一步说明。图1示出的无线传感网络，其中包括中继器为簇首、采集器为节点的单跳无线网络，中继器和服务器以及其他的终端用户等之间的有线网络。每一个中继器采用某个特定的通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统，其特征在于至少包括：（１）数据采集器，连接安装在设备或装置上的数字和模拟传感器，并按照一定规律从传感器采集和处理被监测设备的状态参数；（２）数据中继器，采用无线通讯方式和一个以上的数据采集器组成局部无线网络，并成为该网络簇首，管理分配其隶下的各数据采集器的工作，并收集采集器数据同时把数据传到服务器；（３）数据服务器接收、解析并处理数据中继器传上来的各种数据，并保存到服务器的数据库中；（４）客户终端，为终端客户提供远程设备的运行状态的再现，以及设备预警信息的传递。

【技术特征摘要】
1.一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统，其特征在于至少包括：（１）数据采集器，连接安装在设备或装置上的数字和模拟传感器，并按照一定规律从传感器采集和处理被监测设备的状态参数；（２）数据中继器，采用无线通讯方式和一个以上的数据采集器组成局部无线网络，并成为该网络簇首，管理分配其隶下的各数据采集器的工作，并收集采集器数据同时把数据传到服务器；（３）数据服务器接收、解析并处理数据中继器传上来的各种数据，并保存到服务器的数据库中；（４）客户终端，为终端客户提供远程设备的运行状态的再现，以及设备预警信息的传递。2.如权利要求1所述一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统，其特征在于所述的数据采集器包括中央处理器，外围时钟，无线接收发送模块，供电电压检测模块，本质安全防爆电源电路保护模块和传感器接口模块。3.如权利要求1所述一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统，其特征在于所述的数据中继器包括中央处理器，外围时钟，无线接收发送模块，以太网模块，安全防爆或隔爆电路保护模块。4.如权利要求1所述一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统，其特征在于所述的数据服务器包括数据接收、解析、保存，设备状态分级预警信息的产生、管理，用户信息以及设备信息管理的服务器软件程序。5.如权利要求1所述一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖拥军，谢孔英，
申请(专利权)人：浙江微科机电有限公司，赖拥军，谢孔英，
类型：发明
国别省市：浙江,33