[发明专利]智慧物联网综合感知系统及方法

权利要求书

1.智慧物联网综合感知系统，其特征在于，包括：

数据感知层(1)，由多个传感器设备节点所形成，各传感器设备节点分别对应监测不同的环境数据；

连接与传输层(2)，由多个无线通信模块所形成，每一个传感器设备节点上至少设置有一个无线通信模块，以由位于所有传感器设备节点上的无线通信模块一起形成无线传感网络，连接与传输层(2)与数据感知层(1)相连；其中，连接与传输层接收数据感知层发送来的环境监测数据，该连接与传输层内的所有无线通信模块之间采用自学习拓扑控制机制和层级协同感知节点监测机制；

边缘计算层(3)，由多个边缘计算设备所形成，边缘计算层(3)与连接与传输层(2)相连，接收连接与传输层发送来的环境监测数据；

云计算层(4)，由云计算中心所形成，云计算层(4)与边缘计算层(3)相连，该云计算中心根据边缘计算层内各边缘计算设备所提供的数据实现数据融合处理，分别形成针对不用应用设备的动作指令；以及，

应用层(5)，由多个应用设备所形成，应用层(5)与云计算层(4)相连，各应用设备分别接收云计算中心的动作指令，以执行与自身所接收动作指令相对应的动作；

其中，该连接与传输层(2)内的所有无线通信模块之间所采用的自学习拓扑控制机制包括如下步骤a1～a6：

步骤a1，边缘设备获取加入到该系统内的新传感器设备节点在数据感知层中的连接关系，并且刷新该边缘设备中的全局传感器网络拓扑信息；其中，该全局传感器网络拓扑信息为数据感知层中所有传感器设备节点之间的当前拓扑连接关系；

步骤a2，边缘设备对数据感知层中所有传感器设备节点的拓扑连接关系做优化处理，并产生新拓扑连接关系；

其中，边缘设备对数据感知层中所有传感器设备节点的拓扑连接关系做优化处理，并产生新拓扑连接关系的过程包括如下步骤d1～d7：

步骤d1，基于无标度网络模型的规则生成初始化的物联网拓扑结构，并在该物联网拓扑结构内随机部署多个网络拓扑节点；其中，在该初始化的物联网拓扑结构中，每一个网络拓扑节点(即数据感知层中的传感器设备节点)分别对应有一个固定的地理位置，并且所有的网络拓扑节点具有相同的属性；并且，加入物联网拓扑结构中的新网络拓扑节点连接之前网络拓扑节点的概率与该之前网络拓扑节点的度数大小呈正相关；每一个网络拓扑节点即为数据感知层中的传感器设备节点；

步骤d2，按照网络Motif，在初始化的物联网拓扑结构中提取出所有符合4个节点的网络Motif，且将提取到的每一个网络Motif分别作为物联网拓扑结构优化过程中的最小操作单元；

步骤d3，在提取的所有最小操作单元中选取出所有具有可重连接边的最小操作单元作为操作单元；

步骤d4，对在初始化的物联网拓扑结构中已提取的部分操作单元更改边连接关系，且将更改了边连接关系后的物联网拓扑结构作为新物联网拓扑结构；

步骤d5，分别多次重复执行步骤d4的操作，得到多个新物联网拓扑结构，且由该多个新物联网拓扑结构组成一个种群；其中，每次操作中针对边连接关系的更改操作不完全相同，且将该种群中的每一个新物联网拓扑结构作为一个个体；

步骤d6，构建衡量物联网拓扑结构鲁棒性能的鲁棒性能衡量指标；

步骤d7，利用分布式人工免疫优化算法对形成的该种群内每一个新物联网拓扑结构做优化，将具有最优鲁棒性能衡量指标的物联网拓扑结构作为最优物联网拓扑结构输出；

步骤a3，边缘设备将该新拓扑连接关系与所述当前拓扑连接关系做比较，得到拓扑连接关系差别，并且将该拓扑连接关系差别作为拓扑关系更改命令信息发送给需要更改拓扑连接关系的传感器设备节点；

步骤a4，针对每一条拓扑关系更改命令信息，边缘设备计算各拓扑关系更改命令信息所对应传感器设备节点到该边缘设备的最优路径；

步骤a5，接收到拓扑关系更改命令信息的传感器设备节点判断自身在其所对应最优路径中的位置，并且根据判断出的该位置做出处理：

当该传感器设备节点为其所对应最优路径中的非最后一个节点时，该传感器设备节点将该最优路径转发给其后一个位置的传感器设备节点，完成对该传感器设备节点的拓扑关系的自学习拓扑控制；否则，该传感器设备节点根据该拓扑关系更改命令信息更改自身的直连节点列表以及经该传感器设备节点直接转发的数据的下一跳的传感器设备节点的节点地址，完成对该传感器设备节点的拓扑关系的自学习拓扑控制；

步骤a6，针对数据感知层中的所有传感器设备节点，依次执行步骤a4～a5，完成对该系统内所有传感器设备节点之间的拓扑关系做自学习拓扑控制；

该连接与传输层(2)内的所有无线通信模块之间所采用的层级协同感知节点监测机制包括如下步骤b1～b4：

步骤b1，在每一个传感器设备节点内预先存储节点监测列表；其中，任一个传感器设备节点内的节点监测列表包括该任一个传感器设备节点所需要监测的传感器设备节点序列，传感器设备节点序列内至少包括一个需要该任一个传感器设备节点监测的传感器设备节点；

步骤b2，数据感知层中的任一个传感器设备节点执行节点监测时，该任一个传感器设备节点向其存储的节点监测列表内传感器设备节点序列中的所有传感器设备节点发送探测帧；

步骤b3，节点监测列表内传感器设备节点序列中的传感器设备节点接收到探测帧后，将发送确认帧给发送该探测帧的传感器设备节点；

步骤b4，发送探测帧的该任一个传感器设备节点根据接收到传感器设备节点序列中各传感器设备节点反馈的确认帧情况做出判断处理：

当该任一个传感器设备节点连续N次未收到传感器设备节点序列中任一传感器设备节点的确认帧时，判定传感器设备节点序列中的该传感器设备节点出现故障；否则，判定传感器设备节点序列中的该传感器设备节点未出现故障；其中，N≥2。