一种可变时隙帧的水体溶解氧浓度无线测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用无线传感网络对水体溶解氧浓度的测量方法，特指面积较大的高密度水产养殖中水体溶解氧浓度测量。
【背景技术】
[0002]我国是世界上最大的水产养殖国，水产养殖技术相比改革开放前基本依靠自然条件养殖有了很大的发展，但主要还是一种粗放型水产养殖。为了提高产量许多采用高密度水产养殖，基本上都采用了增氧技术，但主要是人工依靠经验增氧，一方面浪费了日趋昂贵的人力资源，另一方面稍有不慎容易引起鱼虾的大面积缺氧死亡。为进一步节约人力资源和提高水产养殖安全系数，必须对水体溶解氧浓度进行实时测量，当浓度低于警戒值时，自动启动增氧机。
[0003]在对水体溶解氧进行无线测量时，给测量节点供电的锂电池能量耗尽后频繁更换提高了人力成本。为此，开发了一种可变时隙帧的节约型水体溶解氧浓度无线测量方法。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:提出一种可变时隙帧的水体溶解氧浓度无线测量方法，通过时隙帧的调节，主要增加簇首的休眠时间，节省簇首的能耗，延长实时监控水产养殖水体溶解氧浓度的无线传感网络系统的有效周期，达到减少频繁更换节点供电电池次数和节省人力成本的目的。
[0005]本发明所采用的技术方案为:一种可变时隙帧的水体溶解氧浓度无线测量方法，包括以下步骤:
[0006]1)将养殖池分为多个区域，每个区域由多个测量节点组成一个簇；
[0007]2)每个节点轮流担任簇首完成一轮的工作周期；每一轮由簇首的形成阶段、调度阶段和多个帧组成；
[0008]3)担任簇首的节点接收到基站的信号后，向簇内其他节点发送本轮的簇首信号；簇首在调度阶段安排其他节点向簇首发送数据的时序；节点在每一帧内轮流向簇首发送数据；
[0009]4)簇首根据各节点需要发送数据的请求，把需要发送数据的节点调度到前面时隙依次发送，不需要发送数据的节点则提前进入休眠，各节点数据发送完毕后，簇首和节点都进入休眠状态，在下一个帧唤醒。
[0010]进一步的说，由于簇首能耗大，为了使各节点能量消耗均衡，本发明所述的步骤2)中，簇首由基站按照顺序指定各节点担任簇首.[0011 ] 再进一步的说，本发明所述的步骤3)中，每一帧被分成η个时隙，每个节点对应一个时隙，时隙的个数与节点数相同。
[0012]在每一个时隙内，节点根据测量值与上次发送值的差值判断是否需要继续发送数据；需要发送时，先在簇首监听时间内发送需要发送数据请求，然后发送数据，数据发送完毕后该节点则进入休眠状态，簇首由于下一个时隙继续工作，则进入空闲状态，不适合进入休眠状态；当差值小于0.lmg/L时，节点向簇首发送不需要发送数据的信号后，簇首进入空闲状态。
[0013]本发明的有益效果是:在水体溶解氧浓度无线测量网络中，通过时隙帧的调节，大幅增加了簇首的休眠时间，减少了簇首能耗；在大部分帧中，普通节点的休眠时间略微增加，减少了节点能耗。
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015]图1是本发明无线传感节点硬件结构图；
[0016]图2是本发明节点分布示意图；
[0017]图3是本发明低功耗自适应分群分层协议帧结构图；
[0018]图4是本发明帧内时隙调度前后对比图；
[0019]图中:1、测量节点；2、簇首；3、基站；4、S7-224PLC ;5、叶轮增氧机。
【具体实施方式】
[0020]现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0021]如图1所示，传感器信号经调理后从CC2430内置的8通道AD转换器输入给CPU。当电池供电电压低于2.2V时，该节点CPU自动停止工作。
[0022]节点分布如图2所示，系统硬件结构包括:测量节点1、簇首2、基站3、S7-224PLC
4、叶轮增氧机5。本系统无线传感网络采用低功耗自适应分群分层协议，适用于面积较大水产养殖池溶解氧含量的测量，大的养殖池被分成若干个区域，每个区域由若干测量节点组成一个簇，由于簇首能耗大，为了使各节点能量消耗均衡，各个节点轮流担任簇首。
[0023]如图3所示，每个节点轮流担任簇首完成一轮的工作周期，每一轮由簇首的形成阶段、调度阶段和多个帧组成。簇首由基站按照顺序指定各节点担任簇首，担任簇首的节点接收到基站的信号后，向簇内其他节点发送本轮的簇首信号；簇首在调度阶段主要安排其他节点向簇首发送数据的时序；节点在每一帧内轮流向簇首发送数据。
[0024]由于水产养殖中水体溶解氧含量变化缓慢，具有较大的滞后性。而且水产养殖中对溶解氧含量测量要求不是非常精确，因此系统中当测量到的水体溶解氧含量与上次发送值之差小于0.lmg/L时，则默认本次测量值与上次测量值一致，节点不再向簇首发送测量数据。如图4所示，原有的帧被分成η(与节点数相同)个时隙，每个节点对应一个时隙，在每一个时隙内，节点根据测量值与上次发送值的差值，需要发送时，先在簇首监听时间内发送需要发送数据请求，然后发送数据，数据发送完毕后该节点则进入休眠状态，簇首由于下一个时隙继续工作，则进入空闲状态，不适合进入休眠状态。当差值小于0.lmg/L时，节点向簇首发送不需要发送数据的信号后，簇首进入空闲状态。
[0025]在可变时隙帧内，帧内时隙被重新划分，在时隙1内，簇首根据各节点需要发送数据的请求，把需要发送数据的节点调度到前面时隙依次发送，不需要发送数据的节点则提前进入休眠，各节点数据发送完毕后，簇首和节点都进入休眠状态，在下一个帧唤醒。
[0026]以上说明书中描述的只是本发明的【具体实施方式】，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的【具体实施方式】做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。
【主权项】
1.一种可变时隙帧的水体溶解氧浓度无线测量方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将养殖池分为多个区域，每个区域由多个测量节点组成一个簇； 2)每个节点轮流担任簇首完成一轮的工作周期；每一轮由簇首的形成阶段、调度阶段和多个帧组成； 3)担任簇首的节点接收到基站的信号后，向簇内其他节点发送本轮的簇首信号；簇首在调度阶段安排其他节点向簇首发送数据的时序；节点在每一帧内轮流向簇首发送数据； 4)簇首根据各节点需要发送数据的请求，把需要发送数据的节点调度到前面时隙依次发送，不需要发送数据的节点则提前进入休眠，各节点数据发送完毕后，簇首和节点都进入休眠状态，在下一个帧唤醒。2.如权利要求1所述的一种可变时隙帧的水体溶解氧浓度无线测量方法，其特征在于:所述的步骤2)中，簇首由基站按照顺序指定各节点担任簇首。3.如权利要求1所述的一种可变时隙帧的水体溶解氧浓度无线测量方法，其特征在于:所述的步骤3)中，每一帧被分成η个时隙，每个节点对应一个时隙，时隙的个数与节点数相同。4.如权利要求3所述的一种可变时隙帧的水体溶解氧浓度无线测量方法，其特征在于:在每一个时隙内，节点根据测量值与上次发送值的差值判断是否需要继续发送数据；需要发送时，先在簇首监听时间内发送需要发送数据请求，然后发送数据，数据发送完毕后该节点则进入休眠状态，簇首由于下一个时隙继续工作，则进入空闲状态，不适合进入休眠状态；当差值小于0.lmg/L时，节点向簇首发送不需要发送数据的信号后，簇首进入空闲状??τ O
【专利摘要】本发明涉及一种可变时隙帧的水体溶解氧浓度无线测量方法，采用低功耗自适应分群分层协议，对水产养殖面积大的养殖池水体溶解氧浓度进行无线测量；根据养殖池水体溶解氧变化缓慢的特点和系统对测量精度的要求；对低功耗自适应分群分层协议中协议帧内时隙进行调度，把需要向簇首发送数据的节点调度到帧内前面时隙发送，增加了簇首休眠时间，节省了能量消耗，延长了网络的有效生命周期。
【IPC分类】H04W4/00, G01N33/18
【公开号】CN105353098
【申请号】CN201510641263
【发明人】蒋建明, 朱正伟, 范伟伟
【申请人】常州大学怀德学院
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年9月30日