专利名称：基于多协议模块结构的智慧型ad－hoc的自适应传感器网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于多协议模块结构智慧型AD-HOC的自适应传感器网络技术，更具体说，涉及一种以网络为中心的基于多协议通信嵌入式模块结构的智慧型传感器网络控制系统。
背景技术：
当今，在国内外现有传感器网络领域，基本上都处于发展的初期，传统的传感器是基于模拟信号的，其输入、输出都大多采用4-20ma、0-10v、0-5v、1-5v、2-10v等标准模拟电流、电压信号进行传感器电测信号传输，大部分传感器的使用都沿用单个处理，传感器基本只用于控制系统的信号输入，作为一个前端信息的来源，从属于控制系统本身，不能单独作为一个系统使用，后来，随着技术的发展，出现了智能传感器，智能传感器本身就具有了控制系统的一些功能，因此这些智能传感器可以部分的作为一个控制系统使用。使传感器的技术发展达到了一定的高度，具有了控制系统的智能，使传感器运用得到更大的拓展，深入到工业控制、自动化领域大多数方面，而技术的进一步的发展，中小规模集成电路以及计算机芯片设计与制造技术、软件技术、网络技术的飞速发展。智能传感器逐渐具有了网络智能，成为了网络智能化的新型传感器，也就是说传感器告别了单个使用的状态，进入了互相关联使用的网络化时代。
这样传感器网络的概念应运而生，从此传感器领域的技术进入了一个新的发展时期。
而在此之前，传统的传感器有诸多弊端1、本身使用的是模拟电量信号，经过变送器变换，在传输过程中经常受到各方面的干扰，而且传感的电量本身具有粗糙的度量指标，其精度和重复性都受到一定的限制，修正也比较困难。尽管很多的传感器技术工作者进行了大量的研究工作，也难以改变本身模拟量固有的，易受多重干扰的缺陷，为了弥补这些缺陷，对传感器本身和传感信号的传输电缆都进行了大量的技术保证工作，进行了各种防干扰的技术措施和各种精度措施，屏蔽措施，这样就使传感器的造价大幅度的提高，造成了今天各种变送器、转换器……的价格昂贵，使整个的控制系统成本加大。
2、在工业控制计算机系统、PLC可编程控制器系、单片机智能控制系统等当今普遍采用的控制装置内，采取集中机柜式、集中机箱式和控制盒式安装，传感器的安装则是分布在各数据采集点，执行器的安装也分布在各控制输出执行点，而这些集中控制柜、箱、盒与传感器、执行器的联系则是以各种控制信号电缆，传感器、变送器屏蔽电缆建立连接关系，这样的安装结构造成现场控制电缆的复杂，信息往返重复传输的增多，安装建设的成本增高，维修、检修处理不方便，总体的成本费用较高。
3、今天传统的传感器和一般的智能变送器，也不能适应今天高度发展的网络控制技术的要求，因为今天的工业控制与自动化控制，已经进入了网络化控制时代，远程遥测、遥视，远程控制、网络控制，这些新的控制要求提出了对传感器附带网络传输功能的需求，而当今控制系统的成本一般来说是比较高的，而为了降低这种比较高的控制成本，唯一的出路是缩减控制系统过多的配置部分加强传感器部分的智能处理与网络处理部分，使一个单独的传感器本身能够承担一个简单的控制系统的功能要求，这样就大大的降低了测量控制系统的基本成本，提高了传感器本身的性能价格比。
4、当今各种控制系统，由于控制资源的高度集中，使控制的危险性增大，一个小小的电路故障失效可能造成整个系统的瘫痪与崩溃，因而使系统可靠性、稳定性、安全性以及自由度降低。由于现场信息往返传输较多，容易受到各种现场工业干扰，也促使系统的可靠性降低，故障率增多，系统可用性减小。
而采用传感网络控制平台系统，采取本地化的分布式、置(埋)入式就近传感控制部位安装，传感器本体与控制器本体一体化或者近距离的安装，控制器应用节点模块置入执行器本体，进行就地执行处理，所有的网络节点合理的分布嵌入式在本地应用处理各需要处理点，由于这种特殊的分布式、置入式安装合理的，本地处理，传感器和控制器的捆绑、执行器和控制器的捆绑、并采用最先进的片上系统芯片(SOC)的集成，使得系统做到小型化、微型化、器件化使得控制模块节点更贴近控制客体、结合控制客体、配合控制客体，从而为更高级的机电一体融合奠定基础，使机电控制向着先进、合理、简单方向改进。这是当前网络化智能控制对当今控制系统的必然要求，和先决条件。
而且这种控制的分散和本地化处理，使得传感控制风险分散、传感控制危险分散，一个局部的部位的损坏只会使这个部位的控制对象停止工作，而整个系统仍然安全运行，整个系统不会造成崩溃，因为传感控制节点模块之间，只有网络信息和各种控制信息交换，而没有复杂的电的信号关联连接和信号接口、信号匹配，各传感网络模块节点之间是进行着独立的本地化处理，各模块之间不存在电的传输干扰、传输衰减、阻抗匹配、阻抗变换等复杂的电路处理工作，简单的网络连接，信号交换使得传感器网络控制系统的效率得到很好的提高。
以上这些弊端提高了工业控制测量、测控以及仪器、仪表等行业的基本成本，限制了传感器本身的更广泛的应用，不能满足国民经济在低层信息采集传输方面的低成本廉价要求和灵活性简单化要求，因此传感器网络领域内，必须有一个较大的技术进步，而这种技术进步必然的就落在了开发与研究新型的、智能型的、自适应的、低成本的、简单化的优质传感器网络之上。
以上所述就是当前国内外传感器与传感器网络目前的发展现状与技术上的缺陷与弊端，也是新的传感控制要求需要改变的现实。
目前在国内外传感器网络的发展技术潮流上，有三种主要的技术发展方向。
第一种是基于IEEE1451.X传感器网络标准的技术发展方向的，依靠无线网、光纤网、局域网络和INTERNET网络传输的传感器网络。
第二种是基于路由、多跳、自组织、自适应、自管理有线和无线传输方式的AD-HOC自由性大型传感器网络。
第三种基于TCP/IP的新型通用节点型传感器网络。
(一)目前IEEE1451.X的国内外相关技术现状IEEE1451.X传感器网络标准是智能传感器接口模块标准。它提供了将传感器和变送器连接到网络的接口标准，主要用以实现传感器的标准化、网络化。IEEE1451标准采用通用的A/D或D/A转换装置作为传感器的I/O接口，将各种传感器模拟量转换成标准规定格式的数据，连同一个小存储器——传感器电子数据表TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)，与标准规定的处理器目标模型——网络适配器NCAP(Network Capable Application Process)连接。如此，数据可以按网络规定的协议接入网络。
采用上述IEEE1451.X标准实现传感器网络化的同时，无线通信技术被引入原有传感器以实现无线化也是传感器当前的技术热点，是今后传感器发展的一个重要方向。IEEE1451.4、IEEE1451.5完善了这方面的技术规范，定义了一个完整的无线网络通信的传感器网络技术发展轮廓。也是今后智能传感器网络发展的主要方向。目前在国内外一些研究单位、大型传感器公司正在、或者已经在这方面投入了大量的人力、物力，遵循IEEE1451.X标准规范发展自定义传感器网络产品，一般研究水平均处在初期的开发阶段。
主要研究内容有1、热插拔传感器2、变送器电子数据表单3、最大的兼容、简单的使用传感器网络。
4、更加有效的系统设置和管理5、更快的自动化系统设置；6、改善的自诊断修理功能；7、减少传感器修理和更换产生的故障时间；8、改善传感器数据管理、记录和存储总量控制9、标准数据的自动采用以上这些研究内容是为了解决热插拔传感器更快的系统自动设置。没有这项技术，设置和组合一个测量系统就会要求对每个通道用于操作多种传感器测量参数。对于成百上千个传感器的应用来说，这既浪费时间也增加费用。数据的正确录入更是关键，因为数据录入错误或传感器连接到错误的输入通道都会导致不正确的测试数据。热拔插传感器消除了手动过程，而可以自动上载所需的信息进入测量系统并检查每个传感器是否正确连到通道上。
这对于大型传感器应用测试系统是非常明显的，热插拔传感器可应用在任意涉及到模拟传感器联到系统接口的地方操作。不论它是简单的数字仪表读出器还是具有自我配置和操作的智能传感器节点网，IEEE1451.X都能提供简单、低廉的技术，以简化传感器的连接和使用。
同时IEEE组织又针对无线传感网建立了传感器互联标准，具体的协议标准为IEEE802.15.4，这种标准致力于定义一种供廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的都较低的、低速率无线连接技术。802.15.4无线发射/接收机及网络被Motorola、Philips、Eaton、Invensys和Honeywell等公司极力推崇。同时，也吸引了其他标准化组织的注意。IEEE1451标准工作组已考虑在IEEE802.15.4标准基础上实现抗干扰的、实用的传感器网络(Sensor Networks)。
IEEE802.15.4传感器无线互联标准，可以低成本的用于大型传感器监测网络的建立，其具体的实现方式也涵盖了Ad-hoc无中心新型网络方式，以及网络互联接入点方式。
(二)基于路由、多跳、自组织、自适应、自管理无线传输方式的AD-HOC自由型大型传感器网络。目前的技术现状目前国内外其主要研究的方面有1、自组织的路由算法，和多跳的路由表发送与接收。
2、信道接入技术、节能技术、微型化技术、嵌入式微小型操作系统也是国内外主要研究的方向和内容。
3、国内外不少公司在研究方向也集中在传感器网络节点方向能量有效性，实时性，区域性，可扩展性，自适应性，容错性等方面。
自适应、自组织无线传感网以数据，应用为中心，其高密度大范围分布的网络节点大部分静止。并且，由于相邻节点或区域之间数据融合的存在，特别是能量的限制，使自适应、自组织无线传感网与传统网络有很大的不同。无线传感网的路由算法要求具有能量有效性、实时性、区域性、可扩展性、自适应性、容错性等特点。因此，国内外很多公司都集中在这个方向进行集中研究常见的自适应无线传感网，依据节点在网络中与数据汇聚点的数据通信方式，可以分为三类直接通信，平面型，聚类路由协议。直接通信路由协议是指节点直接与数据汇聚点通信，只适用于小型的网络，当节点数及区域半径增加时，能量消耗及相互间干扰都很大，网络寿命会很短；平面型路由协议中的节点都是平等的，因此是一种多跳协议，其网络汇聚点周围的节点由于数据通信量大，寿命很短，因而影响了整个网络的生存时间。而聚类路由协议具有易扩展，易管理，可以做到能量有效等优点。而在这个研究内容方面国外的很多公司包括霍尼威尔，罗斯蒙特都对此进行集中研究。
第三种是基于TCP/IP协议新型传感器网络。
(三)基于TCP/IP协议的通用节点型传感器网络。以Internet为代表的网络技术的出现以及它与其他高新科技的相互结合，不仅已开始将智能互联网产品带入现代生活，而且也为测量与传感器技术带来了前所未有的发展空间和机遇。以Internet为代表的计算机网络的迅速发展及相关技术的日益完善，突破了传统通信方式的时空限制和地域障碍，使更大范围内的通信变得十分容易，这就为传感测控网络的普遍建立和广泛应用铺平了道路。把TCP/IP协议作为一种嵌入式的应用，嵌入到现场传感器中，使信号的收、发都以TCP/IP方式进行，传感器充当着网络中独立结点的角色，信息可跨越网络传输至所及的任何领域，使实时、动态(包括远程)的在线测量成为可能。这样的测试系统既能节约大量现场布线、扩大系统所及的地域范围，同时也给系统的扩充和维护带来了极大的便利。
以上的传感器网络三大先进的主要发展技术潮流正方兴未艾的向前发展。
本发明项目传感器网络技术遵循上述三大传感器网络技术发展技术方向，在本人具有发明专利的“基于多协议嵌入式模块结构网络控制平台”技术基础之上，吸收和改进目前上述三大类传感器网络潮流中的先进技术模式，创新性的开发研制新一代智能传感器网络产品。
发明内容
本发明要解决的技术问题如上所述目前传感器产品普遍存在着下述的弊端和缺陷1、传感器产品本身产生的是模拟电量信号，这种信号过变送器变换，在传输过程中经常受到各方面的干扰，而且传感的电量本身具有粗糙的度量指标，其精度和重复性都受到一定的限制，修正也比较困难。尽管很多的传感器技术工作者进行了大量的研究工作，也难以改变本身模拟量固有的，易受多重干扰的缺陷，为了弥补这些缺陷，对传感器本身和传感信号的传输电缆都进行了大量的技术保证工作，进行了各种防干扰的技术措施和各种精度措施，屏蔽措施，这样就使传感器的造价大幅度的提高，造成了今天各种变送器、转换器……的价格昂贵，使整个的控制系统成本加大。
2、在工业控制计算机系统、PLC可编程控制器系、单片机智能控制系统等当今普遍采用的控制装置内，采取集中机柜式、集中机箱式和控制盒式安装，传感器的安装则是分布在各数据采集点，执行器的安装也分布在各控制输出执行点，而这些集中控制柜、箱、盒与传感器、执行器的联系则是以各种控制信号电缆，传感器、变送器屏蔽电缆建立连接关系，这样的安装结构造成现场控制电缆的复杂，信息往返重复传输的增多，安装建设的成本增高，维修、检修处理不方便，总体的成本费用较高。
3、今天传统的传感器和一般的智能变送器，也不能适应今天高度发展的网络控制技术的要求，因为今天的工业控制与自动化控制，已经进入了网络化控制时代，远程遥测、遥视，远程控制、网络控制，这些新的控制要求提出了对传感器附带网络传输功能的需求，而当今控制系统的成本一般来说是比较高的，而为了降低这种比较高的控制成本，唯一的出路是缩减控制系统过多的配置部分加强传感器部分的智能处理与网络处理部分，使一个单独的传感器本身能够承担一个简单的控制系统的功能要求，这样就大大的降低了测量控制系统的基本成本，提高了传感器本身的性能价格比。
4、当今各种控制系统，由于控制资源的高度集中，使控制的危险性增大，一个小小的电路故障失效可能造成整个系统的瘫痪与崩溃，因而使系统可靠性、稳定性、安全性以及自由度降低。由于现场信息往返传输较多，容易受到各种现场工业干扰，也促使系统的可靠性降低，故障率增多，系统可用性减小。
以上这些弊端提高了工业控制测量、测控以及仪器、仪表等行业的基本成本，限制了传感器本身的更广泛的应用，不能满足国民经济在低层信息采集传输方面的低成本廉价要求和灵活性简单化要求，因此传感器网络领域内，必须有一个较大的技术进步，而这种技术进步必然的就落在了开发与研究新型的、智能型的、自适应的、低成本的、简单化的优质传感器网络之上。
以上所述就是当前国内外传感器与传感器网络目前的发展现状与技术上的缺陷与弊端，也是新的传感控制要求需要改变的现实。也是本发明要解决的技术问题。
基于以上要解决的技术问题，特提出本项发明要实现的目的和任务即在基于多种传送物理介质基础之上，并基于AD-HOC新型、自由型、大型新型的通信网技术之上，同时也基于IEEE1451.X传感器网络标准和IEEE802.15.4传感器无线互联标准。实现传感器网络新的运行方式、新的组网方式、新的结构方式、新的理论方式。
本项目发明创造的目的更具体的描述即基于IEEE1451.X传感器网络标准之上，重点运用新兴的AD-HOC自由型自适应通信网络技术，并且结合基于TCP/IP协议的新型通用节点型传感器网络的多适用性特点，在一些领域采用基于GE-PON的单芯光纤复用技术，无线信道复用技术，站在传感器网络领域前沿，面向未来传感器网络领域主流发展技术，创造性提出本项目技术发明，完成与推动传感器网络产品朝着多功能化、自适应化、灵巧化与廉价化方向发展，使传感器网络更加普及的运用在各行、各业的信息化过程之中，实现传感器网络代替相当一部分计算机网络的任务。
并且以SOC片上系统芯片为核心结构的传感网络应用节点模块、传感网络资源与配置节点模块、传感网络存贮节点模块、传感网络资源配置节点模块、传感网络通信节点管理模块……基础之上，遵循IEEE1451.X与IEEE802.15.4等标准，运用AD-HOC自适应网络技术，实现这些传感网络节点模块内基本结构单元。这也就是一个“微小型传感平台”系统，在这个微小的传感器与执行一体的“控制传感网络”内，可以做到传感控制资源共享、软件共享、存贮共享、传感网络资源共享、控制数据共享，并且计算节点处理单元协同进行计算处理，从而极大的提高了传感控制资源利用率，提高传感控制的可靠性、安全性和传感控制的鲁棒性，从而使传感控制系统有更好的优良综合性能，形成下一代传感控制系统先进的“微结构控制传感网络一体化”计算模式。
为了实现上述本发明的目的和任务，提出了下列技术方案即提出一个“基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络”技术。
所述“基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络”其技术内容包括在这个传感体系结构中，有以SOC片上系统芯片为核心结构的传感网络应用节点模块、传感网络资源与配置节点模块、传感网络存贮节点模块、传感器数据融合模块、传感器数据安全管理模块、传感网络资源配置节点模块、传感网络路由通信节点管理模块……等，这些传感网络节点模块内都固化有自己的软件激活程序、驱动引擎。
其技术内容还包括改进的动态数据表单注入技术；根据由状况的能耗控制方式；精炼组件构件的微型嵌入式传感器网络操作系统；改进的传感器网络和系统结构；传感器网络系统运行方式和管理模式；传感器网络动态聚类体系管理；复合的节能技术；所述网络应用节点模块和网络资源与配置节点模块在其内部固化有固有功能程序；所述基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络上电后，所述网络资源与配置节点模块执行对网络系统的初始化，同时所述网络应用节点模块对其自身进行初始化；所述网络资源与配置节点模块在取得网络系统控制权的基础上执行一系列预先设置配置的流程，对所述网络应用节点模块加载共享资源程序组件、构件，按照参数简约描述传送方式设置网络信息交换、参数交换程序进程；当所述网络资源与配置节点模块设置参数和配置资源的过程结束以后，所述网络资源与配置节点模块释放对网络系统的控制权，对所述网络应用节点模块发出工作信号；所述网络应用节点模块接收来自所述网络资源与配置节点模块的工作信号，独立运行本地化的固有功能程序，运行由所述网络资源与配置节点模块配置的程序资源组件、构件以及运行由所述网络资源与配置节点模块设置的网络信息交换、参数交换程序进程，从而整个网络控制系统进入设定的确定的分工合作协同控制计算运行状态；在所述协同控制计算运行状态下，所述网络资源与配置节点模块在不必取得网络控制权的情况下，管理各种网络进程，应答和执行各种网络请求，监视所述网络应用节点模块发出的网络地址映射请求，引导资源库的组件化、构件化模块软件资源在控制网络中流动和移动，对中间数据和最终结果数据进行管理。
所述的基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络，其特征在于
所述参数简约描述传送是指将各类控制参数分别封装在各自具有包头特征标记的简洁数据包内，便于识别，分类发送。
所述的基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络，其特征在于所述网络地址映射是指在所述网络应用节点模块内具有网络地址译码表，访问该地址，即将地址译码映射到所要访问的构件、组件软件资源的网络实际有效地址。
所述的基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络，其特征在于所述网络资源与配置节点模块不仅能够对所述网络应用节点模块进行管理和进行资源配置的可在线编程，而且还具有必要的网络数据存贮载体、大容量的组件、构件资源库及其存贮载体。
所述的基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络，其特征在于还包括网络通信节点模块，用于与外网进行诸如外网控制连接、控制信息交换、INTERNET访问、远程控制访问和远程数据交换的联系和信息交换；另外，所述网络通信节点还用于网络通信控制信息汇聚处理和分发。
所述的基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络，其特征在于所述网络应用节点模块在其上设置有本体传感器和复合立体传感器。
所述改进有动态数据表单注入技术，其特征在于能够实现在现场运行过程中实现改变传感节点本身在的性质、测量范围、精度……等性能指标，实现传感器节点本身远程的调整设置，实现传感器节点的重复性运用、灵活性运用。
动态数据表单注入IEEE1451.X传感器网络标准数据是该技术标准的关键所在，该技术标准的内容为在每一个传感器的内部和外部附加上一个数据存储器，把传感器本身的名称、性质、测量范围、精度、重复性指标、环境参数、生产产家、型号标准、生产序列号……等数据存储在一个数据结构形式之中，这个数据结构就是传感器数据表单(TEDS)，不仅如此，更高级的数据表单还可以把传感器应用的测量函数、调整和校准数据和其它相关的量测数据，注入其中，使系统的每一个传感器节点都能够方便的安装、设置达到即插即用，但是这些数据在目前的基于网络的一般的传感器中是一种固定的一次性写入数据，是只读性质的数据，不能现场在线修改，或者充实，因此这就限制了一个传感器网络节点本身的应用范围，本项目传感器网络创新性的在硬件和软件上进行了改进。
目前在传感器网络领域内，基本上都采用单一静态表单技术，这样传感器网络的灵活性和自适应性比较差。
而目前国内传感器生产厂家大都没有采用1451.X系列传感器网络标准，基本上沿用传统的模拟传感方式生产一般的传感器产品。
所述独到的传感器网络节点——资源管理模块技术方式，其特征在于资源管理模块节点在系统中，是一个完整的独立的网络处理计算机系统，它有自己的完整的硬件系统，也有完整的软件执行程序，自己的网络连接与通信结构，以及相应的网络通信程序模块软件系统，是一个完整的网络系统处理重要节点，它起到的作用是一个管理、控制、配置中心作用，它不仅具有对所有其它传感网络节点模块进行管理和资源配置的可在线编程的功能，而且还有自己的必要的网络数据存贮载体，容量较大的组件、构件资源库(即事先加载注入的应用程序功能构件、组件、程序模块)及其存贮载体，而且它还有自己本身运行程序的程序指针计数器，以及传感网络管理运行流程指针，同时还具有它所管理的所有硬件传感节点资源、传感网络资源的地址栈、(ID的、IP的、物理的、逻辑的)通过流程处理、中断处理，消息响应，就能选择这些地址栈内所需地址的空间进行访问，就能对传感网络所有的逻辑的、物理的地址进行网络访问，控制、配置，体现“以网络为中心”的管理方式，起到管理本嵌入传感网络系统控制的作用。
比如，本项目传感网络资源模块用在高速造纸机的检测和状态诊断系统中，能够方便的嵌入到造纸机生产线上，最佳的合理位置，管理各种传感模块，起到以网络为中心的管理方式。
因为造纸机的高速运行以及造纸机的生产线长度都在150米至300米之间，用计算机系统管理其系统资源消耗较大，其大范围分布式的状况，对工业控制计算机的要求，比如各种信号线、电源线、控制线、……都有相对的集中到中央控制台，这样造成了系统复杂，管理不易，可靠性降低，故障难以诊断造成频繁停机。(停机损失每小时几万元)，而采用无中心无中央控制台简洁的路由与资源管理模块，管理传感器网络的各种节点。既起到了中央控制台的作用，又避免了复杂的重复的布线开销，达到了控制可靠，管理简单的要求。
所述改进的控制信道与数据信道分离双信道接入技术，其特征在于在无线和光纤通讯技术中，信道的复用是比较关键的和重要的技术，本传感器网络信息的传送在无线信道上和有线信道上都要依赖信道复用技术。才得已实现。但在本传感器网络中信息传送数据信道和控制信道如果处在同一时隙中传送，有可能造成错误信息，为了解决这个技术上的难题，有必要在控制策略中对控制信息和数据信息进行的传送重新设计，包括硬件的、软件的，这样使控制信息在一定新的分配的时隙中传送，数据信息在另外一定的时隙中传送，达到信道分离的目的，从而使信息传输的可靠性达到较大的提高，使传感器网络的适用性得到较大的提升。
所述根据路由状况的能耗控制方式，其特征在于本技术原理关键在于根据路由状况，把信息跳转的次数压得最低，从而大幅度节省能耗，延长传感器网络运行周期。
本传感器网络由于是分布式的安装，其环境条件要求不能集中供电，必须各自单独的携带电源，同时电源还需要再生发电能力，尽管如此，由于传感器布设后必须长期独立运行，因此能源的节约是非常重要的，这也是所有传感器网络需要解决的技术难题，因此为了在能耗方面的节省，本传感器网络产品创新的运用了节能措施，及根据路由状况进行能耗控制，尽量避免传感信息数据的重复传输，提升信息传输路径的效率，并且进行一定的数据整合，使传送的数据量尽量简洁、明快。传输通电时间短，能量消耗小。
所述精炼组件构造的微型嵌入式传感器网络操作系统，其特征在于具有精炼组件构造的微型嵌入式传感器网络操作系统，使用组件化的软件的运行促进高效而简洁的系统管理，减少不少的硬件开销。
在传感器网络系统中，由于其硬件资源有限，软件系统运行空间有限，因而嵌入式操作系统运行空间也有限，同时其运行效率要求比较高，因而嵌入式系统的代码量和灵活性都要求比较高，对操作系统的结构、组件、构件效率、模块的运行的灵活性、组合性都有着一定的要求，因此用精炼组件构造微型嵌入式传感器网络操作系统，就显得非常必要。
比如，本项目产品试用在高速造纸机状态检测和诊断系统中，需要有快速的状态检测和诊断，其设计面非常广，各种参数的关系非常复杂，一般的传感器网络系统难以做到实时诊断，而采用高性能的计算机诊断系统进行系统检测，则需要复杂的软件和高性能的硬件高度配合，这样其硬件软件成本都非常高昂，而这样的诊断系统目前国内还没有，必须要从国外进口。
所述传感器网络和系统结构的改进，其特征在于是在一个具体网络环境下，以具有较强网络通信功能的SOC片上系统芯片为核心器件，辅肋配置外围器件，以此形成传感器网络节点处理模块，作为基本单元节点，以多种物理介质连接和多协议通讯软件逻辑连接为纽带，建立以传感器网络节点间共享传感器网络资源、传感器网络协作处理为中心，传感器网络节点模块本地化应用程序处理为基础，嵌入式传感器网络操作系统内核和多协议传感器网络通信软件为运行平台，形成一个结构简单，应用透明，标准开放，价格低廉，本地处理，网络连接，资源共享，协同计算，设备内嵌，传感控制执行一体的控制处理结构化平台。在这个体系结构中，有以SOC片上系统芯片为核心结构的传感器网络应用节点模块，传感器网络资源与配置节点模块，传感器网络存贮节点模块，传感器节点模块，传感器网络通信节点管理模块……等，这些传感器网络节点模块内都固化有自己的软件激活程序、驱动引擎，以上作为传感网络运行的基本结构单元。这也就是一个“微小型控制网络”控制平台，在这个微小的传感与执行一体的“控制网络”内，可以做到资源共享、软件共享、存贮共享、网络资源共享、控制数据共享、并且各传感节点处理单元协同进行计算处理，从而极大的提高了传感资源利用率，提高传感的可靠性、安全性和传感的鲁棒性，从而使传感系统有更好的优良综合性能，形成下一代传感系统先进的“微传感网络”计算模式。
所述独创的传感器网络系统运行方式和管理模式，其特征在于传感器“参数简约描述传送”技术方式，是把各类传感参数分别封装在各自具有包头特征标记的简洁数据包内，便于鉴别，分类发送，这样整个数扰包短小精悍，发送接收均快捷可靠，提高整个传感参数的传输性能。
关于以上工作原理所提到的，独有的传感器“网络地址映射”技术方式。即在每个应用传感器节点模块内，都有一个网络地址译码表，访问该地址，即把该地址译码映射到所要访问的传感器节点内的构件、组件软件资源的有效所在地址，在传感器“资源模块”参与下，迅速将该资源构件、组件下载到本地传感器上运行，从而节约本地传感器存贮资源和本地硬件资源，减少各传感器应用节点模块资源的重复配置，减少体积更加小巧、使其更利于嵌入设备、使整个系统的效益得到极大提高。
这种系统特殊的传感器运行方式和管理模式，主要是让传感器网络系统各节点保持最大限度的“自由”处理状态，保持系统各节点最大限度的相对独立性，使系统运行方式简洁明快，减少传感器网络系统的通信流量和不必要的信息传输。但这种各节点的相对独立性、相对“自由”度也不是无限的，当传感器网络系统在一些紧急状态下，特殊情况下，管理主节点——路由资源与配置节点就会在最短时间内行使传感器网络系统主导权、控制权、裁决权，行使诸如节点状态控制、网络高级中断、参数强制改写、模块强制加载、模块强制卸载、系统引导与流程控制……等传感器网络系统网络管理主导权，体现传感器节点“以网络为中心”的处理方式。
所述动态的聚类体系管理技术特点，其特征在于即在传感器节点归类的基础上，通过分析各节点的能耗状态，通过合适的路由方式，节约各节点的能时消耗，延长节点的生存时间。
通过动态的调整类首，来延长网络生存时间，通过动态的聚类、动态的调整类首，使数据的传输、数据的路由通道更加合理，使传感器节点的能量消耗更少、有效的传输通电时间更少，从而做到传感节点的生命存在周期。
所述创新的节能技术，其特征在于节能技术对于传感器网络节点的生存周期具有决定作用，传感器节点分布在不同的地域、复杂的空间、设备和机器的深层内部，其安装和设置放置，一般不可能随时的更换电源，因为这样费时费力，甚至有时不可能，因此传感器节点的本身的能量供应。就关系到他的生命周期。
所述创新的微型化技术，其特征在于使用MEMS微机电结构、纳米结构，设计常规结构，但体积微小的传感器节点。
关于传感器的微型化是目前的技术潮流，国内外对此研究的内容很多，包括能够做到既节约成本，又达到效果，提高性能价格的比的目的。
在这个传感体系结构中，有以SOC片上系统芯片为核心结构的传感网络应用节点模块、传感网络资源与配置节点模块、传感网络存贮节点模块、传感器数据融合模块、传感器数据安全管理模块、传感网络资源配置节点模块、传感网络路由通信节点管理模块……等，这些传感网络节点模块内都固化有自己的软件激活程序、驱动引擎。
通过本发明提供的技术方案，本发明具有如下积极效果四、本发明创造与现有的传感器产品、数字化传感器产品、网络化传感器产品等现有模拟/数字传感器产品在技术方面的比较本项发明项目技术与现有的传感器技术的比较1、本项目传感器网络产品由于采用了SOC单芯片系统技术、嵌入式软件微构件、微组件技术、而现有的传感器产品和传感器技术是基于模拟电路和模拟量，而没有嵌入式软件智能处理，是以电路和芯片为基础的，因此其产品性价受到一定的制约。
2、本发明又充实了和延伸了GSM-GPRS-CDMA和下一代3G等电信网的功能，使本传感器网络更扩大了应用范围，无需要在计算机网络下面传输，而通过当今最简洁，应用最广泛的电信网(有线的、无线的)传输，从而极大的拓展本传感器网络产品的适用范围，从而带来更大的市场需求。
而目前国内外厂商，科研院所在传感器网络产品的研制开发方面，在已研制成功，并投入有限市场的传感器网络产品来看，大多都只是在局域以太网和TCP/IP等现成的网络为基础，组建传感器网络，然而这种组建方式的缺陷与不足是显而易见的，因为目前广泛运用和构建的以太网为基础的局域网、城域网和因特网其网络覆盖虽然很大，但是大多数仅限于以PC个人计算机为硬件的平台范围，而传感器信息是广泛分布于各种物理领域的各式各样的空间，和工业、农业、社会、环境的各个角落，不可能在所有的每个地方都放置个人计算机，因此就限制了传感器网络的应用，本项目传感器网络产品由于完全脱离个人计算机配置，这样就可适应很多的不同的地方和层次需要，同时本项目又充实了和延伸了GSM-GPRS-CDMA和下一代3G等电信网的功能，使本传感器网络更扩大了应用范围，无需要在计算机网络下面传输，而通过当今最简洁，应用最广泛的电信网(有线的、无线的)传输，从而极大的拓展本传感器网络产品的适用范围，从而带来更大的市场需求，为本项目的市场拓展奠定了坚实的基础。
3、本项目遵循IEEE1451.X标准的重要技术规范，在电子表单基础上，提出了传感器网络的微结构、精组型传感器网络嵌入式操作系统的技术思想和技术实践，这是不同于一般嵌入式系统的嵌入式网络操作系统，它是基于微组件结构、微组件动态组构思想和微组件灵活加载方式，因此在这些创新技术手段和创新改进的基础上，本传感器网络产品的技术性能和产品功能、应用效果都比目前其它网络产品更具有特色。
而当前传感器产品与传感器网络产品大多数还为遵循IEEE1451.X标准的重要技术规范，并且更没有传感器网络的微结构、精组型传感器网络嵌入式操作系统的技术思想和技术实践。
4、本项目采用了路由状况能耗控制方式，使传感器节点在独立使用空间的生存周期大幅度提高，并且在节点内设计了能量收集器，在白天收集一些可利用的物理能量，这样更大幅度的扩张了传感器网络中的节点的生存能力，为用户节省大量的维护更换保养的人力、物力和时间，提高应用效率，节约用户的成本，提升了用户的满意度。
而当前传感器产品与传感器网络产品完全还没有这种路由状况能耗控制方式。
5、在本传感器网络技术硬件网络中运用了最近最新出现的LIN协议低成本、高效益方式。
LIN协议是新出现的一种新型低成本串行通信总线，其全称是Local InterconnectNetwork，即局部互联网络。它最开始出现于汽车行业，是为解决汽车智有化网络化的发展要求和降低汽车制造成本的矛盾而提出来的一种串行总线协议，主要用于车门、车灯等需要简单控制但又要求智能控制的场合。它的主要特点是采用单个主控制器/多从设施通信模式；基于普通UART/SCI接口硬件实现，协议简单；网络传输速率不高，最高可达20kb/s。由于LIN协议的突出特点是协议对硬件的依敕程度低，可以基于普通单片机的通用串口等硬件资源以软件方式实现，成本低廉，因此可广泛应用在传感器网络领域。
而当前传感器产品与传感器网络产品完全还没有这种路由状况能耗控制方式。
6、本发明技术采用了基于神经网络预测器的传感器数据证实技术。首先利用神经网络对传感器输出的时间序列建立预测模型，然后利用该模型预测出传感器输出值，并用该值与传感器实际输出值之差判断传感器实际输出的可靠性和有效性，进而减小传感器“软故障”和不同环境噪声对传感器输出数据的影响。同时，为了实现在线应用，采用了遗传算法对神经网络的优化技术。
而当前传感器产品与传感器网络产品完全还没有这种路由状况能耗控制方式。
7、数据融合。如果节点能够归类和融合数据，将减少头开销和通信消耗。
数据融合技术是近年来发展起来的一门新兴技术，已广泛应用于军事和非军事等领域。
近年来，无论经在军事领域还是在非军事领域，多传感器数据融合技术都获得了广泛的关注，正在应用于越来越多的领域中。数据融合就是将来自多个传感器或多源的信息在一定准则下加以自动分析、综合以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程。数据融合是人类或其他生物系统中普遍存在的一种基本功能。人类通过应用这一能力来把自人体各个传感器(眼、耳、鼻、四肢)的信息(外物、声音、气味、触觉)组合起来并采用先验知识去统计，理解周围环境和正在发生的事件。
而当前传感器产品与传感器网络产品完全还没有这种路由状况能耗控制方式。
8、本发明技术采用了多种路由协议，并且是分层的路由协议、SPIN协议、DD协议、LEACH协议、平面型协议采用泛洪的方法进行数据传播，简单地说就是每个节点广播其所收到的数据包，这就带来了网络资源的极大浪费。SPIN协议的特点是通过数据协商，克服泛洪方法的缺点。
而当前传感器产品与传感器网络产品完全还没有这种分层的路由协议。
9、采用了传感器网络的安全技术本项目采用了传感器安全技术，这是传感器网络的一个重要问题。由于采用的是传输信道，传感器网络存在窃听、恶意路由、消息篡改等安全问题。同时，传感器网络的两个特点使安全问题的解决更为复杂化了，这两个特点是数据在网络中的整合和节点的有限能量和有限处理、存储能力。
采取了传感器网络保密协议(Secure Network Encryption Protocol，WNEP)对节点设立不同安全等级并在通信节点间采用数据鉴权、加密技术等，防止了数据被截获后造成的信息泄露。
本项目发明专利技术采用了上述若干的先进技术，能够达到一个比较大型的传感器网络的实现应用。
而当前传感器产品与传感器网络产品完全还没有这种传感器网络保密协议。
10、本项目传感器网络技术考虑到传感器网络本身是ISO网络七层协议规范标准在传感器领域里面的应用，因此必须考虑到在网络所有层次上的所遇到的各种问题，不仅是上层的应用层，而且还应该关注底层的网络层、链路层、物理层，在这些各种层次上以综合设计和应用方面要统一的考虑各种优点和弊端，综合有利因素和不利因素，权衡优点和缺点进行综合的、优化的平衡设计。
而当前传感器产品与传感器网络产品完全还没有这种考虑到在网络所有层次上的问题。
11、动态的聚类体系。通过动态的调整类首，来延长网络生存时间。
在传感器AD-HOC自由型网络中，由于自适应的机制，各类簇成员会动态的聚合与分散，相应的各个簇头也应该相应的改变，因此为了适应这种动态的改变状态状况，必须随时随地调整类首来达到相应的传感器网络簇头改变。
而当前传感器产品与传感器网络产品完全还没有这种动态的聚类体系。通过动态的调整类首，来延长网络生存时间的技术方法。
12、本传感器网络产品增加了能量再生与运行过程中的节能。
目前在国内外传感器网络领域内，还没有采用这种技术。
五
图1是根据本发明的“基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络”的结构示意图；
图2是根据本发明的一种传感网络应用节点模块的结构示意图；图3是根据本发明的另一种传感网络应用节点模块的结构示意图；图4是根据本发明传感网络应用节点模块和资源与配置节点模块技术要求设计的一种SOC系统芯片内部结构示意图。
六具体实施例方式下面结合本发明的系统结构和工作原理，并结合具体实施例描述具体实施方式
。
(一)本发明项目技术实现方案1、系统结构本项目基于多种物理传输介质网络通信的传感器网络技术遵循上述三大传感器网络技术发展技术方向，在本人具有发明专利的“基于多协议嵌入式模块结构网络控制平台”技术基础之上，吸收和改进目前上述三大类传感器网络潮流的先进技术模式，同时也吸收当今处于前沿的先进实用技术，创新性的开发研制具有新一代智能传感器网络产品。
本项目发明是基于IEEE1451.X传感器网络标准之上，重点运用新兴的AD-HOC自由型自适应通信网络技术，并且结合基于TCP/IP协议的新型通用节点型传感器网络的多适用性特点，在一些领域采用基于GE-PON的单芯光纤复用技术，无线信道复用技术，站在传感器网络领域前沿，面向未来传感器网络领域主流发展技术，创造性提出本项目技术发明，完成与推动传感器网络产品朝着多功能化、自适应化、灵巧化与廉价化方向发展，使传感器网络更加普及的运用在各行、各业的信息化过程之中，实现传感器网络代替相当一部分计算机网络的任务。
设计思想是依据发明专利“基于多协议通讯嵌入式模块结构网络控制平台”的核心内容和技术；这个思想依据的具体实现为在这个传感体系结构中，有以SOC片上系统芯片为核心结构的传感网络应用节点模块、传感网络资源与配置节点模块、传感网络存贮节点模块、传感器数据融合模块、传感器数据安全管理模块、传感网络资源配置节点模块、传感网络路由通信节点管理模块……等，这些传感网络节点模块内都固化有自己的软件激活程序、驱动引擎，以上作为传感网络运行的基本结构单元。这也就是一个“微小型传感平台”，在这个微小的传感与执行一体的“控制传感网络”内，可以做到传感控制资源共享、软件共享、存贮共享、传感网络资源共享、控制数据共享，并且计算节点处理单元协同进行计算处理，从而极大的提高了传感控制资源利用率，提高传感控制的可靠性、安全性和传感控制的鲁棒性，从而使传感控制系统有更好的优良综合性能，形成下一代传感控制系统先进的“微结构传感与控制网络一体化”计算模式。
本项目发明技术中使用了一些成熟性技术采用了多种协议通信技术、UWB超宽带、以太网、TCP/IP协议栈、IEEE802.11b、IEEE802.11G、802.11a、……802.15、GSM-CDMA-GPRS-WINMAX等都是比较可靠成熟的技术，并且是国际上广泛认可的可靠的成熟关键技术网络协议栈，其成熟性和可靠性也是不须置疑的。
已攻克的关键性技术是本人发明专利技术基于多协议嵌入式模块结构网络控制平台的独到的资源管理模块技术；以及创新的传感器网络和系统结构技术。
本项目发明技术实施过程中解决的比较关键的技术是动态的聚类技术。通过动态的调整类首，来延长网络生存时间。数据融合技术。如果节点能够归类和融合数据，将减少头开销和通信消耗。控制信道与数据信道分离双信道接入技术，还有根据路由状况的动态节能技术，尽量减少路由通道的长度，同时采用能量再生与能量节约技术，这样将使本传感网络的通信可靠性传输可靠性得到很大提高。
由于本项目发明技术产品相当部分是基于SOC片载系统，其硬件可靠性和成熟性是可信赖的，是比一般的非SOC芯片系统具有更高的可靠性更好的成熟性。
本项目发明技术吸收了改进了AD-HOC新型无线网自适应、自组织网络技术。
本项目发明技术遵循了IEEE1451.X技术规范，也遵循IEEE802.15.4技术规范。
以上是本发明专利技术具体实施的关键技术和实现依据。
2、工作原理本项目发明的技术原理本项目所依据的技术原理是基于具有发明专利技术的“多协议嵌入式模块网络控制系统平台”系统结构和软件体系。其技术原理如下即在一个具体传感网络环境下，以具有较强网络通信功能的SOC片上系统芯片为核心器件，辅助配置外围器件，以此形成传感器网络节点处理模块，作为传感器网络基本节点单元，并以多种物理学介质连接和多协议通讯软件逻辑连接为纽带，建立以传感网络节点间共享网络资源、网络协作处理为中心，网络节点模块本地化应用程序处理为基础，嵌入式传感器网络操作系统内核和多协议网络通信软件为运行平台，形成一个结构简单，应用透明，标准开放，价格低廉，本地处理，网络连接，资源共享，协同计算，设备内嵌，传感控制执行一体的结构化传感器网络系列产品。
流程原理这个微传感网络其运行管理工作原理是在系统上电后，资源与配置节点模块的传感网络流程计数指针，指向传感网络流程存贮空间的网络初始化地址，这时资源与配置节点模块执行对传感网络系统初始化，同时各网络节点也开始自身的初始化。接着资源管理配置节点取得“网络系统控制权”，接着它执行一系列预先按应用需求、控制需求、功能需求设置配置的流程，对各传感应用节点模块加载共享资源程序组件、构件，按照“参数简约描述传送”方式设置控制参数、配置网络资源(主要是软件的、系统的)，这一设置参数和配置的过程结束后，网络资源配置节点模块释放对网络系统的控制权，对各应用节点模块发出工作信号，此时，各传感应用节点模块各自进入本地化的固有功能程序和资源模块现场配置的共享资源程序组件运行处理中，各传感应用节点模块各自独立执行处理运行本地固有的应用功能程序，运行配置的程序资源组件、构件以及运行资源配置节点模块刚才设定的网络信息交换、参数交换程序进程，整个传感网络控制系统进入设定的正常确定的分工合作协同控制计算运行状态。这时资源配置模块仍然管理着各种传感网络进程，应答各种网络请求，执行网络请求，监视着各传感应用模块和节点运行状态，程序资源状态，它的程序加载引擎，程序卸在引擎，根据各传感应用节点发出的网络地址映射请求，引导资源库的组件化、构件化模块软件资源在控制传感网络中流动和移动，合理调配、组织，对中间数据和最终结果数据进行管理、融合，但这一切管理流程的执行，不是在取得“传感网络系统控制权”的状态下，而是在网络节点之间对等互联状态下随机进行的实时管理信息交换。它只对上述的实时网络信息交换进行管理组织，资源和配置节点模块并不干预应用节点模块内部程序的执行，而各个传感应用节点模块处理，还是独立的执行着它本身的本地的应用程序的数据采集输入输出与执行，独立的进行着它本身的特定的应用功能控制，只不过这些应用节点在程序运行到需要与其它节点交换信息的时候，或需要共享传感网络资源的时候，或者需要和外部另一“微传感网络”进行通信联络，(通过网间通讯节点模块进行)进行控制与协同时，以及需要从资源数据库加载需要的软件资源应用程序，数据模块、函数运算组件、构件、程序段时，通过“传感网络地址映射”机制(从本地处理内存地址寻址)，才启动本身的网络通讯进程与外界进行信息的交换，共享网络资源。
具体实施例1、车辆行驶记录仪车辆行驶记录仪已陆续在许多国家和地区大量使用。通过各种传感器记录车辆的行驶状态，可以对驾驶员驾驶行为进行记录，有助于监督驾驶员合法行驶，减少交通事故。
传统的车辆行驶记录仪是通过CAN总线连接，执行通讯，但是这种方式存在不少的局限性，CAN节点必须另外通过传感器连接线传送到节点进行处理，这样传感器信号受到多种因素的干扰，造成各种错误，而且这种方式连线复杂，本发明改变这种复杂的方式，采用传感器本体与处理器复活构成一体化节点，这样传感信号就没有各种复杂的连线，减少干扰，也减少各种错误信号。同时采用无连线沟通方式，在这种沟通方式中，采用了脉冲增强通讯，也进一步淹没干扰信号，使各种传感信号准确传送。
通过本传感器网络构造车辆行驶记录仪，能够达到成本降低，工作可靠，安装方便，维修简单，错误减少，避免干扰。
2、无人机飞行控制系统在无人机的飞行过程中，为了实现一定的飞行任务，要对其飞行姿态进行控制，引导，飞机按照一定的航线准确飞行。为了进行姿态控制，就需要获得飞行姿态的实时参数信息以及遥控遥测参数。有了这些信息参数，经过计算机的控制算法计算，实时输出控制粮到执行机构，从而实现控制/导航目的。
目前在无人机飞行控制系统中，垂直陀螺、三轴角速率陀螺输出的是模拟信号，因此飞控计算机必须具有多路模拟信号的高精度采集能力。而磁航向传感器、高度传感器以及与GPS和遥控遥测的等外围单元的数据交换则采用了RS-485、RS-232通讯协议，因此飞控计算机要具有多串口的通行能力。同时系统要求一系列的电平输出/输入接口、航机接收的是频率信号，因此飞控计算机必须将控制参数以频率量的格式输出。以上都是在硬件设计中必须考虑的内容。
从上述无人机飞行控制系统的结构与方式、运行与数据传输、传感器连接、传感器运行方式来看，已经不适应当前信息技术战争所要求的更高、更快、更灵敏的反应，其中之一最显明的缺陷就是采用了在数据传输方式上仍然采用数据速率非常低的RS-485、RS-232通讯协议，这些通讯协议本身的串口能力是非常有限的，而且也容易受到一定程度的干扰。同时目前无人机飞行控制系统这种控制结构与运行方式仍然是采用模拟量的传送，所以在复杂的空域与战争环境中，飞行控制系统比较容易受到对方强烈的电子干扰手段进行破坏，因此有必要对目前无人机飞行控制系统进行一些必要的结构与方式的改造。比如采用本发明技术传感器网络模块方式进行构造，同时采取本发明技术本身的较可靠的运行方式安全的可靠的运行，能够使无人机飞行控制系统整体的抗干扰能力、数据传输能力、反应能力……都得到较大的提升与改进，从而使无人机飞行控制系统技术指标更能适应现代战争、信息战争、电子战争新的更高更强的要求在设施农业中的应用设施农业用传感器的品种较多，按其检测参数分数，主要有以下几种(1)温度和湿度作物的生长和温度和湿度有密切关系，塑料大棚的控制参数中，温度和湿度检测、控制是主要参数之一。
(2)土壤干燥度作物生长需要水份，在设施农业中如何灌水，做到既不影响作物生长又不浪费水资源是至关重要的问题。土壤干燥度的检测，需要用干燥度传感器。目前较广泛采用的干燥度传感器是由负压传感器与陶瓷过滤管组成的。
(3)CO2农作物生长发育离不开光合作用，而光合作用又与CO2有关，所以控制CO2的浓度，有利于作物的生长发育。
(4)光照度设施农业中，采用栽培管理自动化系统其光源完全为人工光，而不用太阳光，采用光传感器来检测和控制光照强度，使作物可以得到均匀一致的光照。
(5)土壤养分土壤养分依赖于施肥，合理施肥不仅可以提高作物产量，而且可以避免过施肥而造成不必要的损失。土壤养分的测定包括土壤有机质、pH值、氮、磷、钾以及交换性钙和镁的检测。土壤养分测定，广泛采用离子、生物传感器。
由于设施农业用传感器是在系统中发挥作用，因此传感器的性能必须符合以下要求(1)长期稳定性好农业设施用传感器的使用环境比工业更恶劣，如高温、高湿。因此传感器长期稳定性要更高，需要解决涉及传感器稳定性的关键技术包括材料、工艺等。
(2)能适应系统要求 设施农业的实质是实现人为调节和控制作物生长环境条件，是通过一个闭环系统来实现的。因此传感器的性能都应该与控制系统相适应。尤其是传感器的长距离布点、传感器灵敏度的一致性、传感器的响应时间等，这样才能使系统真正做到快速反应和调控环境的高效工作。
(3)优良的性能价格比由于用量较大，因此必须要求其价格较低廉，否则难以推广。
由于我国农业现代化水平较低，设施农业刚起步，因此为了设施农业的发展，必须从传感器生产过程中挖潜，尽量降低成本，以满足性价比要求。
工厂高效农业工程已列入国家重点工程项目，并已启动实施。21世纪必将全面推广，这既能促进我国农业水平的提高，又能促进传感器与传感器网络产业化自身的发展。
本项目发明专利技术传感器网络试用在上述的农业大田作物环境气象监测与工厂高效农业环境监测中，能够使用本传感器网络的优秀特点。运用本传感器网络多种特殊的、通用的以及特制的传感器网络节点单元，实现大面积的农业大田环境监测，同时也是低成本的农业大田环境监测，适应设施农业和农业大田监测对传感器网络的上述技术要求和技术指标。本传感器网络技术在使用过程中只需在适当的地点安装传感器网络相应节点单元，利用上述的所述的AD-HOC自由型无中心自组织自适应自管理自维护的传感器网络功能与特点，简便而可靠的把农业大田实时的环境参数信息提供给远距离的农业生产工作者，及时掌握大田的各种农业参数信息，应对各种有害的灾害性状态采取相应措施，防灾、减灾。
本发明专利技术，由于其发明的目标为任务之一，就是为了更大范围的普及和运用低成本的、高效的、可靠的、简洁的传感器网络，使之得到广泛的使用，使用的前提条件就是价格低廉，运用简单，效果良好，因此基于上述传感器网络发明技术的传感器网络产品，比较容易的在设施农业中得到较大范围的推广，为我国农业的现代化提供低成本的、高效的传感器技术手段，提高农业的单产水平与现代化人工控制水平。摆脱农业被动的受到大自然影响的落后局面，使农业的实用技术水平、自动监测水平达到一个新的高度，为解决农业的进一步增产的问题提供了良好的手段。
本项目传感器网络产品已经在高速造纸机生产线试用，获得试验用户的好评(有用户报告)。
权利要求
提出一个“基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络”技术。所述“基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络”其技术内容包括在这个传感体系结构中，有以SOC片上系统芯片为核心结构的传感网络应用节点模块、传感网络资源与配置节点模块、传感网络存贮节点模块、传感器数据融合模块、传感器数据安全管理模块、传感网络资源配置节点模块、传感网络路由通信节点管理模块……等，这些传感网络节点模块内都固化有自己的软件激活程序、驱动引擎。其技术内容还包括改进的动态数据表单注入技术；根据由状况的能耗控制方式；精炼组件构件的微型嵌入式传感器网络操作系统；改进的传感器网络和系统结构；传感器网络系统运行方式和管理模式；传感器网络动态聚类体系管理；复合的节能技术；所述“基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络”其特征在于所述网络应用节点模块和网络资源与配置节点模块在其内部固化有固有功能程序；所述基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络上电后，所述网络资源与配置节点模块执行对网络系统的初始化，同时所述网络应用节点模块对其自身进行初始化；所述网络资源与配置节点模块在取得网络系统控制权的基础上执行一系列预先设置配置的流程，对所述网络应用节点模块加载共享资源程序组件、构件，按照参数简约描述传送方式设置网络信息交换、参数交换程序进程；当所述网络资源与配置节点模块设置参数和配置资源的过程结束以后，所述网络资源与配置节点模块释放对网络系统的控制权，对所述网络应用节点模块发出工作信号；所述网络应用节点模块接收来自所述网络资源与配置节点模块的工作信号，独立运行本地化的固有功能程序，运行由所述网络资源与配置节点模块配置的程序资源组件、构件以及运行由所述网络资源与配置节点模块设置的网络信息交换、参数交换程序进程，从而整个网络控制系统进入设定的确定的分工合作协同控制计算运行状态；在所述协同控制计算运行状态下，所述网络资源与配置节点模块在不必取得网络控制权的情况下，管理各种网络进程，应答和执行各种网络请求，监视所述网络应用节点模块发出的网络地址映射请求，引导资源库的组件化、构件化模块软件资源在控制网络中流动和移动，对中间数据和最终结果数据进行管理。所述的基于多协议模块结构的智慧型AD-HOC的自适应传感器网络，其特征在于所述参数简约描述传送是指将各类控制参数分别封装在各自具有包头特征标记的简洁数据包内，便于识别，分类发送。所述网络地址映射是指在所述网络应用节点模块内具有网络地址译码表，访问该地址，即将地址译码映射到所要访问的构件、组件软件资源的网络实际有效地址。所述网络资源与配置节点模块不仅能够对所述网络应用节点模块进行管理和进行资源配置的可在线编程，而且还具有必要的网络数据存贮载体、大容量的组件、构件资源库及其存贮载体。还包括网络通信节点模块，用于与外网进行诸如外网控制连接、控制信息交换、INTERNET访问、远程控制访问和远程数据交换的联系和信息交换；另外，所述网络通信节点还用于网络通信控制信息汇聚处理和分发。所述网络应用节点模块在其上设置有本体传感器和复合立体传感器。所述改进有动态数据表单注入技术，能够实现在现场运行过程中实现改变传感节点本身在的性质、测量范围、精度……等性能指标，实现传感器节点本身远程的调整设置，实现传感器节点的重复性运用、灵活性运用。所述根据路由状况的能耗控制方式，其特征在于本技术原理关键在于根据路由状况进行能耗控制，尽量避免传感信息数据的重复传输，提升信息传输路径的效率，并且进行一定的数据整合，使传送的数据量尽量简洁、明快。传输通电时间短，能量消耗小。把信息跳转的次数压得最低，从而大幅度节省能耗，延长传感器网络运行周期。所述传感器网络和系统结构的改进，是在一个具体网络环境下，以具有较强网络通信功能的SOC片上系统芯片为核心器件，辅肋配置外围器件，以此形成传感器网络节点处理模块，作为基本单元节点，以多种物理介质连接和多协议通讯软件逻辑连接为纽带，建立以传感器网络节点间共享传感器网络资源、传感器网络协作处理为中心，传感器网络节点模块本地化应用程序处理为基础，嵌入式传感器网络操作系统内核和多协议传感器网络通信软件为运行平台，形成一个结构简单，应用透明，标准开放，价格低廉，本地处理，网络连接，资源共享，协同计算，设备内嵌，传感控制执行一体的控制处理结构化平台。在这个体系结构中，有以SOC片上系统芯片为核心结构的传感器网络应用节点模块，传感器网络资源与配置节点模块，传感器网络存贮节点模块，传感器节点模块，传感器网络通信节点管理模块……等，这些传感器网络节点模块内都固化有自己的软件激活程序、驱动引擎，以上作为传感网络运行的基本结构单元。这也就是一个“微小型控制网络”控制平台，在这个微小的传感与执行一体的“控制网络”内，可以做到资源共享、软件共享、存贮共享、网络资源共享、控制数据共享、并且各传感节点处理单元协同进行计算处理，从而极大的提高了传感资源利用率，提高传感的可靠性、安全性和传感的鲁棒性，从而使传感系统有更好的优良综合性能，形成下一代传感系统先进的“微传感网络”计算模式。所述独创的传感器网络系统运行方式和管理模式，其特征在于传感器“参数简约描述传送”技术方式，是把各类传感参数分别封装在各自具有包头特征标记的简洁数据包内，便于鉴别，分类发送，这样整个数扰包短小精悍，发送接收均快捷可靠，提高整个传感参数的传输性能。关于以上工作原理所提到的，独有的传感器“网络地址映射”技术方式。即在每个应用传感器节点模块内，都有一个网络地址译码表，访问该地址，即把该地址译码映射到所要访问的传感器节点内的构件、组件软件资源的有效所在地址，在传感器“资源模块”参与下，迅速将该资源构件、组件下载到本地传感器上运行，从而节约本地传感器存贮资源和本地硬件资源，减少各传感器应用节点模块资源的重复配置，减少体积更加小巧、使其更利于嵌入设备、使整个系统的效益得到极大提高。这种系统特殊的传感器运行方式和管理模式，主要是让传感器网络系统各节点保持最大限度的“自由”处理状态，保持系统各节点最大限度的相对独立性，使系统运行方式简洁明快，减少传感器网络系统的通信流量和不必要的信息传输。但这种各节点的相对独立性、相对“自由”度也不是无限的，当传感器网络系统在一些紧急状态下，特殊情况下，管理主节点——路由资源与配置节点就会在最短时间内行使传感器网络系统主导权、控制权、裁决权，行使诸如节点状态控制、网络高级中断、参数强制改写、模块强制加载、模块强制卸载、系统引导与流程控制……等传感器网络系统网络管理主导权，体现传感器节点“以网络为中心”的处理方式。所述动态的聚类体系管理技术特点，其特征在于即在传感器节点归类的基础上，通过分析各节点的能耗状态，通过合适的路由方式，节约各节点的能时消耗，延长节点的生存时间。通过动态的调整类首，来延长网络生存时间，通过动态的聚类、动态的调整类首，使数据的传输、数据的路由通道更加合理，使传感器节点的能量消耗更少、有效的传输通电时间更少，从而做到传感节点的生命存在周期。所述创新的节能技术，其特征在于节能技术对于传感器网络节点的生存周期具有决定作用，传感器节点分布在不同的地域、复杂的空间、设备和机器的深层内部，其安装和设置放置，一般不可能随时的更换电源，因为这样费时费力，甚至有时不可能，因此传感器节点的本身的能量供应。就关系到他的生命周期。所述创新的微型化技术，使用MEMS微机电结构、纳米结构，设计常规结构，但体积微小的传感器节点。
全文摘要
本发明涉及一种基于多协议模块结构智慧型AD－HOC的自适应传感器网络技术，更具体说，涉及一种以网络为中心的基于多协议通信嵌入式模块结构的智慧型传感器网络控制系统。为了解决目前传感器网络存在的弊端和缺点，本发明设计了一种基于自适应、自诊断、自维护、自管理的AD－HOC智慧型传感器网络体系结构。这种体系结构内，融合了当代先进的网络技术，以及先进的智慧型结构，形成传感控制系统先进的“智慧型传感控制一体化”计算模式，实现传感器网络新的运行方式、新的组网方式、新的结构方式、新的理论方式。实现传感器网络智慧型网络运行。本发明技术传感器网络广泛用于工业、农业、环境保护、军事等多种用途。
文档编号H04L12/28GK101087311SQ20071000487
公开日2007年12月12日 申请日期2007年2月8日 优先权日2006年2月12日
发明者刘恒春 申请人:刘恒春