专利名称：一种无线传感器网络系统及其网关掉电异常处理方法
技术领域：
本发明涉及嵌入式技术，网络控制技术，特别是涉及到了一种无线传感器网络系统及其网关掉电异常处理方法，利用法拉电容作为网关无线模块的备用电源，在网关在异常掉电时，为网关异常命令发布提供能量，实现底层节点的低功耗。
背景技术：
无线传感器网络的由于节点体积小，自组织，自恢复，易于部署，动态性强等特点，能够很好的实现对环境物理参数的监控，已被认为是环境监测，建筑监测，公共事业，工业控制，家庭，船舶和运输系统自动化中的下一个重点的研究方向。节点采集数据，向汇聚节点，簇头节点及网关报告自己的采集数据，实现对环境参数的监测，都是在网关能够正常运行的前提下运行的。换言之，网关对于管理整个网络中的“智能尘埃网”的运行至关重要。网关一旦失效，整个网络所采集的数据将不能及时的传送至上层。实际工程应用中就算是·有线网络的网关可靠性也不可能是100%，更何况无线网关不仅需要通过有线完成与后台的管理系统的数据交换，还需要通过无线管理整个网络，管理功能比有线网关更加复杂，因必须考虑网关异常情况下的网络运行策略。尤其是底层节点能量有限，如果网关异常，节点就会出现长时间等待，反复数据重发等现象。长此以往，节点能量将会很快耗尽，当网关恢复正常时，节点能量不足，大大的影响了整个无线传感器网络的寿命。目前对于网关异常的研究在有线网关异常方面已经有了一些相关成果，例如，在国内专利检索中日本电气株式会社在2008年4月2日已授权“网关系统及故障管理办法”(专利号02119829)。迈普通信技术股份有限公司于2010年8月31日申请了 “ S I P中继网关故障监控方法以及S I P中继网关”，这些方法都是有线网关故障方面的专利。本发明提出的网关故障的处理方法是就无线网关而言，特别是针对无线网关掉电的这种故障，所提出的一种无线网关及无线节点的智能处理机制。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的技术不足，提供一种无线传感器网络系统及其网关掉电异常处理方法，使得整个网线传感器网络能够在无线网关发生掉电异常的时候，低功耗的运行，并且在无线网关恢复正常运行的时候，无线节点能够自组织的恢复正常运行。为了达到上述的目的，本发明的构思是
设计一种带备用电源的电源，为无线网关进行供电，当网关的供电电源发生故障的时候，启用备用电源为网关进行供电。无线网关的无线收发器从断电开始，以连续发送的模式，发送网关异常的数据帧给底层的节点，直至备用电源能量耗尽。底层节点收到网关断电异常的数据帧后，立即进入休眠状态不进行数据采集，数据发送等命令。并且节点按照一定的时序，定时唤醒，等待网关恢复正常的命令。若在固定的等待时隙内，侦听到网关恢复的命令帧，则整个网络恢复正常运行；若未收到该命令，则继续休眠，周而复始直至网关恢复正常运行。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案
一种无线传感器网络系统，包括一个网关和多个节点，其特征在于
所述一个网关，管理所有的节点该网关主要包括普通电源、备用电源、以及带无线收发器及模数转换器微处理器；网关正常工作时普通电源进行供电，网关断电时启用备用电源供电；微处理器通过模数转换器进行普通电源的电压采集，监视普通电源的电压大小；并通过无线收发器进行网关与节点之间的无线数据通信。所述多个节点主要实现网络系统中传感器数据的周期性采集，并将采集到的数据发送给网关。上述无线传感器网络系统中，所述备用电源设计时需将网关等效为一个随电压变化的等效电阻及根据该等效电阻设计法拉电容的容量
等效电阻的设计需根据无线收发器在不同电压下连续发送数据的伏安特性，将网关等·效为一个随供电电压变化的等效电阻，该等效电阻的大小为
权利要求
1.一种无线传感器网络系统，包括一个网关(I)和多个节点(2)，其特征在于 所述一个网关(1)，管理所有的节点(2);该网关(I)包括普通电源(101)、备用电源(102)，以及带无线收发器(103)及模数转换器(105)的微处理器(104);网关(I)正常工作时，普通电源(101)进行供电，网关断电时启用备用电源(102)供电；微处理器(104)通过模数转换器(105)进行普通电源(101)的电压采集，监视普通电源(101)的电压大小，并通过无线收发器(103)进行网关(I)与节点(2)之间的无线数据通信； 所述多个节点(2):主要实现网络系统中传感器数据的周期性采集，并将采集到的数据发送给网关(I)。
2.根据权利要求I所述的带备用电源(102)的网关(I)及节点(2)组成的网络系统，其特征在于 所述备用电源(102)设计时需将网关(I)等效为一个随电压变化的等效电阻(203)及根据该等效电阻(203)设计法拉电容(204)的容量 等效电阻(203)的设计需根据无线收发器(103)在不同电压下连续发送数据的伏安特性，将网关(I)等效为一个随供电电压变化的等效电阻(203)，该等效电阻(203)的大小为
3.一种无线传感器网络系统网关(I)掉电异常处理方法； 该方法应用于权利要求I所述的无线传感器网络系统，其特征在于具体实现步骤如下 1)当网关(I)没有掉电的时候，网络系统处于普通电源(101)供电的正常工作时序，无线传感器网络的各部件按照正常的工作时序进行工作； 2)普通电源(101)通过微处理器(104)的模数转换器(105)实现电压监视；并且微处理器(104)判断网关电压值的大小，以监视是否出现掉电异常现象；若网关(I)发生掉电异常进入步骤3)，若没有发生掉电异常则进入步骤I)按照正常的工作时序进行工作； 3)网关(I)掉电，启用备用电源(102)，备用电源(102)的法拉电容(204)立即放电，作为掉电后的电源使用； 4)网关(I)将自身已经发生掉电的异常信息进行打包，通过无线收发器(103)，在掉电后的一个周期内，采用连续发送的方式，将该异常信息帧发送给节点(2); 5)节点(2)在原本周期内的数据侦听期，接收来自网关(I)的异常信息数据帧； 6)接收到异常信息数据帧后节点(2)立即进入休眠状态，并在该网络周期内的剩余时间一直休眠； 7)节点(2)到下一网络周期开始的时候定时唤醒，在固定的网络命令侦听阶段，等待来自网关(I)相关的网络恢复命令巾贞； 8)节点(2)如果等待到了网络恢复命令帧，则节点(2)转入步骤1)，整个无线传感器网络进入正常的工作时序；若节点(2)没有等待到网络恢复命令帧，则转入步骤6)进行休眠。
全文摘要
本发明公开一种无线传感器网络网关的电源设计管理及异常掉电的处理方法。实现网关设备在普通电源断电的情况下，通过启用备用电源并告知底层节点断电信息，实现网络系统的有序运行。具体实现方法如下1)构建由带备用电源的网关及节点组成的网络系统。2)通过将网关等效为一个随电压变化的等效电阻，合理设计法拉电容的容量，实现备用电源的设计。3)当网关中的普通电源断电时，提出一种无线传感器网络网关掉电异常的处理方法，实现网络系统的低功耗运行。
文档编号H04W84/18GK102883418SQ20121033448
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月12日 优先权日2012年9月12日
发明者付敬奇, 朱献忠, 苏伟, 阮军杰, 费敏锐, 王海宽, 李昕, 高守玮, 侯维岩 申请人:上海大学