一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统的制作方法
【专利摘要】一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统，属于无线传感器网络系统。该系统由一个控制终端和多个移动节点组成；所述的多个移动节点和控制终端利用链式网络搭建原理组建网络系统，系统里的中继移动节点可以为控制终端向远端移动节点转发控制指令。另外，移动节点可以循环检测来自相邻移动节点或控制终端的信号强度，当无线传感器网络的范围不能覆盖目的地点时，可通过添加中继移动节点延拓网络，允许控制终端或移动节点在无基础通信设施的环境中互连互通。本发明解决了传统的通信系统一般需要预先架设网络基础设施才能使整个系统正常运行的问题以及由于移动终端的无线传输范围有限，两个移动终端无法直接通信的问题。
【专利说明】一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线传感器网络系统，尤其是一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统。
【背景技术】
[0002]传统的通信系统一般要预先架设网络基础设施才能使整个系统正常运行。例如，蜂窝移动通信系统要有基站和移动交换中心等功能设施的支持；无线局域网一般也工作在有接入点和有线骨干网的模式下。但对于有些特殊的应用场合，预先架设网络基础设施的移动通信系统并不能胜任。例如，发生地震或水灾等大型灾害后的营救、野外科考、偏远矿山作业以及临时组织的大型会议等，这些场合的通信就无法依赖于任何可能因灾害损毁而失去效用的网络基础设施。
[0003]传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，是计算机科学技术的一个新的研究领域；自组织网络是一种移动、多跳、自律式系统，两者均具有十分广阔的应用前景。传感器网络在特殊领域有着传统技术不可比拟的优势，而无线自组织网络通过临时组网的方式在恶劣环境中支持移动节点之间的无线传输，应用范围广阔。
[0004]未来移动通信网络除了以低成本实现数据的高速传输外，还要求在无专用通信基础设施的场景下，网络具有适应性和生存能力，因此无线传感器网络和自组织网络将因其灵活性而在未来移动通信网络中起到重要作用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是要提供一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统，实现远距离临时采集数据，解决因控制终端或是移动节点间的信号强度衰减而造成的网络系统无法正常工作的问题。
[0006]本发明的目的是这样实现的:该无线传感器网络为:搭建无线传感器网络，无线传感器网络包括一个控制终端和多个移动节点；移动节点有目的移动节点和中继移动节点，每个移动节点的结构相同，多个移动节点利用链式网络搭建组成网络系统，中继移动节点可以为控制终端向远端移动节点转发控制指令；转发控制指令的过程为:当目的移动节点和控制终端间存在中继移动节点时，发给目的移动节点的信号由最近中继移动节点至最远中继移动节点依次转发；
[0007]控制终端包括:处理单元、可擦写存储器、无线信号收发装置和计算机；所述的处理单元，与无线信号收发装置和可擦写存储器相连，作为中枢，控制无线信号收发装置和可擦写存储器的工作流程并使它们协调运转；所述的可擦写存储器，与处理单元相连，用于程序读取与写入，以及数据的存储；所述的无线信号收发装置，与处理单元相连，用于无线信号的收发；所述的计算机与处理单元相连，用于发送指令给处理单元，存储并处理采集到的数据。[0008]移动节点包括:处理单元、可擦写存储器、无线信号收发装置、数据采集装置和移动装置的；所述的处理单元，与可擦写存储器、无线信号收发装置、数据采集装置及移动装置相连，作为移动节点的中枢，控制各装置的工作流程并使各装置协调运转；所述的可擦写存储器，与处理单元相连，用于程序读取与写入，以及数据的存储；所述的无线信号收发装置，与处理单元相连，用于无线信号的收发；所述的数据采集装置，与处理单元相连，用于收集及缓存所需要的数据；所述的移动装置，与处理单元相连，作为移动节点的载体，受到处理单元的控制，以达到系统所需的移动要求。
[0009]无线传感器网络搭建过程如下:
[0010](I)首先指定控制终端的级数，然后加入弟个移动节点，在控制终端和弟个移动节点间建立一个点对点连接，并为第一个移动节点分配级数，同时使终端的级数增加一级，接着通过无线通信协议使两者相互通信；第一个移动节点进入接收控制指令状态，接收来自控制终端的控制指令信号，控制移动装置，对发出的控制指令作出反馈，并在移动过程中不断判断控制终端发出信号的强度，在信号强度低于信号强度最低阈值时，向控制终端发送增加移动节点的中继请求信号，同时进入屏蔽特定信号状态；
[0011](2)控制终端接收到中继请求信号后，在控制终端与第一个移动节点间加入中继移动节点，并让中继移动节点依次与控制终端和第一个移动节点建立连接，然后控制终端把自己的级数分配给中继移动节点，同时自身级数增加一级；
[0012](3)控制终端向中继移动节点发送控制指令，使中继移动节点向第一个移动节点靠近，当第一个移动节点检测到中继移动节点转发给它的信号强度值大于规定的最高信号强度阈值时，第一个移动节点解除屏蔽特定信号状态；
[0013](4)规定移动节点只能跟上下级移动节点或控制终端通信，当控制终端对第一个移动节点发送控制指令时，中继移动节点转发控制信号至第一个移动节点，达到延拓网络的目的；
[0014](5)当各个移动节点到达指定地点时，控制终端发出采集数据信号，移动节点在接收到该信号后，进入数据采集状态，执行数据采集控制指令，并通过无线信号收发装置回传采集到的数据；
[0015](6)完成采集任务后，控制终端发出回收控制指令信号，第一个移动节点接收到回收控制指令后，进入返程回收状态，开始返回，当中继移动节点检测到第一个移动节点发来的信号强度值大于最高信号强度阈值时，中继移动节点与第一个移动节点同时向控制终端靠近，直到完成回收；
[0016](7)当任务需要更多移动节点时，重复步骤(I)、(2)、(3)和(4)，添加新的中继移动节点，达到延拓网络传输控制指令和回传采集信息的目的。
[0017]所述的移动节点存在四种状态:接收控制指令状态、屏蔽特定信号状态、数据采集状态和返程回收状态；所述的接收控制指令状态是指当相邻移动节点间或移动节点和控制终端间的通信信号强度高于最低信号强度阈值时，该移动节点得以正常接收或转发来自相邻移动节点或控制终端的信号的状态；所述的屏蔽特定信号状态是指当相邻移动节点间或移动节点和控制终端间的通信信号强度低于最低信号强度阈值时，该移动节点屏蔽来自相邻移动节点或控制终端的远离控制指令信号，停止执行远离控制终端的操作，并向控制终端发送增加中继节点的请求信号；所述的数据采集状态是指当移动节点到达指定目的地点时，在收到控制终端发出的数据采集控制指令后，执行数据采集的一系列操作，通过数据采集装置采集并存储所需的数据，再利用无线信号收发装置回传采集到的数据；所述的返程回收状态是指移动节点在完成全部工作之后，收到控制终端发出的返回控制指令，由最远端移动节点至最近端移动节点依次向终端靠近，直到所有移动节点全部成功返回；在返回过程中，控制终端不再处理增加中继节点的请求信号，移动节点不断判断控制终端发出信号的强度，当中继移动节点检测到远端的移动节点发来的信号的信号强度低于信号强度最低阈值时，移动节点进入屏蔽特定信号状态；当中继移动节点检测到远端的移动节点发来的信号的信号强度值高于最高信号强度阈值时，中继移动节点与远端的移动节点同时向控制终端靠近，直到完成回收。
[0018]所述的级数是为了便于移动节点间或控制终端和移动节点间通信而设立的标志。首先指定控制终端的级数，在添加新的移动节点时，控制终端把自己的级数分配给该移动节点，同时自身级数加一级。规定移动节点只能跟上下级移动节点或控制终端通信。
[0019]所述的转发是目的移动节点和控制终端间存在中继移动节点时，发给目的移动节点的信号由最近中继移动节点至最远中继移动节点依次转发。
[0020]所述的信号强度的得到过程如下:首先从接收的射频信号耦合出部分射频信号，然后和本征信号进行混频，得到中频信号，最后使用无线信号收发装置中的检波电路检测信号的幅值，得到描述接收信号强度的数值；所述的最低信号强度阈值是指无线信号强度的大小确定的弱信号区域的上限值，即在移动节点远离控制终端或相邻移动节点时，为防止信号衰减程度过大，引发数据丢失而设立的最小值。所述的最高信号强度阈值是指无线信号强度的大小确定的强信号区域的下限值，即在移动节点向前端移动节点靠近时或在回收时，让进入屏蔽特定信号状态的移动节点脱离屏蔽特定信号状态，并继续移动而设立的最大值。
[0021]所述控制指令的数据封包格式包括包开始标志、负载长度、包序号、节点标志、模块标志、信息标志、数据段及校验和；所述包开始标志表示开始一个新的包，负载长度表示以下的有效载荷的长度，包序号即每个节点对自己发的包进行计数，可以用来检测包是否丢失，节点标志用来区分同一网络的不同移动节点或控制终端，模块标志用来区分同一移动节点上不同装置发的包，信息标志定义负载是什么以及负载的解包方式，数据段用于存放各种控制指令和数据，并与信息标志相关，所述控制指令又由控制指令标志和对应的参数段以及保留字段构成，其中控制指令标志用以区分不同的控制指令，保留字段用于扩展，参数段根据不同的控制指令存储参数集中的相应参数值，校验和对数据包内包开始标志之后校验和之前的内容进行校验，用来确保正确的数据通信。
[0022]有益效果，由于采用了上述方案，移动节点或控制终端可以利用通信协议相互连接，通过组网协议建立无线传感器网络；移动节点不仅能够实现采集数据的功能，而且还能够实现控制指令的传输与数据信号的转发；移动节点可以循环检测来自相邻移动节点或控制终端的信号强度，当无线传感器网络的范围不能覆盖目的地点时，可通过添加中继移动节点达到延拓网络的目的，从而允许控制终端或是移动节点在无基础通信设施的环境中互连互通。
[0023]本发明的优点:
[0024]1、本发明中的移动节点都是相同的，不存在特异性，任何一个移动节点损坏，都可以被其他移动节点代替，这使得系统更加稳定。
[0025]2、本发明的成本较低，搭建系统简便，可用于一些突发情景，迅速快捷的采集数据。
[0026]3、本发明的通用性，适用性，可扩展性较强，可用多种移动装置改装为移动节点，运用于不同的环境与场景。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明的无线传感器网络系统的结构示意图。
[0028]图2为本发明的移动节点的结构示意图。
[0029]图3为本发明的控制终端的结构示意图。
[0030]图4为本发明的无线传感器网络系统的组网协议的流程图。
[0031]图5为本发明的控制指令的数据封包格式图。
【具体实施方式】
[0032]实施例1:该无线传感器网络为:搭建无线传感器网络，无线传感器网络包括一个控制终端和多个移动节点；移动节点有目的移动节点和中继移动节点，每个移动节点的结构相同，多个移动节点利用链式网络搭建组成网络系统，中继移动节点可以为控制终端向远端移动节点转发控制指令；转发控制指令的过程为:当目的移动节点和控制终端间存在中继移动节点时，发给目的移动节点的信号由最近中继移动节点至最远中继移动节点依次转发；
[0033]控制终端包括:处理单元、可擦写存储器、无线信号收发装置和计算机；所述的处理单元，与无线信号收发装置和可擦写存储器相连，作为中枢，控制无线信号收发装置和可擦写存储器的工作流程并使它们协调运转；所述的可擦写存储器，与处理单元相连，用于程序读取与写入，以及数据的存储；所述的无线信号收发装置，与处理单元相连，用于无线信号的收发；所述的计算机与处理单元相连，用于发送指令给处理单元，存储并处理采集到的数据。
[0034]移动节点包括:处理单元、可擦写存储器、无线信号收发装置、数据采集装置和移动装置的；所述的处理单元，与可擦写存储器、无线信号收发装置、数据采集装置及移动装置相连，作为移动节点的中枢，控制各装置的工作流程并使各装置协调运转；所述的可擦写存储器，与处理单元相连，用于程序读取与写入，以及数据的存储；所述的无线信号收发装置，与处理单元相连，用于无线信号的收发；所述的数据采集装置，与处理单元相连，用于收集及缓存所需要的数据；所述的移动装置，与处理单元相连，作为移动节点的载体，受到处理单元的控制，以达到系统所需的移动要求。
[0035]无线传感器网络搭建过程如下:
[0036](I)首先指定控制终端的级数，然后加入第一个移动节点，在控制终端和第一个移动节点间建立一个点对点连接，并为第一个移动节点分配级数，同时使终端的级数增加一级，接着通过无线通信协议使两者相互通信；第一个移动节点进入接收控制指令状态，接收来自控制终端的控制指令信号，控制移动装置，对发出的控制指令作出反馈，并在移动过程中不断判断控制终端发出信号的强度，在信号强度低于信号强度最低阈值时，向控制终端发送增加移动节点的中继请求信号，同时进入屏蔽特定信号状态；
[0037](2)控制终端接收到中继请求信号后，在控制终端与第一个移动节点间加入中继移动节点，并让中继移动节点依次与控制终端和第一个移动节点建立连接，然后控制终端把自己的级数分配给中继移动节点，同时自身级数增加一级；
[0038](3)控制终端向中继移动节点发送控制指令，使中继移动节点向第一个移动节点靠近，当第一个移动节点检测到中继移动节点转发给它的信号强度值大于规定的最高信号强度阈值时，第一个移动节点解除屏蔽特定信号状态；
[0039](4)规定移动节点只能跟上下级移动节点或控制终端通信，当控制终端对第一个移动节点发送控制指令时，中继移动节点转发控制信号至第一个移动节点，达到延拓网络的目的；
[0040](5)当各个移动节点到达指定地点时，控制终端发出采集数据信号，移动节点在接收到该信号后，进入数据采集状态，执行数据采集控制指令，并通过无线信号收发装置回传采集到的数据；
[0041](6)完成采集任务后，控制终端发出回收控制指令信号，第一个移动节点接收到回收控制指令后，进入返程回收状态，开始返回，当中继移动节点检测到第一个移动节点发来的信号的信号强度值大于最高信号强度阈值时，中继移动节点与第一个移动节点同时向控制终端靠近，直到完成回收；
[0042](7)当任务需要更多移动节点时，重复步骤(I)、(2)、(4)和(5)，添加新的中继移动节点，达到延拓网络传输控制指令和回传采集信息的目的。
[0043]所述的移动节点存在四种状态:接收控制指令状态、屏蔽特定信号状态、数据采集状态和返程回收状态；所述的接收控制指令状态是指当相邻移动节点间或移动节点和控制终端间的通信信号强度高于最低信号强度阈值时，该移动节点得以正常接收或转发来自相邻移动节点或控制终端的信号的状态；所述的屏蔽特定信号状态是指当相邻移动节点间或移动节点和控制终端间的通信信号强度低于最低信号强度阈值时，该移动节点屏蔽来自相邻移动节点或控制终端的远离控制指令信号，停止执行远离控制终端的操作，并向控制终端发送增加中继节点的请求信号；所述的数据采集状态是指当移动节点到达指定目的地点时，在收到控制终端发出的数据采集控制指令后，执行数据采集的一系列操作，通过数据采集装置采集并存储所需的数据，再利用无线信号收发装置回传采集到的数据；所述的返程回收状态是指移动节点在完成全部工作之后，收到控制终端发出的返回控制指令，由最远端移动节点至最近端移动节点依次向终端靠近，直到所有移动节点全部成功返回；在返回过程中，控制终端不再处理增加中继节点的请求信号，移动节点不断判断控制终端发出信号的强度，当中继移动节点检测到远端的移动节点发来的信号的信号强度低于信号强度最低阈值时，移动节点进入屏蔽特定信号状态；当中继移动节点检测到远端的移动节点发来的信号的信号强度值高于最高信号强度阈值时，中继移动节点与远端的移动节点同时向控制终端靠近，直到完成回收。
[0044]所述的级数是为了便于移动节点间或控制终端和移动节点间通信而设立的标志。首先指定控制终端的级数，在添加新的移动节点时，控制终端把自己的级数分配给该移动节点，同时自身级数加一级；规定移动节点只能跟上下级移动节点或控制终端通信。
[0045]所述的转发是目的移动节点和控制终端间存在中继移动节点时，发给目的移动节点的信号由最近中继移动节点至最远中继移动节点依次转发。
[0046]所述的信号强度的得到过程如下:首先从接收的射频信号耦合出部分射频信号，然后和本征信号进行混频，得到中频信号，最后使用无线信号收发装置中的检波电路检测信号的幅值，得到描述接收信号强度的数值；所述的最低信号强度阈值是指在移动节点远离控制终端或相邻移动节点时，为防止信号衰减程度过大，引发数据丢失而设立的最小值，其取值范围为无线信号强度的大小确定的弱信号区域的上限值；所述的最高信号强度阈值是指在移动节点向前端移动节点靠近时或在回收移动节点时，为了让进入屏蔽特定信号状态的移动节点脱离屏蔽特定信号状态，并继续移动所确定的最大值，其取值范围为无线信号强的大小确定的强信号区域的下限值。
[0047]所述控制指令的数据封包格式包括包开始标志、负载长度、包序号、节点标志、模块标志、信息标志、数据段及校验和。所述包开始标志表示开始一个新的包，负载长度表示以下的有效载荷的长度，包序号即每个节点对自己发的包进行计数，可以用来检测包是否丢失，节点标志用来区分同一网络的不同移动节点或控制终端，模块标志用来区分同一移动节点上不同装置发的包，信息标志定义负载是什么以及负载的解包方式，数据段用于存放各种控制指令和数据，并与信息标志相关，所述控制指令又由控制指令标志和对应的参数段以及保留字段构成，其中控制指令标志用以区分不同的控制指令，保留字段用于扩展，参数段根据不同的控制指令存储参数集中的相应参数值，校验和对数据包内包开始标志之后校验和之前的内容进行校验，用来确保正确的数据通信。
[0048]实施例2:图1中，该图为具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统的结构示意图，系统由一个控制终端100，一个远端移动节点120和多个中继移动节点110组成，其特征在于上述每个移动节点的结构相同，这些移动节点利用链式网络的搭建原理组成网络系统，其中中继移动节点110可以为控制终端100向远端移动节点转发控制指令。
[0049]图2中，该图为移动节点的结构示意图，移动节点上加装有处理单元200、可擦写存储器210、无线信号收发装置220、数据采集装置230和移动装置240。
[0050]所述的处理单元200，与可擦写存储器210、无线信号收发装置220、数据采集装置230及移动装置240相连，作为移动节点的中枢，控制各装置的工作流程并使各装置协调运转。所述的可擦写存储器210，与处理单元200相连，用于程序读取与写入，以及数据的存储。所述的无线信号收发装置220，与处理单元200相连，用于无线信号的收发。所述的数据采集装置230，与处理单元200相连，用于收集及缓存所需要的数据。所述的移动装置240，与处理单元200相连，作为移动节点的载体，受到处理单元200的控制，以达到系统所需的移动要求。
[0051]图2所述的移动节点存在四种状态:接收控制指令状态、屏蔽特定信号状态、数据采集状态和返程回收状态。所述的接收控制指令状态是指当相邻移动节点间或移动节点和控制终端间的通信信号强度高于最低信号强度阈值时，该移动节点得以正常接收或转发来自相邻移动节点或控制终端的信号的状态。所述的屏蔽特定信号状态是指当相邻移动节点间或移动节点和控制终端间的通信信号强度低于最低信号强度阈值时，该移动节点屏蔽来自相邻移动节点或控制终端的远离控制指令信号，停止执行远离控制终端的操作，并向控制终端发送增加中继节点的请求信号。所述的数据采集状态是指当移动节点到达指定目的地点时，在收到控制终端发出的数据采集控制指令后，执行数据采集的一系列操作，通过数据采集装置采集并存储所需的数据，再利用无线信号收发装置回传采集到的数据。所述的返程回收状态是指移动节点在完成全部工作之后，收到控制终端发出的返回控制指令，由最远端移动节点至最近端移动节点依次向终端靠近，直到所有移动节点全部成功返回。在返回过程中，控制终端不再处理增加中继节点的请求信号，移动节点不断判断控制终端发出信号的强度，当中继移动节点检测到远端的移动节点发来的信号的信号强度低于信号强度最低阈值时，移动节点进入屏蔽特定信号状态；当中继移动节点检测到远端的移动节点发来的信号的信号强度值高于最高信号强度阈值时，中继移动节点与远端的移动节点同时向控制终端靠近，直到完成回收。
[0052]图3中，该图为控制终端的结构示意图，控制终端包括:处理单元200、可擦写存储器210、无线信号收发装置220和计算机300 ;所述的处理单元200，与无线信号收发装置220和可擦写存储器210相连，作为中枢，控制无线信号收发装置220和可擦写存储器210的工作流程并使它们协调运转；所述的可擦写存储器210，与处理单元200相连，用于程序读取与写入，以及数据的存储；所述的无线信号收发装置220，与处理单元200相连，用于无线信号的收发；所述的计算机300与处理单元200相连，用于发送指令给处理单元200，存储并处理采集到的数据。
[0053]图4中，该图为无线传感器网络系统的组网协议的流程图，其具体步骤如下:
[0054]步骤SlO:无线传感器网络系统增加第一个移动节点。
[0055]其中，步骤SlO可包括下列步骤:1.控制终端设定级数；
[0056]其中，步骤SlO可包括下列步骤:2.控制终端与第一个移动节点建立连接；
[0057]其中，步骤SlO可包括下列步骤:3.控制终端把自身级数分配给第一个移动节点后，同时自身级数增加一级。
[0058]其中，步骤SlO可包括下列步骤:4.控制终端利用无线通信协议向第一个移动节点发送控制指令信号，控制第一个移动节点进行移动；
[0059]步骤S20:第一个移动节点检测信号强度。
[0060]其中，步骤S20可包括下列步骤:5.控制终端循环向第一个移动节点发送无效序列信号(此无效序列信号是移动节点用于检测信号强度时所使用的，并不包含控制指令)；第一个移动节点自身循环进行信号强度值检测，当检测信号强度值低于信号强度最低阈值时，第一个移动节点停止远离控制终端，停止接收远离控制终端的信号，向控制终端发送增加中继移动节点的信号，当信号强度值高于信号强度最高阈值时，第一个移动节点接收前进控制指令信号，同时给控制终端反馈当前控制终端与第一移动节点间的信号强度信息，返回4 ；
[0061]其中，步骤S20可包括下列步骤:6.控制终端通知所有移动节点自身级数加一级，控制终端等级数加一级。
[0062]步骤S30:无线传感器网络系统增加中继移动节点。
[0063]其中，步骤S30可包括下列步骤:7.控制终端与中继移动节点建立连接；
[0064]其中，步骤S30可包括下列步骤:8.控制终端把自身级数分配给中继移动节点后，同时自身级数增加一级；
[0065]其中，步骤S30可包括下列步骤:9.控制终端向中继移动节点发送控制移动控制指令信号，控制中继移动节点进行移动；[0066]其中，步骤S30可包括下列步骤:10控制终端向中继移动节点发送控制第一个移动节点的控制指令信号，由中继移动节点转发给第一个移动节点；控制终端向中继移动节点发送无效序列信号，由中继移动节点转发给第一个移动节点。
[0067]步骤S40:中继移动节点检测信号强度。
[0068]其中，步骤S40可包括下列步骤:11控制终端循环向中继移动节点发送无效序列信号；中继移动节点自身循环进行信号强度值检测，当检测信号强度值低于信号强度最低阈值时，中继移动节点停止远离控制终端，停止接收远离控制终端的信号，再次向控制终端发送增加中继移动节点的信号，当检测信号强度值低于信号强度最低阈值时，反馈信号强度信号，中继移动节点接收前进信号，返回9。
[0069]步骤S50:无线传感器网络系统进行数据采集工作。
[0070]其中，步骤S50可包括下列步骤:12当此无线传感器网络搭建成功，移动节点到达指定地点时，控制终端发出采集数据信号，移动节点在接收到该信号后，执行数据采集控制指令，并通过相应中继移动节点回传采集到的数据。
[0071]步骤S60:无线传感器网络系统回收。
[0072]其中，步骤S60可包括下列步骤:13完成采集任务后，控制终端发出回收控制指令信号，第一个移动节点接收到回收控制指令后，进入返程回收状态，开始返回，当中继移动节点检测到第一个移动节点发来的信号的信号强度值大于最高信号强度阈值时，中继移动节点与第一个移动节点同时向控制终端靠近，直到完成回收；
[0073]当任务需要更多移动节点时，重复步骤5-11添加新的中继移动节点，达到延拓网络传输控制指令和回传采集信息的目的。
[0074]图4中所述的级数是为了便于移动节点间或控制终端和移动节点间通信而设立的标志。首先指定控制终端的级数，在添加新的移动节点时，控制终端把自己的级数分配给该移动节点，同时自身级数加一级。规定移动节点只能跟上下级移动节点或控制终端通信。
[0075]图4中所述的信号强度得到的过程如下:首先从接收的射频信号耦合出部分射频信号，然后和本征信号进行混频，得到中频信号，最后使用无线信号收发装置的检波电路检测信号的幅值，得到描述接收信号强度的数值。
[0076]所述的最低信号强度阈值是指无线信号强度的大小确定的弱信号区域的上限值，即在移动节点远离控制终端或相邻移动节点时，为防止信号衰减程度过大，引发数据丢失而设立的最小值。
[0077]所述的最高信号强度阈值是指无线信号强度的大小确定的强信号区域的下限值，即在移动节点向前端移动节点靠近时或在回收时，让进入屏蔽特定信号状态的移动节点脱离屏蔽特定信号状态，并继续移动而设立的最大值。
[0078]针对图5控制指令的数据封包格式图，作如下说明。控制指令的数据封包格式包括包开始标志、负载长度、包序号、节点标志、模块标志、信息标志、数据段及校验和。所述包开始标志表示开始一个新的包，其值为OxFE ;负载长度表示以下的有效载荷的长度，占一个字节，其值为0-255 ;包序号即每个节点对自己发的包进行计数，可以用来检测包是否丢失，占用一个字节，其值为0-255 ;节点标志用来区分同一网络的不同移动节点或控制终端，存放级数信息，占用一个字节，其值为1-255，当值为255时，即是指对网络中所有移动节点发送信息；模块标志用来区分同一移动节点上不同装置发的包，占用一个字节，其值为0-255 ;信息标志定义负载是什么以及负载的解包方式，占用一个字节，其值为0-255 ;数据段用于存放各种控制指令和数据，并与信息标志相关，占用0-255字节，所述控制指令又由控制指令标志和对应的参数段以及保留字段构成，且控制指令共有15字节，其中控制指令标志占一个字节，用以区分不同的控制指令，保留字段占一个字节，用于扩展，参数段占13个字节，其值根据不同的控制指令对应参数集中的相应参数；校验和对数据包内包开始标志之后校验和之前的内容进行校验，用来确保正确的数据通信，确认无有效载荷包的最小数据包长度为8字节，最大包长度是充分有效载荷为263字节，其占两个字节，其值根据ITUX.25/SAE AS-4hash (使用 CRC-16-CCITT)来确定。
【权利要求】
1.一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统，其特征是:该无线传感器网络为:搭建无线传感器网络，无线传感器网络包括一个控制终端和多个移动节点；移动节点有目的移动节点和中继移动节点，每个移动节点的结构相同，多个移动节点利用链式网络彳合建组成网络系统，中继移动节点可以为控制终端向远端移动节点转发控制指令；转发控制指令的过程为:当目的移动节点和控制终端间存在中继移动节点时，发给目的移动节点的信号由最近中继移动节点至最远中继移动节点依次转发； 控制终端包括:处理单元、可擦写存储器、无线信号收发装置和计算机；所述的处理单元，与无线信号收发装置和可擦写存储器相连，作为中枢，控制无线信号收发装置和可擦写存储器的工作流程并使它们协调运转；所述的可擦写存储器，与处理单元相连，用于程序读取与写入，以及数据的存储；所述的无线信号收发装置，与处理单元相连，用于无线信号的收发；所述的计算机与处理单元相连，用于发送指令给处理单元，存储并处理采集到的数据； 移动节点包括:处理单元、可擦写存储器、无线信号收发装置、数据采集装置和移动装置的；所述的处理单元，与可擦写存储器、无线信号收发装置、数据采集装置及移动装置相连，作为移动节点的中枢，控制各装置的工作流程并使各装置协调运转；所述的可擦写存储器，与处理单元相连，用于程序读取与写入，以及数据的存储；所述的无线信号收发装置，与处理单元相连，用于无线信号的收发；所述的数据采集装置，与处理单元相连，用于收集及缓存所需要的数据；所述的移动装置，与处理单元相连，作为移动节点的载体，受到处理单元的控制，以达到系统所需的移动要求。
2.根据权利要求1所述的一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统，其特征是:无线传感器网络搭建过程如下: (1)首先指定控制终端的级数，然后加入第一个移动节点，在控制终端和第一个移动节点间建立一个点对点连接，并为第一个移动节点分配级数，同时使终端的级数增加一级，接着通过无线通信协议使两者相互通信；第一个移动节点进入接收控制指令状态，接收来自控制终端的控制指令信号，控制移动装置，对发出的控制指令作出反馈，并在移动过程中不断判断控制终端发出信号的强度，在信号强度低于信号强度最低阈值时，向控制终端发送增加移动节点的中继请求信号，同时进入屏蔽特定信号状态； (2)控制终端接收到中继请求信号后，在控制终端与第一个移动节点间加入中继移动节点，并让中继移动节点依次与控制终端和第一个移动节点建立连接，然后控制终端把自己的级数分配给中继移动节点，同时自身级数增加一级； (3)控制终端向中继移动节点发送控制指令，使中继移动节点向第一个移动节点靠近，当第一个移动节点检测到中继移动节点转发给它的信号强度值大于规定的最高信号强度阈值时，第一个移动节点解除屏蔽特定信号状态； (4)规定移动节点只能跟上下级移动节点或控制终端通信，当控制终端对第一个移动节点发送控制指令时，中继移动节点转发控制信号至第一个移动节点，达到延拓网络的目的； (5)当各个移动节点到达指定地点时，控制终端发出采集数据信号，移动节点在接收到该信号后，进入数据采集状态，执行数据采集控制指令，并通过无线信号收发装置回传采集到的数据；(6)完成采集任务后，控制终端发出回收控制指令信号，第一个移动节点接收到回收控制指令后，进入返程回收状态，开始返回，当中继移动节点检测到第一个移动节点发来的信号的信号强度值大于最高信号强度阈值时，中继移动节点与第一个移动节点同时向控制终端靠近，直到完成回收； (7)当任务需要更多移动节点时，重复步骤(1)、(2)、(3)和(4)，添加新的中继移动节点，达到延拓网络传输控制指令和回传采集信息的目的。
3.根据权利要求1所述的一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统，其特征是:所述的移动节点存在四种状态:接收控制指令状态、屏蔽特定信号状态、数据采集状态和返程回收状态； 所述的接收控制指令状态是指当相邻移动节点间或移动节点和控制终端间的通信信号强度高于最低信号强度阈值时，该移动节点得以正常接收或转发来自相邻移动节点或控制终端的信号的状 态； 所述的屏蔽特定信号状态是指当相邻移动节点间或移动节点和控制终端间的通信信号强度低于最低信号强度阈值时，该移动节点屏蔽来自相邻移动节点或控制终端的远离控制指令信号，停止执行远离控制终端的操作，并向控制终端发送增加中继节点的请求信号; 所述的数据采集状态是指当移动节点到达指定目的地点时，在收到控制终端发出的数据采集控制指令后，执行数据采集的一系列操作，通过数据采集装置采集并存储所需的数据，再利用无线信号收发装置回传采集到的数据； 所述的返程回收状态是指移动节点在完成全部工作之后，收到控制终端发出的返回控制指令，由最远端移动节点至最近端移动节点依次向终端靠近，直到所有移动节点全部成功返回；在返回过程中，控制终端不再处理增加中继节点的请求信号，移动节点不断判断控制终端发出信号的强度，当中继移动节点检测到远端的移动节点发来的信号的信号强度低于信号强度最低阈值时，移动节点进入屏蔽特定信号状态；当中继移动节点检测到远端的移动节点发来的信号的信号强度值高于最高信号强度阈值时，中继移动节点与远端的移动节点同时向控制终端靠近，直到完成回收。
4.根据权利要求2所述的一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统，其特征是:所述的级数是为了便于移动节点间或控制终端和移动节点间通信而设立的标志。首先指定控制终端的级数，在添加新的移动节点时，控制终端把自己的级数分配给该移动节点，同时自身级数加一级；规定移动节点只能跟上下级移动节点或控制终端通信。
5.根据权利要求2所述的一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统，其特征是:所述的转发是目的移动节点和控制终端间存在中继移动节点时，发给目的移动节点的信号由最近中继移动节点至最远中继移动节点依次转发。
6.根据权利要求2所述的一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统，其特征是:所述的信号强度的得到过程如下:首先从接收的射频信号耦合出部分射频信号，然后和本征信号进行混频，得到中频信号，最后使用无线信号收发装置中的检波电路检测信号的幅值，得到描述接收信号强度的数值；所述的最低信号强度阈值是指无线信号强度的大小确定的弱信号区域的上限值，即在移动节点远离控制终端或相邻移动节点时，为防止信号衰减程度过大，引发数据丢失而设立的最小值；所述的最高信号强度阈值是指无线信号强度的大小确定的强信号区域的下限值，即在移动节点向前端移动节点靠近时或在回收时，让进入屏蔽特定信号状态的移动节点脱离屏蔽特定信号状态，并继续移动而设立的最大值，其取值范围为无线信号强的大小确定的强信号区域的下限值。
7.根据权利要求2所述的一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统，其特征是:所述控制指令的数据封包格式包括包开始标志、负载长度、包序号、节点标志、模块标志、信息标志、数据段及校验和；所述包开始标志表示开始一个新的包，负载长度表示以下的有效载荷的长度，包序号即每个节点对自己发的包进行计数，可以用来检测包是否丢失，节点标志用来区分同一网络的不同移动节点或控制终端，模块标志用来区分同一移动节点上不同装置发的包，信息标志定义负载是什么以及负载的解包方式，数据段用于存放各种控制指令和数据，并与信息标志相关，所述控制指令又由控制指令标志和对应的参数段以及保留字段构成，其中控制指令标志用以区分不同的控制指令，保留字段用于扩展，参数段根据不同的控制指令存储参数集中的相应参数值，校验和对数据包内包开始标志之后校验和之前的内容进行校验，用来确保正确的数据通信。
【文档编号】H04W84/18GK103957535SQ201410179181
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】鲍宇, 宋子明, 姜一鸣, 周乔 申请人:中国矿业大学