一种无线传感器网络及数据处理方法

文档序号:8226650阅读:385来源:国知局
一种无线传感器网络及数据处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物联网技术领域,更具体地说,涉及一种无线传感器网络及数据处理方法。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络是一种融合计算机技术、传感器技术和无线通信技术等而形成的全新的信息获取、处理和传输平台,其能够对网络分布区域内的各种终端节点进行实时监测和控制,具有快速部署、抗毁性强等特点,在工业、农业、建筑、交通、公共安全和军事等方面有着广阔的应用前景。
[0003]目前无线传感器网络所监测的各种终端节点众多,如汽车、玩具、心脏速率监视器、交通灯、路灯等,并且为了能够实现长距离传输通常采用现有基于IEEE802.15.4的无线传感器网络,该基于IEEE802.15.4的无线传感器网络以单跳点对点方式进行传输,并依靠多跳网络技术扩展网络覆盖范围以实现长距离传输。
[0004]由于基于IEEE802.15.4的无线传感器网络中每个节点的传输速率较高(10kbps),传输距离较近(一般不超过1KM),在实现长距离传输时需要对无线传感器网络中的多个路由节点进行布线。以一个路由节点连接10个终端节点为例,一万个终端节点需要1000个路由节点,这些路由节点都需要布线,部署成本很高,而且额外部署的1000个路由节点出故障的概率也比较高,维护成本也高,与二层网络相比,三层网络需要多部署和维护一层路由节点,成本显然高。

【发明内容】

[0005]有鉴于此,本发明的目的是提供一种无线传感器网络,用于在实现长距离传输的同时降低部署和维护成本。本发明还提供一种数据处理方法,用于阐述上述无线传感器网络中的数据传输过程。技术方案如下:
[0006]本发明提供一种无线传感器网络,包括:多个终端节点和一个基站,其中,每个所述终端节点采用低速率和低功耗的无线芯片,并且每个所述终端节点采用低速率和高灵敏度的模式通过各自的无线信道与所述基站进行通信。
[0007]优选地,所述基站采用频分多址的方式对所述无线信道内传输的数据进行处理。
[0008]优选地,每个所述终端节点采用跳频机制通过各自的无线信道与所述基站进行通信。
[0009]优选地,每个所述终端节点中安装有传感器,所述传感器用于生成原始数据,如果所述传感器未生成原始数据则所述终端节点处于休眠状态。
[0010]优选地,所述传感器生成原始数据时,所述终端节点开启无线收发功能并主动上报数据,将所上报的数据通过各自的无线信道发送给所述基站,且所述终端节点每次接收到所述基站发送的应答信息后结束数据发送。
[0011]本发明还提供一种数据处理方法,应用于上述无线传感器网络中,所述数据处理方法包括:
[0012]终端节点对原始数据进行调制;
[0013]所述终端节点将调制后的数据通过各自的无线信道发送至基站;
[0014]所述基站采用每个所述无线信道各自的滤波器对所述调制后的数据进行滤波;
[0015]所述基站对滤波后的数据进行解调,得到所述原始数据。
[0016]优选地,所述终端节点将调制后的数据通过各自的无线信道发送至基站,包括:所述终端节点采用跳频机制将调制后的数据通过各自的无线信道发送至基站。
[0017]优选地,所述终端节点将调制后的数据通过各自的无线信道发送至基站,包括:所述终端节点在检测到传感器生成原始数据后,所述终端节点开启无线收发功能并将调制后的数据通过各自的无线信道主动发送给所述基站。
[0018]优选地,所述方法还包括:所述终端节点在接收到所述基站发送的应答消息中结束数据发送。
[0019]优选地,所述方法还包括:所述终端节点在检测到所述传感器未生成原始数据时,控制自身进入休眠状态。
[0020]与现有技术相比,本发明的优点如下:
[0021]本发明提供的无线传感器网络中,终端节点可以采用低速率和高灵敏度的模式与基站进行通信,使得终端节点与基站之间点对点的传输距离增加,例如速率为100bps (BitsPer Second,比特/秒),灵敏度为_130dbm(分贝)时,其点对点传输的距离是5-10千米,相对于现有终端节点来说其传输距离增加了 5-10倍,因此终端节点和基站之间可以直接通过无线信道进行通信,这样减少无线传感器网络中路由节点的数量,从而在实现长距离传输的同时简化网络架构,并且降低对路由节点进行部署和维护的成本。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明实施例提供的无线传感器网络的示意图;
[0024]图2为上述无线传感器网络中终端节点对原始数据调制后的频谱图;
[0025]图3为上述无线传感器中基站接收到的频谱图;
[0026]图4为本发明实施例提供的数据处理方法的流程图。
【具体实施方式】
[0027]本发明实施例提供的无线传感器网络的核心思想是:无线传感器网络中的每个终端节点采用低速率和低功耗的无线芯片,并且每个终端采用低速率和高灵敏度的模式,这种终端节点的点对点传输距离比高速率的终端节点的点对点传输距离长,使得终端节点可以和基站进行点对点的通信。
[0028]为了使本领域技术人员更好地理解本发明,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0029]请参阅图1,其示出了本发明实施例提供的无线传感器网络的示意图,其中该无线传感器网络包括多个终端节点I和一个基站2。每个终端节点I通过各自的无线信道与基站2进行通信,图1中CHi表示第i个终端节点I与基站2进行通信时使用的无线信道。由于每个终端节点I可以直接通过无线信道与基站2进行通信,且通信距离特别长,所以本发明实施例提供的无线传感器网络为一二级星型网络架构的无线传感器网络,具有单基站覆盖范围广的特点。
[0030]在本发明实施例中,每个终端节点I采用低功耗和低速率的无线芯片,如TI (美国德州仪器公司的名称)的型号为CC1125的无线芯片或Silicon Labs (美国某半导体公司名称)的型号为Si4463的无线芯片,这些终端节点I采用低速率和高灵敏度的模式进行数据收发。以速率为100bps,灵敏度为-130dbm为例,其点对点传输的距离是5_10千米,而传统基于IEEE802.15.4的无线传感器网络一般需要10跳以上的网络规模才能达到同样的网络覆盖范围,这就需要在终端节点I和基站2之间增加数个路由节点,使得网络架构相对复杂,并且增加对路由节点进行部署和维护的成本。其中低功耗是指发射功率一般不超过50mW,低速率一般是Ikbps以下,灵敏度与速率相关,通常情况下,速率越低其
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