无线传感监测网络中数据连续实时采集和传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了无线传感监测网络中数据连续实时采集和传输方法，属于无线传感 网的技术领域。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络是近十年逐步发展起来的新兴技术，它综合了传感器技术、嵌入 式计算机技术、通信技术、电源技术等多项技术，可以使人们在任何时间、地点和环境下获 得较为详细、可靠的信息。
[0003] 无线监测领域中需要传感器节点具有一定的采样频率，但是采样频率一般要求也 不是很高；如果需要动态的获得监测对象的响应，则必须保证监测对象的所有采集通道都 需要同步采集;如果需要在线的观察对象的响应，则必须保证所有采集通道的数据可以实 时的传输给监控中心。分布式数据采集系统广泛应用于船舶、飞机、桥梁等采集数据多、实 时性要求高的地方。连续实时数据采集发送的无线传感器网络提供了很好的智能化分布式 监测网络，为实现高效率、低重量、智能化的分布式数据采集系统提供了手段。
[0004] 无线传感监测网络一共有三种数据采集传输机制:本地数据先采集存储完再发送 方式、本地数据先采集存储并分析再发送分析结果方式、本地数据实时采集并实时发送方 式。连续实时采集传输无线传感组网由于是一种在线连续监测，因此需要保证数据的生产 和消费平衡，要保证每个节点在形成一个包后要尽快发送，而且要实现数据生产和消费的 循环，因此要精确设计节点AD采样周期和数据发包的时间间隔和时刻。网络设计要保证AD 采样周期的时间至少要大于一次数据发包的时间，否则数据的生产和消费将会失衡。同时 保证一个信道内的节点有序无冲突地将数据包发送出去。每个节点之间发包过程中需要留 有一定的时间安全距离，否则在调节同步的tick时极易发生节点之间的发包冲突。最后，由 于网络中的每个节点晶振受到温度、环境的影响会发生漂移，长时间工作下节点之间的数 据采集同步会发生偏差，因此每个信道上的每个节点能够每次都必须能接收到同步包。如 果节点处于数据发送状态时是无法收到同步包的，这样就导致整个网络紊乱。同时还需要 保证每一次同步包到达每个节点时不能落在该节点的发送时间，否则会导致同步包的丢 失。
[0005] 目前关于国内外没有涉及无线传感监测网络连续实时采集和传输方法的相关专 利。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了无线传感监测网 络中数据连续实时采集和传输方法，实现了无线传感网络长时间在线监测，解决了长时间 无线传感网络连续监测下丢包率增大以及晶振漂移带来网络时间同步误差的技术问题。
[0007] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
[0008]无线传感监测网络中数据连续实时采集和传输方法，
[0009] 第一采集周期:各信道上的叶子节点收到管理节点发送的启动命令包后延时触发 采集时钟开始采样，初始化第一次发送数据包时刻以及数据包发送周期，管理节点在该采 集周期的最后一次采样时间内向各信道上的叶子节点发送同步包以触发第二采集周期；
[0010] 第二采集周期:各信道上的叶子节点在该采集周期的第一次采样时间将上一采集 周期内采集的数据封装为数据包待发送时钟触发后发送给网关节点，各信道上的叶子节点 不定周期发送数据包，网关节点上报接收到的数据至监控中心，管理节点在该采集周期的 最后一次采样时间内向各信道上的叶子节点发送同步包以触发第三次采集周期，管理节点 不定周期发送同步包；
[0011] 第三及其以后的采集周期:各信道上的叶子节点与在第二采样周期一样周而复始 地发送数据包、接收同步包。
[0012] 作为所述无线传感监测网络中数据连续实时采集和传输方法的进一步优化方案， 采用双定时器运行机制调节来自同一时钟源的采集时钟和发送时钟同步，具体为：
[0013] 采集时钟在叶子节点收到启动命令包后在采样间隔到来时触发叶子节点采样，同 时，
[0014] 发送时钟在发包间隔到来时触发叶子节点发包，叶子节点在发包过程中收到同步 包时比较其当前时间戳和同步包时间戳并在时间戳之差超出同步误差范围时修正采集时 钟和发送时钟的t i ck数。
[0015] 进一步的，所述无线传感监测网络中数据连续实时采集和传输方法中，各信道上 的叶子节点不定周期发送数据包的方法为:经过本次采样周期中每个采样时间内叶子节点 开始发包的时刻距离本次采集周期起始时刻的时间差后，触发发送时钟进行第一数据包的 发送，此后每经过一个采集周期触发一次发送时钟进行其余数据包的发送。
[0016] 再进一步的，所述的无线传感监测网络中数据连续实时采集和传输方法中，在第 二及其以后的采样周期内所有叶子节点的发包时间与各叶子节点间的发包时隙总和小于 一个米样周期时间，其中，
[0017] 所述各叶子节点间的发包时隙为:一采样时间内第一叶子节点的发包开始时刻距 离本次采样结束时刻的时间，或者，
[0018] 除第一个叶子节点以及最后一个叶子节点以外的其它任意叶子节点的发包结束 时刻距离下一叶子节点发包开始时刻的时间，或者，
[0019] -米样时间内最后一个叶子节点的发包结束时刻距离下一米样开始时刻的时间， 或者，
[0020] 形成数据包的最后一次采样时间内最后一个叶子节点的发包结束时刻距离下一 采集周期开始时刻的时间。
[0021] 进一步的，所述无线传感监测网络中数据连续实时采集和传输方法，管理节点不 定周期发送同步包的方法为:第一同步包发包时刻在第一采样周期的最后一次采样时间内 触发发送时钟进行第一同步包的发送，此后在经过整数倍采集周期时触发一次发送时钟进 行其余同步包的发送。
[0022] 再进一步的，所述无线传感监测网络中数据连续实时采集和传输方法中，在各采 样周期内管理节点在各信道上发同步包的时间与管理节点向各信道发同步包的时隙总和 小于一个采样周期时间，其中，
[0023] 所述管理节点向各信道发同步包的时隙为:采样时间内的第一信道同步包收包开 始时刻距离本次采样结束时刻的时间，或者，
[0024] 除第一个信道和最后一个信道以外的任意信道同步包收包结束时刻距离下一个 信道同步包收包开始时刻的时间，或者，
[0025] -个采样时间内的最后一个信道同步包收包结束时刻距离下一次采样开始时刻 的时间。
[0026] 本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
[0027] (1)第一采集周期只采集数据不发送数据同时在最后一个采样时间接收同步包； 其余各采集周期内叶子节点在第一采样时间发送上一周期采集封装的数据包并在最后一 个采用时间接收同步包，叶子节点在一个采集周期内将所有叶子节点在上一采集周期内采 集的数据发送给基站，保证了数据的生产和消费平衡；
[0028] (2)采用双定时器机制实现采集时钟和发送时钟的同步调节；
[0029] (3)采样周期的时间至少大于一次数据发包的时间，在保证数据生产和消费平衡 的同时实现数据生产和消费的循环；
[0030] (4)每个节点之间发包过程中留有一定的时间间隙，采样周期内所有叶子节点的 发包时间与各叶子节点间的发包间隙总和小于一个采样周期时间，叶子节点不定周期发送 数据包避免了节点在调节同步时发生发包冲突，保证了一个信道内的节点有序无冲突地将 数据包发送出去；
[0031] (5)管理节点不定周期地在每个采集周期最后一个采样时间向各信道叶子节点发 送同步包，既可以改善晶振温度漂移带来的同步误差问题又可以保证每一次同步包到达每 个节点时不落在该节点的发送时间从而降低同步包的丢包率。
【附图说明】
[0032] 图1为连续实时采集传输无线传感网络组网典型示意图；
[0033] 图2为连续实时采集传输无线传感网络传输机制运行流程图；
[0034] 图3为时间同步机制流程图；
[0035] 图4为双定时器机制图；
[0036]图5为叶子节点的总体发送和接收数据时隙图；
[0037]图6为叶子节点数据包发送的时间分布图；
[0038]图7为管理节点同步包接收的时间分布图；
[0039]图8为叶子节点和管理节点发包不定长周期图；
[0040] 图9(a)和图9(b)分别为叶子节点发数据包和接收同步包流程图；
[0041] 图10为管理节点发送同步包流程图。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图