专利名称：高铁动车对地面无线传感器数据的采集方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及信息技术领域，尤其是涉及一种高铁动车对地面无线传感器数据的采集方法及装置。
背景技术：
在传统的无线传感器网络应用中，无线传感器网络中的传感器节点通过多跳的数据传输方式将探测数据传输给目标数据终端。通常，目标数据终端配备有与外部网络通信的链接，用于将数据通过网络传送至后台数据分析服务器。数据终端设备往往是不同于普通传感器节点的特殊设备，因其需要额外担负更多的通信量，必须具备充足的能源供应。能源供应是制约无线传感器网络部署的主要因素，因此往往采用高效的路由和MAC机制来优化传感器网络的数据传输以实现节能的目的。现有的铁路日常维护均有人力完成，耗时耗力，若采用无线传感网络部署监控可以大大节省人力并提高监控的实时性。然而传统的无线传感网络由于其需要部署数据终端设备用以将传感器采集数据汇报给远端后台数据分析服务器，因此需要额外的支持外部网络的空口接口和外界电源供给部署，因此对于大量可联通的小规模的传感器网络来说，部署难度较高，网络使用寿命较难得到有效保障。对于传统静态数据终端设备场景应用，由于终端设备固定的地理位置，靠近其位置的传感器节点需要中继转发较远端传感器节点更多的数据包，因此容易引起网络传输瓶颈问题，从而造成整个网络在仍有大部分传感器节点具备充足能源的情况下造成网络瘫痪无法正常工作。而对于传统的移动数据终端设备场景，虽然终端可以在传感器网络中移动以平衡传输瓶颈，延长整个网络的使用寿命，但是在大量部署的传感器网络中，这样的方式并不实际。对于沿线布设基站并通过中继设备解决传感器节点的数据收集场景，同样无法避免网络传输瓶颈问题引起传感器网络的瘫痪。在实际应用中由于列车轨道长且覆盖范围广，需要布设的传感器节点数量巨大，因此若直接将传感器网络连接与沿线布设的基站需要大量的中继设备，且同时配备蜂窝模块和传感器模块的中继设备成本较高，造成整体组网代价过高，然而数据收集效率却并未得到相应的大幅提升。此外，传感器网络的覆盖面积较小，可能位于沿线布设基站之间，与两端基站相距较远，因此对于直接连接到基站的需求对于能耗有限的传感器节点来说并不实际。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种使偏僻地区的实时数据采集变得可行，且大大延长了传感器节点的使用寿命的高铁动车对地面无线传感器数据的采集方法及装置。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种高铁动车对地面无线传感器数据的采集方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)高铁动车行驶时，设在车头的激活天线设备向位于动车前方的无线传感器网络发出激活指令；2)高铁动车经过被激活的无线传感器网络时，无线传感器网络将行车轨道状态信息或环境监测信息发送给设在车身的数据接收设备；幻数据接收设备将接收到的行车轨道状态信息或环境监测信息发送到列车总控台进行数据整合，然后通过列车上的外部通信接口将整合后的数据发送至后台处理服务器；4)设在高铁动车车尾的去激活天线设备对驶过的无线传感器网络进行去激活，以使得无线传感器节点进入睡眠状态节省能耗。所述的无线传感器网络为沿动车轨道部署的无线传感器网络。若无线传感器网络为部署在轨道周边的无线传感器检测网络时，所述的采集方法还包括以下步骤a)无线传感器检测网络被激活后，位于远端的无线传感器节点开始向靠近轨道的边界汇报传感器节点利用多跳的方式传输数据；b)当列车经过被激活的无线传感器检测网络时，远端的无线传感器节点均已经将数据传输至边界汇报传感器节点中储存，此时，边界汇报传感器节点直接将整合的数据数据收集设备。所述的数据接收设备设有多个，分别布设在多节车厢两侧及底部。一种实施权利要求1所述的一种高铁动车对地面无线传感器的数据进行采集的装置，其特征在于，该装置包括高铁动车、无线传感器网络和后台处理服务器，所述的高铁动车包括激活天线设备、去激活天线设备、数据接收设备及列车总控台，激活天线设备设在车头，去激活天线设备设在车尾，数据接收设备设在车身，所述的激活天线设备、去激活天线设备和数据接收设备分别与高铁动车的列车总控台连接，列车总控台通过列车上的外部通信接口与台处理服务器连接，所述的沿动车轨道部署的无线传感器网络由多个传感器节点连接而成。所述的激活天线设备设在车头车厢底部或车头车厢两侧。所述的去激活天线设备设在车尾车厢底部或车尾车厢两侧。所述的数据接收设备设有多个，分别布设在多节车厢两侧及底部。与现有技术相比，本发明利用高铁动车的固定运动轨迹部署无线传感器网络，列车作为信息收集载体激活传感器汇报数据，通过列车上的外部通信接口将传感数据传输至后台处理服务器，从而使偏僻地区的实时数据采集变得可行，且大大延长了传感器节点的使用寿命。
图1为沿动车轨道部署的无线传感器网络与列车数据交互示意图；图2为部署在轨道周边的无线传感器检测网络数据收集激活过程示意图；图3为部署在轨道周边的无线传感器检测网络数据收集过程示意图；图4为部署在轨道周边的无线传感器检测网络去激活过程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1在高速铁路环境下，沿途部署的用于监控行车轨道状态，环境监测等功能的专用无线传感器网实时监控数据可通过高铁动车进行高效的数据搜集。由于传感器是能量受限器件，仅依靠自身配备的电池维持能源供给，因此对于无线传感器网络来说，在有效汇报监控数据通信过程中，有效降低能耗和传感器结点的活动周期对维持长时间可靠运作的无线传感器网络来说至关重要。传感器网络主要包括三个方面感应、通讯、计算(硬件、软件、 算法)。其中的关键技术主要有无线数据库技术，比如使用在无线传感器网络的查询，和用于和其它传感器通讯的网络技术，特别是多次跳跃路由协议。例如摩托罗拉使用在家庭控制系统中的ZigBee无线协议。所谓传感器网络是由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统。本专利针对在高速铁路环境下沿途部署的专用无线传感器网络， 提出一种高效的数据搜集机制。利用高铁动车的固定运动轨迹部署无线传感器网络，列车作为信息收集载体激活传感器汇报数据，通过列车上的外部通信接口将传感数据传输至后台处理服务器。从而使偏僻地区的实时数据采集变得可行，且大大延长了传感器节点的使用寿命。如图1所示，高铁动车具备可与无线传感器网络进行通信的功能。在车头和车尾分别部署用于激活/去激活无线传感器节点的天线设备，具体部署位置可分置于车厢底部及两侧。另外，在列车车厢两侧和底部分别部署一定数量的数据接收设备，即相当于传统传感器网络中的数据终端设备。当这样的高铁动车经过沿动车轨道部署的无线传感器网络时，其对地面无线传感器的数据进行采集的方法包括以下步骤第一步高铁动车行驶时，设在车头的激活天线设备向位于动车前方的无线传感器网络发出激活指令。由于列车在行进过程中，处于高速运动状态，因此列车前段的激活天线需要对轨道上预先部署的监测传感器进行激活，使其进入通信状态并向外界发送传感数据。第二步高铁动车经过被激活的无线传感器网络时，无线传感器网络将行车轨道状态信息或环境监测信息发送给设在车身的数据接收设备。由于列车在高速运动过程中数据接收设备的运动方向与下方传感器节点正交，并且在行车方向上与整个传感器网络亦处于同向，因此多普勒频移对整个数据交互过程的影响相对较小。在列车高速通过传感器网络的过程中，传感器网络根据其预先部署时约定的网络拓扑结构进行向外数据传输，列车车厢的外部的数据接收设备进入侦听接收状态以收集传感数据。整个过程中，单节车厢的数据接收设备可能由于列车的高速运动无法完整收集所有的边界汇报传感器节点数据，因此，采用多节车厢部署接收器的方法，使得整个数据接收的过程具备相当的冗余度，以提高数据接收的可靠性。第三步数据接收设备将接收到的行车轨道状态信息或环境监测信息发送到列车总控台进行数据整合，然后通过列车上的外部通信接口将整合后的数据发送至后台处理服务器；第四步设在高铁动车车尾的去激活天线设备对驶过的无线传感器网络进行去激活，以使得无线传感器节点进入睡眠状态节省能耗。当列车驶过传感器网络之后，列车上的数据接收设备将数据汇总到列车总控台进行数据整合并通过列车与外部网络空口发送出去。同时，列车尾部的去激活天线对驶过的传感器网络进行去激活，以使得传感器节点进入睡眠状态节省能耗。本发明涉及的硬件部分包括高铁动车1、沿动车轨道部署的无线传感器网络2和后台处理服务器。高铁动车的车头设有激活天线设备，高铁动车的车尾设有去激活天线设备，高铁动车的车尾设有数据接收设备。激活天线设备、去激活天线设备和数据接收设备分别与高铁动车的列车总控台连接，列车总控台通过列车上的外部通信接口与台处理服务器连接。沿动车轨道部署的无线传感器网络由多个传感器节点连接而成。激活天线设备设在车头车厢底部或车头车厢两侧。去激活天线设备设在车尾车厢底部或车尾车厢两侧。数据接收设备设有多个，分别布设在多节车厢两侧及底部。实施例2如图2 4所示，高铁动车具备可与无线传感器网络进行通信的功能。在车头和车尾分别部署用于激活/去激活无线传感器节点的天线设备，具体部署位置可分置于车厢底部及两侧。另外，在列车车厢两侧和底部分别部署一定数量的数据接收设备，即相当于传统传感器网络中的数据终端设备。当这样的高铁动车经过部署在轨道周边的无线传感器检测网络时，其对地面无线传感器的数据进行采集的方法包括以下步骤第一步高铁动车行驶时，设在车头的激活天线设备向位于动车前方的无线传感器网络发出激活指令。由于轨道周边的大范围无线传感器检测网络，其覆盖范围相对较大，因此网络中密布大量的传感器节点，并且远端的传感器节点由于通信功率的限制无法直接将数据传输到轨道上的数据接收设备。因而，当列车将要行至无线传感器检测网络时，设在车头的激活天线设备将整个传感器网络进行激活，无线传感器检测网络被激活后，位于远端的无线传感器节点开始向靠近轨道的边界汇报传感器节点利用多跳的方式传输数据。第二步高铁动车经过被激活的无线传感器网络时，无线传感器网络将行车轨道状态信息或环境监测信息发送给设在车身的数据接收设备。当列车经过被激活的无线传感器检测网络时，远端的无线传感器节点均已经将数据传输至边界汇报传感器节点中储存，此时，边界汇报传感器节点直接将整合的数据数据收集设备。第三步数据接收设备将接收到的行车轨道状态信息或环境监测信息发送到列车总控台进行数据整合，然后通过列车上的外部通信接口将整合后的数据发送至后台处理服务器；第四步设在高铁动车车尾的去激活天线设备对驶过的无线传感器网络进行去激活，以使得无线传感器节点进入睡眠状态节省能耗。
权利要求
1.一种高铁动车对地面无线传感器数据的采集方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)高铁动车行驶时，设在车头的激活天线设备向位于动车前方的无线传感器网络发出激活指令；2)高铁动车经过被激活的无线传感器网络时，无线传感器网络将行车轨道状态信息或环境监测信息发送给设在车身的数据接收设备；3)数据接收设备将接收到的行车轨道状态信息或环境监测信息发送到列车总控台进行数据整合，然后通过列车上的外部通信接口将整合后的数据发送至后台处理服务器；4)设在高铁动车车尾的去激活天线设备对驶过的无线传感器网络进行去激活，以使得无线传感器节点进入睡眠状态节省能耗。
2.根据权利要求1所述的一种高铁动车对地面无线传感器数据的采集方法，其特征在于，所述的无线传感器网络为沿动车轨道部署的无线传感器网络。
3.根据权利要求1所述的一种高铁动车对地面无线传感器数据的采集方法，其特征在于，若无线传感器网络为部署在轨道周边的无线传感器检测网络时，所述的采集方法还包括以下步骤a)无线传感器检测网络被激活后，位于远端的无线传感器节点开始向靠近轨道的边界汇报传感器节点利用多跳的方式传输数据；b)当列车经过被激活的无线传感器检测网络时，远端的无线传感器节点均已经将数据传输至边界汇报传感器节点中储存，此时，边界汇报传感器节点直接将整合的数据数据收集设备。
4.根据权利要求1所述的一种高铁动车对地面无线传感器数据的采集方法，其特征在于，所述的数据接收设备设有多个，分别布设在多节车厢两侧及底部。
5.一种实施权利要求1所述的高铁动车对地面无线传感器数据的采集方法的装置，其特征在于，该装置包括高铁动车、无线传感器网络和后台处理服务器，所述的高铁动车包括激活天线设备、去激活天线设备、数据接收设备及列车总控台，激活天线设备设在车头，去激活天线设备设在车尾，数据接收设备设在车身，所述的激活天线设备、去激活天线设备和数据接收设备分别与高铁动车的列车总控台连接，列车总控台通过列车上的外部通信接口与台处理服务器连接，所述的沿动车轨道部署的无线传感器网络由多个传感器节点连接而成。
6.根据权利要求5所述的一种高铁动车对地面无线传感器的数据进行采集的装置，其特征在于，所述的激活天线设备设在车头车厢底部或车头车厢两侧。
7.根据权利要求5所述的一种高铁动车对地面无线传感器的数据进行采集的装置，其特征在于，所述的去激活天线设备设在车尾车厢底部或车尾车厢两侧。
8.根据权利要求5所述的一种高铁动车对地面无线传感器的数据进行采集的装置，其特征在于，所述的数据接收设备设有多个，分别布设在多节车厢两侧及底部。
全文摘要
本发明涉及一种高铁动车对地面无线传感器数据的采集方法及装置，该方法包括以下步骤设在车头的激活天线设备向位于动车前方的无线传感器网络发出激活指令；无线传感器网络将行车轨道状态信息或环境监测信息发送给设在车身的数据接收设备；3)数据接收设备将接收到的行车轨道状态信息或环境监测信息发送到列车总控台进行数据整合，然后通过列车上的外部通信接口将整合后的数据发送至后台处理服务器；4)设在高铁动车车尾的去激活天线设备对驶过的无线传感器网络进行去激活。与现有技术相比，本发明解决了偏僻地区传感器网络的链接问题，利用高铁动车作为数据收集载体将散布在各处的传感器网络连接到外部网络。
文档编号G08C17/02GK102413163SQ201110226269
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者夏俊, 孙陟, 屈海宁, 徐建华, 曾润, 熊发田, 王志宏, 郑敏, 陆犇, 陈拥兵 申请人:上海通号轨道交通工程技术研究中心有限公司, 中国科学院上海微系统与信息技术研究所