专利名称：基于wsn网络的照明监控系统及其群控命令的实现方法
技术领域：
本发明涉及一种基于WSN网络的城市照明单灯监控系统以及该系统的群控命令的实现方法。
背景技术：
城市照明系统的监控终端主要由灯光支路控制器(BranchNode)和单灯控制器 (LeafNode)组成，并组成WSN网络，灯光支路控制器负责整个WSN网络建立与维护，单灯控制器主动加入WSN网络后即可实现与灯光支路控制器的数据传输。在实际应用中，一个灯光支路控制器监控的配电柜一般由多条支路组成，每条支路有多个路灯，每个路灯由一个 LeafNode 监控。群控命令，顾名思义就是在WSN网络中需要每个单灯控制器接收，并按照要求执行相应的命令。实现群控命令采用的是向每一个单灯控制器发送单控命令，向所有单灯控制器发送完毕之后，即实现了该WSN网络的群控。在现有灯光照明监控系统中，灯光支路控制器与单灯控制器之间一般采用星形组网，如图1所示，星形组网是每个单灯控制器节点直接与灯光支路控制器进行数据传输。采用星形组网时，支路上的每个单灯控制器2均直接与灯光支路控制器1进行数据传输，单灯控制器2与灯光支路控制器1的物理位置基本处于直线状态。由于各个单灯控制器2与灯光支路控制器1之间的距离不同，以及实际环境中树木、建筑物等影响，会造成灯光支路控制器1与个别单灯控制器2之间通信成功率较低，影响这些单灯控制器2对其所发送的单控命令的接受。基于星形组网的当前缺陷，实际中需通过采用大功率通信模块提高通信可靠性，由于大功率模块成本较高，结果造成系统整体成本大幅度增加，而且通信效果很难保证。
发明内容
发明目的本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种新型的基于WSN网络的城市照明单灯监控系统。本发明的另一个目的在于提供上述基于WSN网络的树形组网的城市照明监控系统的群控命令的实现方法，降低无线网络上通信命令的传输次数，提高群控效率。为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案一种基于WSN网络的照明监控系统，它包括灯光支路控制器和若干安装在路灯上的单灯控制器，所述的灯光支路控制器与各个单灯控制器之间采用树形组网方式连接，即灯光支路控制器上连接有若干个一级单灯控制器，每个一级单灯控制器上又分别连接了若干二级单灯控制器；每个二级单灯控制器上又连接了若干三级单灯控制器，依次类推，灯光支路控制器和若干级单灯控制器形成树形组网的连接方式。所述的一种基于WSN网络的照明监控系统的群控命令的实现方法，它包括(1)建立基于WSN网络的城市照明树形组网系统的控制网络，同时在灯光支路控制器以及每个单灯控制器中分别建立直接子节点表；(2)当单灯控制器加入控制网络时，该单灯控制器的信息被写入其父节点的直接子节点表中；如果有单灯控制器要退出控制网络，则该单灯控制器的原父节点将该单灯节点信息删除；(3)当收到群控命令之后，灯光支路控制器在直接子节点表中读出其存储的所有一级单灯控制器的信息，然后将该群控命令转发给一级单灯控制器；一级单灯控制器再向存储在其直接子节点表中的所有二级单灯控制器转发群控命令；依次类推，直到所有的单灯控制器都接收到群控命令；(4)群控命令转发完成之后，各个节点按照群控命令执行相应动作。其中，所述的步骤⑴包括如下步骤(101)灯光支路控制器建立网络；(102)每个单灯控制器均为一个节点，设有M个节点，M为大于等于1的自然数；一号单灯控制器扫描网络后，加入网络；此时控制网络由灯光支路控制器和一号单灯控制器组成，整个树状网络的深度为1 ；(103) 二号单灯控制器扫描网络，准备加入网络，此时有灯光支路控制器和一号单灯控制器网络均可加入，在通信质量相当的情况下，优先选择深度较浅的灯光支路控制器发送加入网络请求；灯光支路控制器根据当前网络情况，即预置的最大子节点个数以及二号单灯控制器携带的鉴权信息，判断灯光支路控制器允许二号单灯控制器接入；后续加入的三号单灯控制器、四号单灯控制器……M号单灯控制器加入时，根据通信质量、当前网络情况判断是否可连接在灯光支路控制器上，如果允许，则接入灯光支路控制器，组网结束； 如果不允许，则转入步骤(104)；其中，与灯光支路控制器直接相连的单灯控制器均为一级单灯控制器；(104)没有加入灯光支路控制器的单灯控制器扫描网络，准备加入网络，此时有一级单灯控制器网络可加入，一级单灯控制器的深度相同，优先选择通信质量高的一级单灯控制器，发送加入网络请求；一级单灯控制器根据当前网络情况，即预置的最大子节点个数以及该单灯控制器携带的鉴权信息，判断允许这些单灯控制器接入；与一级单灯控制器相连的单灯控制器为二级单灯控制器；如果所有的一级单灯控制器都允许后续的二级单灯控制器加入，则组网结束；如果不允许，则剩余的单灯控制器继续扫描网络，寻找可以加入的单灯控制器，直到所有的单灯控制器均加入控制网络；由此形成以灯光支路控制器为中心的一级单灯控制器、二级单灯控制器、三级单灯控制器……η级单灯控制器组成的网络，组网结束。本发明通过在灯光支路控制器和单灯控制器上建立直接子节点表，进行树形组网时，将每一个加入网络的单灯控制器的信息写入与该单灯控制器连接的上一级单灯控制器的直接子节点表中；这样，灯光支路控制器和单灯控制器只向其直接子节点表中存有信息的下一级单灯控制器发送控制命令，每一个单灯控制器接收到命令后，再将命令发送至其直接子节点表中存有信息的下一级单灯控制器。与原有灯光支路控制器所发出的控制命令通过多级节点跳转方式传送至所有单灯控制器相比，降低了无线网络上通信命令的传输次数，提高了群控效率。有益效果(1)本发明的树状组网通过路由方式降低模块间通信距离，提高了系统的通信可靠性；通过树状组网，小功率通信模块可以完成数据通信，降低系统成本。(2)对于树形组网方式采用更加高效的群控命令，使通信命令传输次数与 Leafnode的数量的成正比，大大降低了对网络信道的占用；采用树状组网后，随着通信距离缩短，通信成功率明显提高，在实际测试中考虑各种因素，通信成功率不低于99%。(3)优化了树形组网的群控命令实现方式，对网络占用降低，效率大幅提升。
图1为现有的照明监控系统单灯控制器的星形组网示意图。图2为本发明实施例一中照明监控系统单灯控制器的树形组网示意图。图3为本发明实施例二中照明监控系统单灯控制器的树形组网示意图。图4为本发明分群控命令实现方法的流程图。
具体实施例方式本发明的一种基于WSN网络的城市照明监控系统，它包括灯光支路控制器1和若干安装在路灯上的单灯控制器2，所述的灯光支路控制器1与各个单灯控制器2之间采用树形组网方式连接，即灯光支路控制器1上连接有若干个一级单灯控制器2，每个一级单灯控制器2上又分别连接了若干二级单灯控制器2 ；每个二级单灯控制器2上又连接了若干三级单灯控制器2，每个三级单灯控制器2上又连接了若干四级单灯控制器2……，依次类推， 若干级单灯控制器2和灯光支路控制器1形成树形组网的连接方式。如图2、3所示，树形组网又有图2、3所示的两种连接方式。本发明的一种基于WSN网络的城市照明单灯监控系统的群控命令的实现方法，包括(1)建立基于WSN网络的城市照明树形组网系统的控制网络，同时在灯光支路控制器和每个单灯控制器中建立直接子节点表。其中，组建控制网络包括如下步骤(101)灯光支路控制器建立网络；(102)每个单灯控制器均为一个节点，设有M个节点，M为大于等于1的自然数；一号单灯控制器扫描网络后，加入网络；此时控制网络由灯光支路控制器和一号单灯控制器组成，整个树状网络的深度为1 ；(103) 二号单灯控制器扫描网络，准备加入网络，此时有灯光支路控制器和一号单灯控制器网络均可加入，在通信质量相当的情况下，优先选择深度较浅的灯光支路控制器 (BranchNode)发送加入网络请求；BranchNode根据当前网络情况，即预置的最大子节点个数以及该二号单灯控制器携带的鉴权信息，判断BranchNode允许二号单灯控制器接入。后续加入的三号单灯控制器、四号单灯控制器……M号单灯控制器加入时，根据通信质量、当前网络情况判断是否可连接在灯光支路控制器上，如果允许，则接入灯光支路控制器，组网结束；如果不允许，则转入步骤(104)；其中，与灯光支路控制器相连的单灯控制器均为一级单灯控制器；(104)没有加入灯光支路控制器的单灯控制器扫描网络，准备加入网络，此时有一级单灯控制器网络可加入，一级单灯控制器的深度相同，优先选择通信质量高的一级单灯控制器发送加入网络请求；一级单灯控制器根据当前网络信息，即预置的最大子节点个数以及要求加入的单灯控制器携带的鉴权信息，判断是否允许这些单灯控制器接入。与一级单灯控制器相连的单灯控制器为二级单灯控制器，连接在二级单灯控制器上是三级单灯控制器……依次类推。如果所有的一级单灯控制器都允许后续的二级单灯控制器加入，则组网结束；如果不允许，则剩余的单灯控制器继续扫描网络，寻找可以加入的单灯控制器，直到所有的单灯控制器均加入控制网络，由此形成以灯光支路控制器为中心的一级单灯控制器、二级单灯控制器、三级单灯控制器……η级单灯控制器，组网结束。(2)当单灯控制器加入控制网络时，该单灯控制器的信息被写入与该单灯控制器直接相连的父节点的直接子节点表中；如果有单灯控制器要退出控制网络，则该单灯控制器原父节点将该单灯节点的信息删除。父节点是指单灯控制器的上一级单灯控制器，例如与一级单灯控制器相连的二级单灯控制器中，一级单灯控制器是二级单灯控制器的父节点，二级单灯控制器是一级单灯控制器的子节点。(3)当收到群控命令之后，灯光支路控制器在其直接子节点表中读出其存储的所有一级单灯控制器的信息，然后将该群控命令转发给这些一级单灯控制器；一级单灯控制器再向存储在其直接子节点表中的所有二级单灯控制器转发群控命令；依次类推，直到所有的单灯控制器都接收到群控命令。(4)群控命令转发完成之后，各个节点按照群控命令执行相应动作。实施例一如图2所示，该WSN网络为树形组网的一种实施方式，该实施例的控制系统有一个灯光支路控制器1和六个单灯控制器2组成。为方便描述，分别将六个单灯控制器2命名为LeafNodel、LeafNode2、LeafNode3、LeafNode4、LeafNode5 禾口 LeafNode6，下同。灯光支路控制器1分别与LeafNodel、LeafNode2相连，LeafNodel上分别连接有 LeafNode3 和 LeafNode4，LeafNode2 上分别连接有 LeafNode5 和 LeafNode6，LeafNodel、 LeafNode2 即为一级单灯控制器，LeafNode3、LeafNode4、LeafNode5 和 LeafNode6 即为二级单灯控制器。实现群控命令采用的是灯光支路控制器1向六个单灯控制器2同时发送单控命令，发送完毕之后，即实现了该WSN网络的群控。现有的控制方式中，该网络要实现对网络中的六个单灯控制器2的群控命令，命令传输路径如下向LeafNodel发送单控命令，命令传输由BranchNode传送到Leafnodel，为图2中标示的“路径1”；向LeafNode2发送单控命令，命令传输由BranchNode传送到Leafnode2，为图2中标示的“路径2”；向LeafNode3发送单控命令，命令传输由BranchNode传送到Leafnodel，再由 LeafNodel传送到LeafNode3，为图2中标示的“路径1”+ “路径3” ；向LeafNode4发送单控命令，命令传输由BranchNode传送到Leafnodel，再由 LeafNodel传送到LeafNode4，为图2中标示的“路径1”+ “路径4” ；向LeafNode5发送单控命令，命令传输由BranchNode传送到Leafnode2，再由LeafNode2传送到LeafNode5，为图2中标示的“路径2”+ “路径5” ；向LeafNode6发送单控命令，命令传输由BranchNode传送到Leafnode2，再由 LeafNode2传送到LeafNode6，为图2中标示的“路径2”+ “路径6”。所以，为了实现LeafNodel至LeafN0de6的群控命令，命令在点到点之间传输次数为“路径1”+ “路径2”+( “路径1”+ “路径3”) + ( “路径1”+ “路径4”) + ( “路径2”+ “路径5”)+ ( “路径2”+ “路径6”)，即总共发送10次。本发明提供的城市照明单灯监控系统灯光节点控制器上群控命令的实现方法是(1)建立基于WSN网络的城市照明树形组网系统的控制网络，同时在灯光支路控制器中建立直接子节点表，在每个单灯控制器中建立直接子节点表。其中，组建控制网络包括如下步骤(101)灯光支路控制器建立网络；(102) 一号单灯控制器2 (LeafNodel)扫描网络后，加入网络；此时单灯系统组成树状网络由BranchNode和LeafNodel组成，整个树状网络的深度为1。(103) 二号单灯控制器2 (LeafNode2)扫描网络，准备加入网络，发现Branchnode 和IeafNodel网络均可加入，在通信质量相当的情况下则选择深度为O的BranchNode发送加入网络请求。BranchNode判断预置的最大子节点个数以及单灯控制器携带的鉴权信息， 发现BranchNode本身还可以允许LeafNode2接入。此时树状网络深度为1，BranchNode与LeafNodel及LeafNode2进行通信时直接进行数据传输。(104)三号单灯控制器2(LeafN0de3)请求加入网络时，根据当前实际网络中 LeafNode情况，LeafNode3通过LeafNodel节点接入网络；此时树状网络深度为2。在 BranchNode与LeafNode3进行数据交互时，以下行数据为例，BranchNode将数据发送到 LeafNodel, LeafNodel再将数据路由到LeafN0de3，即每次数据传输为所逻辑组网中相邻节点，数据传输距离可控，数据传输时间为两次数据路由时间。(105)LeafNode4请求加入网络时，根据当前实际网络中LeafNode节点情况， LeafNode4通过LeafNode 1节点接入网络；此时树状网络深度仍为2。在BranchNode 与LeafNode4进行数据交互时，以下行数据为例，BranchNode将数据发送到LeafNodel， LeafNodel再将数据路由到LeafNode^即每次数据传输为逻辑组网中相邻节点，数据传输距离比直接通过BranchNode发送到LeafNodM近，数据传输时间为两次数据路由时间。(106)LeafNode5请求加入网络时，根据当前实际网络中LeafNode节点情况， LeafNode5通过LeafNode2节点接入网络。此时树状网络深度为2。在BranchNode与 LeafNode5进行数据交互时，以下行数据为例，BranchNode将数据发送到LeafNode2， LeafNode2再将数据路由到LeafN0de5，即每次数据传输为所逻辑组网中相邻节点，数据传输距离比直接通过BranchNode发送到LeafNodd近一半，数据传输时间为两次数据路由时间。后续LeafNode加入时，仍按照上述规则进行处理。在BranchNode和LeafNodel至LeafNode6启动时分别建立直接子节点表。(2)当单灯控制器2加入控制网络时，该单灯控制器2的信息被写入与该单灯控制器2相连的父节点的直接子节点表中；如果有单灯控制器要退出控制网络，则该单灯控制器2的原父节点将该单灯节点的信息删除。 即在以BranchNode为组网控制中心控制所有的LeafNode进行依次拓扑组网时，如图2所示，LeafNodel和LeafNode2的信息写入BranchNode的直接子节点表中，LeafNode3和LeafNode4的信息写入LeafNodel的直接子节点表中，LeafNode5和 LeafNode6的信息写入LeafNode2的直接子节点表中，即将每一个加入网络的LeafNode的信息写入与该LeafNode连接的上一级LeafNode的直接子节点表中。(3)在需要对所有LeafNode发送控制命令式时，BranchNode向其直接子节点表中存有信息的LeafNodel和LeafNodd发送控制命令，LeafNodel接收到命令后，再将命令发送至其直接子节点表中存有信息的LeafN0de3和LeafNode^ LeafNode2接收到命令后，再将命令发送至其直接子节点表中存有信息的LeafN0de5和LeafN0de6。本发明实现群控命令的路径如下表1所示表1
节点直接子节点表中的信息群控命令BranchNodeLeafNodel LeafNode2经路径1发给LeafNodel 经路径2发给LeafNode权利要求
1.一种基于WSN网络的照明监控系统，它包括灯光支路控制器(1)和若干安装在路灯上的单灯控制器O)，其特征在于所述的灯光支路控制器(1)与各个单灯控制器( 之间采用树形组网方式连接，即灯光支路控制器(1)上连接有若干个一级单灯控制器O)，每个一级单灯控制器( 上又分别连接了若干二级单灯控制器O)；每个二级单灯控制器(2) 上又连接了若干三级单灯控制器O)，依次类推，灯光支路控制器(1)和若干级单灯控制器 (2)形成树形组网的连接方式。
2.权利要求1所述的一种基于WSN网络的照明监控系统的群控命令的实现方法，其特征在于，它包括(1)建立基于WSN网络的城市照明树形组网系统的控制网络，同时在灯光支路控制器以及每个单灯控制器中分别建立直接子节点表；(2)当单灯控制器加入控制网络时，该单灯控制器的信息被写入其父节点的直接子节点表中；如果有单灯控制器要退出控制网络，则该单灯控制器的原父节点将该单灯节点信息删除；(3)当收到群控命令之后，灯光支路控制器在直接子节点表中读出其存储的所有一级单灯控制器的信息，然后将该群控命令转发给一级单灯控制器；一级单灯控制器再向存储在其直接子节点表中的所有二级单灯控制器转发群控命令；依次类推，直到所有的单灯控制器都接收到群控命令；(4)群控命令转发完成之后，各个节点按照群控命令执行相应动作。
3.根据权利要求2所述的一种基于WSN网络的照明监控系统的群控命令的实现方法， 其特征在于，所述的步骤(1)包括如下步骤(101)灯光支路控制器建立网络；(102)每个单灯控制器均为一个节点，设有M个节点，M为大于等于1的自然数；一号单灯控制器扫描网络后，加入网络；此时控制网络由灯光支路控制器和一号单灯控制器组成，整个树状网络的深度为1 ；(103)二号单灯控制器扫描网络，准备加入网络，此时有灯光支路控制器和一号单灯控制器网络均可加入，在通信质量相当的情况下，优先选择深度较浅的灯光支路控制器发送加入网络请求；灯光支路控制器根据当前网络情况，即预置的最大子节点个数以及二号单灯控制器携带的鉴权信息，判断灯光支路控制器允许二号单灯控制器接入；后续加入的三号单灯控制器、四号单灯控制器……M号单灯控制器加入时，根据通信质量、当前网络情况判断是否可连接在灯光支路控制器上，如果允许，则接入灯光支路控制器，组网结束；如果不允许，则转入步骤(104)；其中，与灯光支路控制器直接相连的单灯控制器均为一级单灯控制器；(104)没有加入灯光支路控制器的单灯控制器扫描网络，准备加入网络，此时有一级单灯控制器网络可加入，一级单灯控制器的深度相同，优先选择通信质量高的一级单灯控制器，发送加入网络请求；一级单灯控制器根据当前网络情况，即预置的最大子节点个数以及该单灯控制器携带的鉴权信息，判断允许这些单灯控制器接入；与一级单灯控制器相连的单灯控制器为二级单灯控制器；如果所有的一级单灯控制器都允许后续的二级单灯控制器加入，则组网结束；如果不允许，则剩余的单灯控制器继续扫描网络，寻找可以加入的单灯控制器，直到所有的单灯控制器均加入控制网络；由此形成以灯光支路控制器为中心的一级单灯控制器、二级单灯控制器、三级单灯控制器……η级单灯控制器组成的网络，组网结束。
全文摘要
本发明公开了一种基于WSN网络的照明监控系统，它包括灯光支路控制器和若干安装在路灯上的单灯控制器，所述的灯光支路控制器与各个单灯控制器之间采用树形组网方式连接，即灯光支路控制器上连接有若干个一级单灯控制器，每个一级单灯控制器上又分别连接了若干二级单灯控制器；每个二级单灯控制器上又连接了若干三级单灯控制器，依次类推，灯光支路控制器和若干级单灯控制器形成树形组网的连接方式。本发明还公开了该监控系统的群控命令的实现方法。本发明降低模块间通信距离，提高了系统的通信可靠性；对于树形组网方式采用更加高效的群控命令，大大降低了对网络信道的占用；通信成功率不低于99％。
文档编号H04L29/08GK102413607SQ20111025292
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者李沛祥, 杜庆峰, 邓士伟 申请人:南京博络克信息技术服务有限公司