工業裝備及環境監控的wsn信息感知系統及方法

2023-06-02 13:54:41

工業裝備及環境監控的wsn信息感知系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於工業裝備和農業、交通、倉儲、居住等環境監控的WSN信息感知系統及方法，所述方法包括：無線採集器通過對應傳感器接口獲取工業裝備或環境中的傳感數據，經過處理後通過自組網發送到無線網關；無線控制器按照接收到的控制指令對執行設備進行控制並將狀態信息反饋給無線網關；無線網關將接收到的傳感數據及狀態信息上傳到基站，並將基站發送的控制指令下傳到無線控制器；基站將接收的傳感數據及狀態信息處理後發送到本地監控終端並將本地監控終端的控制指令發送到無線網關；本地監控終端可以存儲、顯示採集到的傳感數據，並發出控制指令，從而解決了在工業現場中對工業裝備及環境狀態信息的採集、無線傳輸和控制。
【專利說明】工業裝備及環境監控的WSN信息感知系統及方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及工業裝備和農業、交通、倉儲、居住等環境監控方法，尤其是一種用於 如工業裝備物聯網管控、工業環境監控等場合的WSN信息感知系統及方法。

【背景技術】
[0002] 目前，對工業裝備狀態進行監測主要採用以下三種方法：（1)離線的人工巡檢，這 是許多中小型企業通常採用的辦法；（2)有條件的大中型企業採用有線的辦法；（3) 2G或3G 公共無線網方法。分析以上三種方法，發現存在下述問題：
[0003] 1.離線的人工巡檢方法儘管有一定的效果，但缺乏實時性、及時性、準確性、遠程 化、網絡化和低成本，而且漏報率較高。
[0004] 2.採用有線辦法的數據傳輸的可靠性是容易保證的，但從更廣泛的應用實際意義 和未來發展的角度看，主要存在下述幾個方面的問題：①對移動的工業裝備不適用。②系統 投資大、成本高、性能價格比低。③系統的電纜復用率低、複雜性高，因而系統的故障率高、 不便於維護。④系統的擴展性差，使得監測容量相對較小，特別是在其監測系統己安裝好後 需要增加監測區域的情況下，需要對軟體及硬體作較大的改動，甚至需要重新設計製作。 [0005] 3.採用2G或3G等公共無線網監測和預警，對於大範圍區域移動工業裝備確是一 個值得考慮的解決方案，但對於工業現場和小範圍區域移動的工業裝備卻不盡合理，因為 它的運行成本高，普及推廣價值不大。更為重要的是，無線收發模塊由於天線等元件的表面 靜電電荷、高頻輻射等因素在收發功率較大時可能產生高頻電火花，特別在環境惡劣時發 生的可能性更大。而且，根據2G或3G系統的無線數據傳輸的固有機理，無線收發功率常常 會由於需要監控的區域範圍大而較大。因此，在將其用於不可避免地存在易燃、易爆氣體、 粉塵和流體的石油、化工企業的環境中時，常常很難達到防爆的安全要求。


【發明內容】

[0006] 發明目的：為了克服現有技術的缺點，本發明提供一種用於工業裝備及環境監控 的WSN感知系統和方法，解決了在工業現場中對工業裝備及環境狀態信息的採集與無線傳 輸，並實現傳感信息的顯示以及對執行設備的控制，有利於準確診斷並防範故障。
[0007] 技術方案：一種用於工業裝備及環境監控的WSN信息感知系統，包括：
[0008] 無線採集器，分布在監測現場環境中，由乾電池或工業現場基礎供電設施供電，用 於存儲工業裝備的信息、獲取工業裝備或工業環境的參數信息；無線採集器將採集到的傳 感器數據通過該感知系統自組網絡發送到無線網關；
[0009] 無線控制器，由工業現場基礎供電設施供電，用於接收無線網關傳來的控制指令， 按照控制指令對諸如驅動電機、電磁閥、聲光報警器等開關型執行設備進行控制，並反饋執 行設備的狀態信息給無線網關；同時，其作為系統自組織網絡的一部分，可以轉發無線採集 器的傳感器數據到無線網關；
[0010] 無線網關，由工業現場基礎供電設施供電，用於進行網絡中的數據交換與路由選 擇，將基站傳來的控制指令發送給無線控制器，同時作為系統中底層無線傳感器網絡的匯 聚節點，負責接收無線採集器通過自組網傳來的傳感數據以及無線控制器反饋回來的狀態 信息，將其無線發送到基站；
[0011] 基站，設置在工業現場的監控室內，通過串口與監控室內的本地監控終端相連，作 為無線傳感器網絡和本地監控終端的連接點；基站下行通過無線通信模塊接收無線網關 傳來的工業裝備或環境的傳感數據和狀態信息，將其經過分析、處理、配置後，上行通過串 口發往本地監控終端，並將本地監控終端下達的控制指令通過無線通信模塊發送到無線網 關。
[0012] 本地監控終端，接收基站上傳的傳感數據和狀態信息，存儲、顯示採集到的傳感數 據，工作人員根據本地監控終端顯示的傳感數據決定相應執行設備的開/關操作，並由本 地監控終端發送控制指令到基站。
[0013] 為了增強便捷性監控和適應於大數據存儲和管理的需要，優選地，還可以增設移 動監控終端和遠程監控中心，均可以都過移動網際網路/網際網路接收基站發送的傳感數據包 和狀態消息包，實現移動式監控，同時可達到對數據的存儲和後續分析、以及對工業裝備和 環境的遠程診斷。
[0014] 一種用於工業裝備及環境監控的WSN信息感知方法，基於上述的信息感知系統， 並包括如下步驟：
[0015] 2. 1.無線採集器、無線控制器、無線網關、基站上電初始化；
[0016] 2. 1. 1.基站發出系統預啟動數據包給無線網關，保持偵聽狀態；
[0017] 2. 1.2.無線網關保持偵聽狀態，將自身到匯聚節點（即無線網關自身）的跳數hsQ 設置為〇 ;
[0018] 2. 1. 3.無線採集器保持偵聽狀態，將自身到匯聚節點（無線網關）的跳數hs初始 化為〇 ;
[0019] 2. 1. 4.無線控制器採集執行設備的狀態信息，發送至無線網關；
[0020] 2. 2.無線網關若未收到系統預啟動數據包則繼續保持偵聽狀態；若收到系統預 啟動數據包，則廣播路由更新消息包（該消息包包含H s欄位，其值等於該節點的hs值），並 啟動路由更新定時器Timerl,轉至2. 3 ;
[0021] 2.3.若無線網關的路由更新定時器Timerl時間到，則進行新一輪的路由更新過 程，廣播路由更新消息包，轉至2. 4 ;若路由更新定時器Timerl時間未到，則無線網關繼續 保持偵聽狀態；
[0022] 2. 4.無線控制器若收到來自無線網關的路由更新消息包，則將路由更新消息包中 的扎加1後廣播該消息；無線採集器若收到路由更新消息包，首先檢查消息包內的傳輸控 制欄位TControl，若是首次收到該TControl的消息包，則將無線採集器自身的h s更新為 Hs+1，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為Γ (比自己到匯聚節點跳數少1的節點），將路 由更新消息包中的扎加1後廣播該消息；若不是首次收到該TControl的消息包，則不需要 廣播該消息包並按如下規則進一步處理：
[0023] 2.4. 1.若無線採集器自身的hs等於Hs+1，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為 H_;
[0024] 2. 4. 2.若無線採集器自身的hs等於Hs，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為 H°(與自己到匯聚節點跳數相同的節點）；
[0025] 2.4.3.若無線採集器自身的hs等於Hs_l，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為 H+(比自己到匯聚節點跳數多1的節點）；
[0026] 2. 4. 4.若無線採集器收到的Hs為其他值，則不作處理；
[0027] 2. 5.路由更新過程結束後，網絡中的每個無線採集器獲得自己到匯聚節點的跳數 以及其鄰居節點到匯聚節點的跳數，無線採集器的無線通信模塊保持偵聽狀態，轉至2. 6 ;
[0028] 2. 6.無線採集器開啟數據採集定時器Timer2,周期性地採集傳感器數據；
[0029] 2. 7.若無線採集器的數據採集定時器Timer2時間到，採集相應的傳感器數據，將 數據包通過自組網算法發送到無線網關；若無線採集器的數據採集定時器Timer2時間未 至IJ，則繼續保持偵聽狀態；
[0030] 2. 8.若無線採集器接收到其他採集器發來的數據包，則採用自組網算法轉發該數 據包到無線網關，轉至2. 9;
[0031] 2. 9.無線網關若接收到其他節點傳來的信息：
[0032] 2. 9. 1.無線網關接收到無線採集器或無線控制器發送來的傳感數據包，則將其發 送到基站，轉至2. 13 ;
[0033] 2. 9. 2.無線網關接收到無線控制器發送來的執行設備狀態信息包，則將其發送到 基站，轉至2. 13 ;
[0034] 2. 9. 3.無線網關接收到基站發送來的控制指令，則將其發送到無線控制器，轉至 2. 10 ；
[0035] 2. 10.無線控制器若收到無線網關發送來的控制指令，則按照指令中的要求對相 應的執行設備進行開關控制，開啟等待定時器Timer3 ;
[0036] 2. 11.無線控制器的等待定時器Timer3時間到，採集執行設備的狀態，將其封裝 進狀態信息包發送到無線網關；
[0037] 2. 12.無線控制器若收到無線採集器發來的傳感數據包，則將其轉發到無線網 關；
[0038] 2. 13.若基站的無線通信模塊接收到無線網關發送來的傳感器數據包或執行設備 狀態消息包，則將其進行一定處理後發送到監控終端；若基站接收到監控終端傳來的控制 指令，則將其通過無線通信模塊發送到無線網關；
[0039] 2. 14.若監控終端接收到基站的傳感器數據包，則存儲數據包中的監測數據並顯 示該實時數據，工作人員可以根據顯示的各組數據決定如何對相關的執行設備進行控制， 發送控制指令；若監控終端收到的是執行設備狀態消息包，則更新頁面上顯示的執行設備 狀態。
[0040] 有益效果：本發明用於工業裝備及環境監控的信息感知方法解決了在工業現場中 對工業裝備及環境狀態信息的採集與無線傳輸，並配合監控終端軟體實現傳感信息的顯示 以及對執行設備的控制，有利於準確診斷並防範故障、降低運行成本、提高生產效率，而且 對及時發現並排除事故隱患都具有重要意義。
[0041] 整個系統投資小、成本低、易於維護，根據現場情況的不同，可對硬體進行相應擴 展，而無需對軟體重裝製作，適合在多種場合推廣應用。
[0042] 通過廣播路由更新消息包的數據傳輸方式，在每個要廣播的消息包中設置傳輸控 制欄位TControl，傳輸控制欄位保證每個數據包只被廣播一次，若節點再次收到相同的傳 輸控制欄位的數據包，就不會繼續廣播，這樣可以避免引起廣播風暴，浪費系統的能量。 [0043] 本發明採用的自組網算法利用多路徑傳輸的辦法，無線採集器將採集的傳感器數 據通過無線方式發送至無線網關，自組網算法可以計算有效傳輸路徑，保證了數據無線傳 輸的可靠性。通過無線傳輸方式，利用現場裝備的合理布局，信息收發安全，提高了整個系 統運行安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044] 圖1是工業裝備及環境監控系統框圖。
[0045] 圖2是無線採集器結構圖。
[0046] 圖3是無線網關結構圖。
[0047] 圖4是無線控制器結構圖。
[0048] 圖5是基站結構圖。
[0049] 圖6是本發明監控方法的主程序流程圖。
[0050] 圖7是無線採集器的程序流程圖。
[0051] 圖8是無線網關的程序流程圖。
[0052] 圖9是無線控制器的程序流程圖。
[0053] 圖10是基站的程序流程圖。
[0054] 圖11是自組網算法流程圖。

【具體實施方式】
[0055] 下面通過附圖對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於 所述實施例。
[0056] 實施例1 :如圖1所示的用於工業裝備及環境監控系統，包括無線採集器1、無線網 關2、無線控制器3、基站4以及本地監控終端5、移動監控終端6和遠程監控中心7。移動 監控終端6和遠程監控中心7為更好地提高監控效果，移動監控終端6和遠程監控中心7 可通過移動網際網路/網際網路接收基站4發送的傳感數據包和狀態消息包，達到便攜性監控 的效果，同時可將收到的數據進行存儲和後續分析。
[0057] 無線採集器與外部傳感器相連，周期性地採集相應工業裝備或環境的信息，將傳 感器數據通過自組網算法發送至無線網關，無線網關將數據發送至基站，基站對無線接收 到的數據進行分析、處理、配置後將其通過串口發送至本地監控終端，工作人員根據本地監 控終端顯示的數據決定相應執行設備的開/關操作，由本地監控終端發送控制指令到基 站，基站將控制指令發送到無線網關，無線網關將控制指令發送到無線控制器，無線控制器 根據控制指令控制執行設備的開/關，並採集執行設備的狀態信息原路發送到基站，由基 站將狀態信息發送至本地監控終端顯示。
[0058] 如圖2所示，無線採集器主要在第1處理器單元控制下，通過傳感器單元與外部傳 感器相連，周期性地採集工業裝備或環境信息。通過第1無線收發單元實現數據的異步收 發，臨時數據存儲於第1存儲器單元，第1調試及通信接口方便程序的調試，第1電源單元 為除傳感器單元以外的傳感器節點提供電源。
[0059] 如圖3所示，無線網關主要在第2處理器單元控制下，通過第2無線收發單元實現 數據的異步收發，臨時數據存儲於第2存儲器單元，第2調試及通信接口方便程序的調試， 第2電源單元為無線網關提供電源。
[0060] 如圖4所示，無線控制器主要在第3處理器單元控制下，通過控制單元實現對執行 設備的控制與狀態採集，通過第3無線收發單元實現數據的異步收發，臨時數據存儲於第3 存儲器單元，第3調試及通信接口方便程序的調試，第3電源單元為無線控制器提供電源。
[0061] 如圖5所示，基站主要在第4處理器單元控制下，通過第4無線收發單元實現數據 的異步收發，臨時數據存儲於第4存儲器單元，第4調試及通信接口方便程序的調試，第4 電源單元為基站提供電源，PC接口單元為與本地監控終端通信的接口單元。
[0062] 實施例1
[0063] 如圖1所示的工業裝備及環境監控系統的所有節點（包括無線採集器、無線網關、 無線控制器、基站）上電並進行初始化。無線採集器初始化其第1無線收發單元，使其處於 信息接收狀態；初始化傳感器單元，準備採集數據。無線網關初始化其第2無線收發單元， 使其處於信息收發狀態。無線控制器初始化其第3無線收發單元，使其處於信息接收狀態； 無線控制器初始化控制單元，準備採集執行設備狀態。基站初始化其第4無線收發單元，準 備啟動系統。
[0064] 如圖6所示，本工業裝備及環境信息感知方法包括下列步驟：
[0065] 2. 1.無線採集器、無線控制器、無線網關、基站上電初始化；
[0066] 2. 1. 1.基站發出系統預啟動數據包給無線網關，保持偵聽狀態；
[0067] 2. 1. 2.無線網關保持偵聽狀態，將自身到匯聚節點（即無線網關自身）的跳數hsQ 設置為〇 ;
[0068] 2. 1. 3.無線採集器保持偵聽狀態，將自身到匯聚節點（無線網關）的跳數hs初始 化為〇 ;
[0069] 2. 1. 4.無線控制器採集執行設備的狀態信息，發送至無線網關；
[0070] 2. 2.無線網關若未收到系統預啟動數據包則繼續保持偵聽狀態；若收到系統預 啟動數據包，則廣播路由更新消息包（該消息包包含H s欄位，其值等於該節點的hs值），並 啟動路由更新定時器Timerl,轉至2. 3 ;
[0071] 2.3.若無線網關的路由更新定時器Timerl時間到，則進行新一輪的路由更新過 程，廣播路由更新消息包，轉至2. 4 ;若路由更新定時器Timerl時間未到，則無線網關繼續 保持偵聽狀態；
[0072] 2. 4.無線控制器若收到來自無線網關的路由更新消息包，則將路由更新消息包中 的扎加1後廣播該消息；無線採集器若收到路由更新消息包，首先檢查消息包內的傳輸控 制欄位TControl，若是首次收到該TControl的消息包，則將無線採集器自身的h s更新為 Hs+1，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為Γ (比自己到匯聚節點跳數少1的節點），將路 由更新消息包中的扎加1後廣播該消息；若不是首次收到該TControl的消息包，則不需要 廣播該消息包並按如下規則進一步處理：
[0073] 2.4. 1.若無線採集器自身的hs等於Hs+1，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為 H_;
[0074] 2. 4. 2.若無線採集器自身的hs等於Hs，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為 H°(與自己到匯聚節點跳數相同的節點）；
[0075] 2.4.3.若無線採集器自身的hs等於Hs_l，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為 H+(比自己到匯聚節點跳數多1的節點）；
[0076] 2. 4. 4.若無線採集器收到的Hs為其他值，則不作處理；
[0077] 2. 5.路由更新過程結束後，網絡中的每個無線採集器獲得自己到匯聚節點的跳數 以及其鄰居節點到匯聚節點的跳數，無線採集器的無線通信模塊保持偵聽狀態，轉至2. 6 ;
[0078] 2. 6.無線採集器開啟數據採集定時器Timer2,周期性地採集傳感器數據；
[0079] 2. 7.若無線採集器的數據採集定時器Timer2時間到，採集相應的傳感器數據，將 數據包通過自組網算法發送到無線網關；若無線採集器的數據採集定時器Timer2時間未 至IJ，則繼續保持偵聽狀態；
[0080] 2. 8.若無線採集器接收到其他採集器發來的數據包，則採用自組網算法轉發該數 據包到無線網關，轉至2. 9;
[0081] 2. 9.無線網關若接收到其他節點傳來的信息：
[0082] 2. 9. 1.無線網關接收到無線採集器或無線控制器發送來的傳感數據包，則將其發 送到基站，轉至2. 13 ;
[0083] 2. 9. 2.無線網關接收到無線控制器發送來的執行設備狀態信息包，則將其發送到 基站，轉至2. 13 ;
[0084] 2. 9. 3.無線網關接收到基站發送來的控制指令，則將其發送到無線控制器，轉至 2. 10 ；
[0085] 2. 10.無線控制器若收到無線網關發送來的控制指令，則按照指令中的要求對相 應的執行設備進行開關控制，開啟等待定時器Timer3 ;
[0086] 2. 11.無線控制器的等待定時器Timer3時間到，採集執行設備的狀態，將其封裝 進狀態信息包發送到無線網關；
[0087] 2. 12.無線控制器若收到無線採集器發來的傳感數據包，則將其轉發到無線網 關；
[0088] 2. 13.若基站的無線通信模塊接收到無線網關發送來的傳感器數據包或執行設備 狀態消息包，則將其進行一定處理後發送到本地監控終端；若基站接收到本地監控終端傳 來的控制指令，則將其通過無線通信模塊發送到無線網關；
[0089] 2. 14.若本地監控終端接收到基站的傳感數據包，則存儲數據包中的監測數據並 顯示該實時數據，工作人員可以根據顯示的各組數據決定如何對相關的執行設備進行控 制，發送控制指令；若本地監控終端收到的是執行設備狀態消息包，則更新頁面上顯示的執 行設備狀態。
[0090] 系統中各節點上電初始化後，首先基站發送系統預啟動數據包給無線網關。表1 為系統預啟動數據包格式：其中數據包類型為0x01表示系統預啟動數據包；源地址為基站 地址；目的地址為無線網關的地址。
[0091] 表1系統預啟動數據包的格式
[0092]

【權利要求】
1. 一種用於工業裝備及環境監控的WSN信息感知系統，其特徵在於，包括： 無線採集器，分布在監測現場環境中，用於獲取和存儲工業裝備或環境的傳感數據，並 將獲取的傳感數據通過自組網發送到無線網關； 無線控制器，用於接收無線網關傳來的控制指令、按照控制指令對開關型執行設備進 行控制、並反饋執行設備的狀態信息給無線網關，同時可以轉發無線採集器的傳感數據到 無線網關； 無線網關，用於系統自組網中的數據交換和路由選擇、將基站傳來的控制指令發送給 無線控制器，同時作為底層無線傳感器網絡的匯聚節點、負責接收無線採集器通過自組網 傳來的傳感數據以及無線控制器反饋回來的狀態信息無線發送到基站； 基站，設置在工業現場的監控室內，通過串口與本地監控終端相連，作為無線傳感器網 絡和本地監控終端的連接點，基站下行接收無線網關傳來的工業裝備或環境的傳感數據和 狀態信息，將其經過分析、處理、配置後，上行通過串口發往本地監控終端，並將本地監控終 端下達的控制指令發送到無線網關； 本地監控終端，接收基站上傳的傳感數據和狀態信息，存儲、顯示採集到的傳感數據， 工作人員根據本地監控終端顯示的傳感數據決定相應執行設備的開/關操作，並由本地監 控終端發送控制指令到基站。
2. -種利用權利要求1所述系統進行WSN信息感知方法，其特徵在於，包括如下步驟： 第1步：無線採集器、無線控制器、無線網關和基站上電初始化；將無線網關設置為底 層無線傳感器網絡的匯聚節點，基站發出系統預啟動數據包給無線網關、基站保持偵聽狀 態，無線網關保持偵聽狀態、將自身到匯聚節點的跳數hs(l設置為0,無線採集器保持偵聽狀 態、將自身到匯聚節點的跳數h s設置為0,無線控制器採集執行設備的狀態信息，發送至無 線網關、保持偵聽狀態； 第2步：無線網關若未收到系統預啟動數據包則繼續保持偵聽狀態；若收到系統預 啟動數據包，則廣播路由更新消息包，並開啟路由更新定時器Timerl，路由更新定時器 Timerl時間到後，無線網關廣播路由更新消息包：無線控制器收到來自無線網關的更新消 息包後，將跳數H s加1後廣播該消息包；無線採集器接收到更新消息包後，則根據消息包中 的傳輸控制欄位TControl決定是否將跳數H s加1後繼續廣播消息包，並按照路由協議規 則更新自己的跳數hs及鄰居表信息；若路由更新定時器Timerl時間未到，則無線網關繼續 保持偵聽狀態； 第3步：路由更新過程結束後，無線採集器開啟數據採集定時器Timer2,周期性地採集 傳感數據，數據採集定時器Timer2時間到後將傳感數據包通過自組網算法發送至無線網 關；若數據採集定時器Timer2時間未到，則無線採集器繼續保持偵聽狀態；若無線採集器 接收到其他無線採集器發來的傳感數據包，則採用自組網算法轉發該傳感數據包到無線網 關； 第4步：若無線網關收到無線採集器或無線控制器發送來的傳感數據包或者無線控制 器發送的狀態信息包、則發送至基站，若無線網關收到基站發來的控制指令、則將控制指令 發送到無線控制器； 第5步：若無線控制器收到無線網關發送來的控制指令，則按照控制指令中的要求對 相應的執行設備進行開關控制，開啟定時器Timer3,無線控制器的定時器Timer3時間到 後，採集執行設備的狀態並將其封裝進狀態信息包發送到無線網關；無線控制器若收到無 線採集器發來的傳感數據包，則將其轉發到無線網關； 第6步：若基站接收到無線網關發送來的傳感數據包或狀態信息包，則將其進行一定 處理後發送到本地監控終端；若基站接收到本地監控終端傳來的控制指令，則將其發送到 無線網關； 第7步：若本地監控終端接收到基站的傳感數據包，則存儲傳感數據包中的監測數據 並顯示該實時數據，工作人員可以根據顯示的各組數據決定如何對相關的執行設備進行控 制，發送控制指令；若本地監控終端收到的是狀態消息包，則更新頁面上顯示的執行設備狀 態。
3.根據權利要求2所述的信息感知方法，其特徵在於，無線採集器的工作流程包括下 列步驟： 3. 1.無線採集器上電初始化，將自身到匯聚節點無線網關的跳數hs初始化為0,無線 採集器的通信模塊保持偵聽狀態，； 3. 2.若無線採集器收到路由更新消息包，則根據消息包中的Hs和TControl欄位決定 是否更新自己的匕及是否繼續廣播扎加1後的路由更新消息包；同時根據收到的消息包記 錄鄰居節點並分類； 3. 3.路由更新過程結束後，網絡中的每個無線採集器獲得自己到匯聚節點的跳數以及 其鄰居節點到匯聚節點的跳數； 3.4.無線採集器開啟數據採集定時器Timer2,周期性地採集傳感器數據； 3. 5.若無線採集器的數據採集定時器Timer2時間到，則採集傳感器數據，作為源節點 將傳感器數據包通過自組網算法發送到匯聚節點；若數據採集定時器Timer2時間未到，則 保持偵聽狀態； 3. 6.若無線採集器收到鄰居節點傳來的傳感器數據包，則作為轉發節點將該數據包通 過自組網算法發送到匯聚節點。
4. 根據權利要求2所述的信息感知方法，其特徵在於，無線網關的工作流程包括下列 步驟： 4. 1.無線網關上電初始化，將自身到匯聚節點的跳數hs(l設置為0,保持偵聽狀態； 4. 2.若無線網關收到基站發來的系統預啟動數據包，則廣播路由更新消息包，並啟動 路由更新定時器Timerl，周期性地廣播路由更新消息包； 4.3. 若無線網關的路由更新定時器Timerl時間到，則廣播新的路由更新消息包，開始 新一輪的路由更新過程；若路由更新定時器Timerl時間未到，則繼續保持偵聽狀態； 4. 4.無線網關若接收到其他節點傳來的信息： 4.4. 1.無線網關接收到無線採集器或無線控制器發送來的傳感器數據包，則將其發送 到基站； 4. 4. 2.無線網關接收到無線控制器發送來的執行設備狀態信息包，則將其發送到基 站； 4. 4. 3.無線網關接收到基站發送來的控制指令，則將其發送到無線控制器。
5. 根據權利要求2所述的信息感知方法，其特徵在於，無線控制器的工作流程包括下 列步驟： 5. 1.無線控制器上電初始化，採集執行設備的狀態信息，發送至無線網關，無線控制器 保持偵聽狀態； 5. 2.無線控制器若收到來自無線網關的路由更新消息包，則將路由更新消息包中的Hs 加1後廣播該消息； 5. 3.無線控制器若收到無線採集器發來的傳感數據包，則將其轉發到無線網關； 5. 4.無線控制器若收到無線網關發送來的控制指令，則按照指令中的要求對相應的執 行設備進行開關控制，開啟等待定時器Timer3 ; 5. 5.無線控制器的等待定時器Timer3時間到，採集執行設備的狀態，將其封裝進狀態 信息包發送到無線網關。
6. 根據權利要求2所述的信息感知方法，其特徵在於，基站的工作流程包括下列步驟： 6. 1.基站上電初始化，發出系統預啟動數據包給無線網關，基站保持偵聽狀態； 6. 2.若基站的無線通信模塊接收到無線網關發送來的傳感器數據包或執行設備狀態 消息包，則將其進行一定處理後發送到本地終端； 6. 3.若基站接收到本地終端傳來的控制指令，則將控制指令通過基站的無線通信模塊 發送到無線網關。
7. 根據權利要求2或3述的信息感知方法，其特徵在於，所述自組網算法包括下列步 驟： 7. 1.無線網關將自身到匯聚節點的跳數hs(l設置為0,廣播路由更新消息包，該消息包 包含Hs欄位，其值等於該節點的h s(l值，並啟動路由更新定時器Timerl，周期性地廣播路由 更新消息包； 7. 2.無線控制器若收到來自無線網關的路由更新消息包，則將路由更新消息包中的Hs 加1後廣播該消息；無線採集器若收到路由更新消息包，首先檢查消息包內的傳輸控制字 段TControl，若是首次收到該TControl的消息包，則將無線採集器自身的h s更新為Hs+1， 記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為Η'即比自己到匯聚節點跳數少1的節點，將路由更 新消息包中的扎加1後廣播該消息；若不是首次收到該TControl的消息包，則不需要廣播 該消息包並按如下規則進一步處理： 7. 2. 1.若無線採集器自身的hs等於Hs+1，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為！Γ，即 比自己到匯聚節點跳數少1的節點； 7. 2. 2.若無線採集器自身的hs等於Hs，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為H°，即與 自己到匯聚節點跳數相同的節點； 7. 2. 3.若無線採集器自身的hs等於Hs-1，記錄該鄰居節點的ID號並將其分類為H+，即 比自己到匯聚節點跳數多1的節點； 7. 2. 4.若無線採集器收到的Hs為其他值，則不作處理； 7. 3.路由更新過程結束後，網絡中的每個無線採集器獲得自己到匯聚節點的跳數以及 其鄰居節點到匯聚節點的跳數； 7. 4.若無線採集器的數據採集定時器Timer2時間到，則採集傳感器數據，作為源節點 將傳感器數據包通過自組網算法發送到匯聚節點： 7. 4. 1.計算源節點需要的成功傳輸路徑數Ps :P (rs，es，hs) = (log (l-rs)) / (l〇g(l-(l-es)hs));其中，rs是可靠性參數，是小於1的正數，表示系統要求的數據源發送 數據分組到匯聚節點的成功概率；es是信道差錯率，也是小於1的正數，表示每個節點到自 己的鄰居節點的信道質量，假設在整個網絡中該值是相同的；hs是該節點到匯聚節點的跳 數； 7. 4. 2.源節點首先從Γ類鄰居節點中選取一個作為默認的下一跳節點，默認的下一跳 節點轉發數據概率設為1 ;當（l_es)大於或等於路徑數匕時，表明源節點只需默認下一跳 節點就可滿足系統可靠性要求，轉至7. 4. 5 ;否則，還需計算額外的路徑數，轉至7. 4. 3 ; 7.4.3.計算額外路徑數P= (l〇g(l-rs)V(l〇g(l-(l-es) hs))-(l-es);額外路徑下一跳 節點的選取原則是：首先優先從Γ類鄰居節點中選取下一跳節點：當路徑數P值大於Γ中 的節點數時，才需要從H°中選取；如P值大於H°和H_中節點數之和，才從H+中選取節點； 7. 4. 4.每類鄰居節點中被選取的節點都需為源節點創建一定數目的路徑數，才能確 保所有選中節點提供的路徑數總和為P ;用PH_，PH°，PH+表示Γ，H°，H+中被選中作為下一跳 的節點需要為源節點創建的路徑數，設H_，H°，H+中選擇的節點數依次為N H_，NH°，NH+，則有： Ph-Nh-+Ph°Nh°+Ph+N h+ = P ;PH-，PH°，PH+ 的分配比例為：PH- = Pj/Va-eJ = PH7(l_es)2 ; 7. 4. 5.源節點在發送的數據包的路由欄位添加三個參數：63、113和？ 11，其中？11表示在集 合Η選中作為下一跳的節點需要為源節點創建的路徑數目，集合Η包括H_，H°，H+中的全部 節點；將數據包發送到選中的下一跳節點； 7. 5.若無線採集器收到鄰居節點發送來的數據包，則按照與數據包中路由欄位的路徑 數PH相同的概率確定是否轉發數據包，如確定要轉發，轉至7.6 ;否則丟棄該數據包； 7.6.無線採集器重新計算可靠性值：ri = i-a-a-es)hs，pH;ri是該節點i為了保證 上一跳節點s指定的可靠性而重新計算出的可靠性值；無線採集器將自己作為源節點，利 用自己的參數A、es和h s重新計算所需的傳輸路徑數，轉至7. 4. 1 ; 7. 7.無線控制器若收到無線採集器發來的傳感數據包，則將其轉發到無線網關； 7. 8.這個路由選擇過程持續下去，一直到達匯聚節點無線網關為止。
8. 根據權利要求2所述的信息感知方法，其特徵在於：所述系統預啟動數據包的格式 包括包類型、源地址、目的地址和CRC校驗，源地址為基站地址、目的地址為無線網關的地 址；所述路由更新消息包的格式包括包類型、源地址、目的地址、跳數、傳輸控制和CRC校 驗；所述狀態信息包的格式包括起始標識符、包類型、狀態信息和結束標識符；所述傳感數 據包的格式包括起始標識符、包類型、工業裝備ID、傳感信息和結束標識符。
9. 根據權利要求2所述的信息感知方法，其特徵在於：所述傳感數據包的數據內容包 括路由欄位、工業裝備或環境的編號、工業裝備或環境的傳感參數，其中路由欄位由信道差 錯率、到匯聚節點的跳數、分配路徑數以及目的地址組成。
【文檔編號】H04W84/18GK104157120SQ201410414547
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】陳俊傑, 於淼 申請人:南京拓諾傳感網絡科技有限公司, 東南大學