專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明'屬于環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域，特別涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù) 傳輸和定位系統(tǒng)。
技術(shù)背景在針對(duì)大面積的復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，對(duì)布置有線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控點(diǎn)來說，可 能面臨著復(fù)雜的環(huán)境，增加了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施和維護(hù)成本。此外，在某些應(yīng)用 場(chǎng)合下，用戶希望在部分網(wǎng)絡(luò)遇到損害時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的其余部分仍然可用，這樣可 以為緊急救援等提供必要的幫助。如果能夠采用基本相同的軟件硬件架構(gòu)布設(shè) 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、支持無線通信、支持多種類型的數(shù)據(jù)傳輸、并支持分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)以保證網(wǎng)絡(luò)的抗毀性、支持節(jié)點(diǎn)定位，那么對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的鋪設(shè)、維護(hù)和升級(jí)成本和^:毀性都具有更高的實(shí)用價(jià)值。但目前存在的問題是無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù) 傳輸量小，而有線網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)費(fèi)用高、難度大和沒有定位能力。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)， 以解決傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量小以及有線網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)費(fèi)用高、難度大和沒有定位能力的缺陷。本發(fā)明包括監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)、RS232總線、RS232/CAN總線轉(zhuǎn) 換器、CAN總線、多個(gè)CAN總線控制器和多組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，每組無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)、多個(gè)固定節(jié)點(diǎn)和多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)固定節(jié)點(diǎn)和移 動(dòng)節(jié)點(diǎn)都分別由設(shè)置在同一地點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、單片機(jī)和多個(gè)傳感器模 塊組成，中心節(jié)點(diǎn)由PAN協(xié)調(diào)器組成，固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都通過無線數(shù)據(jù)收 發(fā)模塊把采集到的被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)傳送給P認(rèn)協(xié)調(diào)器，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與同 一組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的固定節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置信息由無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊通過網(wǎng) 絡(luò)中轉(zhuǎn)傳送給PAN協(xié)調(diào)器，PAN協(xié)調(diào)器中的被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和相對(duì)位置信息依次通過 CAN總線控制器、CAN總線、RS232/CAN總線轉(zhuǎn)換器和RS232總線傳遞給監(jiān)測(cè)中 心計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)產(chǎn)生、傳輸監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)以及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，然后通過CAN總線傳到RS232，由RS232傳到監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)，監(jiān)測(cè)中 心計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)控和定位。本發(fā)明提供的系統(tǒng) 既包含數(shù)據(jù)的有線傳輸部分，又包含數(shù)據(jù)的無線傳輸部分，避免了全部使用無 線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量小，又避免了全部使用有線網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)費(fèi)用高、難度大，沒 有定位能力的缺陷。本發(fā)明基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用通用的軟硬件架構(gòu)， 支持多類型數(shù)據(jù)匯聚和傳輸，支持基于已知物理位置的固定節(jié)點(diǎn)定位整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置，網(wǎng)絡(luò)具有高抗毀性。本發(fā)明的系統(tǒng)可用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，如森林 防火、河流污染監(jiān)控，亦可用于礦山的安全檢測(cè)和人員定位。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是固定節(jié)點(diǎn)6-2和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)6-3的結(jié)構(gòu) 示意圖；圖3是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中實(shí)箭頭代表父子關(guān)系的 節(jié)點(diǎn)，虛箭頭表示非父子關(guān)系的節(jié)點(diǎn)，與某個(gè)節(jié)點(diǎn)有箭頭直接連接的所有節(jié)點(diǎn) 都是當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的鄰居；圖4是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位原理圖，圖 中，A表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，B E表示網(wǎng)絡(luò)中的固定節(jié)點(diǎn)，R1 R4分別表示各固定節(jié) 點(diǎn)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的距離。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1至圖3具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式 由監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)2、 RS232總線1K RS232/CAN總線轉(zhuǎn)換器3、 CAN總線4、多 個(gè)CAN總線控制器5和多組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6組成，每組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6由 一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)6-1、多個(gè)固定節(jié)點(diǎn)6-2和多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)6-3組成，每個(gè)固定節(jié)點(diǎn) 6-2和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)6-3都分別由設(shè)置在同一地點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊8、單片機(jī)9 和多個(gè)傳感器模塊10組成，中心節(jié)點(diǎn)6-1由PAN協(xié)調(diào)器組成，固定節(jié)點(diǎn)6-2和 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)6-3都由無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊8把采集到的被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)s通過網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn) 傳送給PAN協(xié)調(diào)器，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)6-3與同一組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6中的固定節(jié)點(diǎn)6-2 的相對(duì)位置信息t由無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊8通過網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)傳送給PAN協(xié)調(diào)器，PAN 協(xié)調(diào)器中的被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)s和相對(duì)位置信息t依次通過CAN總線控制器5、 CAN總 線4、 RS232/CAN總線轉(zhuǎn)換器3和RS232總線11傳遞給監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)2。在圖3中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6包括中心節(jié)點(diǎn)6-1和固定節(jié)點(diǎn)6-2-2至固定 節(jié)點(diǎn)6-2-18。所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都有自己的64位地址，而且是唯一的。對(duì)于加入網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點(diǎn)都有16位的網(wǎng)絡(luò)地址，在同一網(wǎng)絡(luò)中，地址也是唯一的，其范 圍設(shè)為0x0000 0xFFF0。中心節(jié)點(diǎn)6-1的網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)定為0x0000，固定節(jié)點(diǎn)6-2 的路由器地址設(shè)定為0x0001 0xFFF0。任何沒有加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址都 設(shè)為0xFFFF，表示沒有入網(wǎng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6在組網(wǎng)時(shí)，以P腦協(xié)調(diào)器為中心，逐級(jí)自動(dòng)執(zhí)行程序， 直到把所有能聯(lián)系的固定節(jié)點(diǎn)6-2都自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)，并自動(dòng)對(duì)所有的固定節(jié)點(diǎn) 6-2分配網(wǎng)絡(luò)地址。未加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)在尋找網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候遵循最小深度和適合的 連接質(zhì)量指示值原則。PAN協(xié)調(diào)器是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6的管理者，也是數(shù)據(jù)的匯集點(diǎn)。它負(fù)責(zé)將數(shù) 據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)2，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)和傳感器模塊10采集數(shù)據(jù)的監(jiān)控。 PAN協(xié)調(diào)器是指定的，它啟動(dòng)時(shí)，先對(duì)各層信息庫(kù)(包括物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò) 層和應(yīng)用層)參數(shù)進(jìn)行初始化，然后執(zhí)行組網(wǎng)命令。組網(wǎng)命令包括對(duì)各個(gè)信道 (頻率點(diǎn))進(jìn)行能量掃描，選擇信道干擾小的信道作為網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行信道，然后 將自己的網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)為0x0000，進(jìn)行PAN協(xié)調(diào)器信息的初始化。此時(shí)，無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)6中就一個(gè)節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)要連接命令才能加入此網(wǎng)絡(luò)，其它的功能 和固定節(jié)點(diǎn)6-2 —樣。固定節(jié)點(diǎn)6-2組成了除PAN協(xié)調(diào)器和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)6-3之外 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6的其它節(jié)點(diǎn)，具有數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)功能。它們負(fù)責(zé)收集無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)6采集到的所有具有傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，并發(fā)送給PAN協(xié)調(diào)器，對(duì) 于一些網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的不良信息，網(wǎng)絡(luò)也上報(bào)給PAN協(xié)調(diào)器。每個(gè)固定節(jié)點(diǎn) 6-2沒有任何差別，可以相互替換。每個(gè)固定節(jié)點(diǎn)6-2啟動(dòng)時(shí)，同樣也先對(duì)各層 信息庫(kù)參數(shù)進(jìn)行初始化，然后執(zhí)行尋找網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)指中心節(jié)點(diǎn)6-1 和固定節(jié)點(diǎn)6-2)的命令。所要尋找的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是指已經(jīng)加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，其網(wǎng) 絡(luò)地址不為0x0000和從0xFFFl到0xFFFF中的任意值。對(duì)于任何沒有加入網(wǎng)絡(luò) 的節(jié)點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)地址都應(yīng)該設(shè)為0xFFFF，表示沒有加入網(wǎng)絡(luò)。執(zhí)行尋找網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)的命令時(shí)，發(fā)送信標(biāo)請(qǐng)求命令，這時(shí)，在它通信范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)將廣播帶 有自身信息的信標(biāo)幀，處理這些信息，選擇深度(所述深度指樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 深度。它與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的二叉樹中的深度相似。本網(wǎng)絡(luò)是在樹形網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上拓 展而成的mesh網(wǎng)絡(luò)，樹形網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)。)較小，信號(hào)連接質(zhì)量較好的節(jié)點(diǎn)作為 父節(jié)點(diǎn)，再執(zhí)行連接命令。父節(jié)點(diǎn)在接收到連接命令時(shí)，根據(jù)自身的情況是否將該節(jié)點(diǎn)加為自己的子節(jié)點(diǎn)，如果允許加入的話，利用地址分配算法，給子節(jié) 點(diǎn)分配地址，并發(fā)送給子節(jié)點(diǎn)。子節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，必須把自己的16位網(wǎng)絡(luò)地址和64位地址發(fā)給監(jiān)測(cè)中 心計(jì)算機(jī)2。監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)2只知道節(jié)點(diǎn)的64位地址在網(wǎng)絡(luò)中的位置，為了 減少傳輸數(shù)據(jù)量，要把64位地址和16位網(wǎng)絡(luò)地址對(duì)應(yīng)起來，利用網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn) 行通信。本發(fā)明對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6的運(yùn)行管理是這樣的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6中的 所有節(jié)點(diǎn)(餘移動(dòng)節(jié)點(diǎn)外)都應(yīng)該定時(shí)單跳廣播自身網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，以便及時(shí) 發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的故障，同時(shí)也為路由算法提供條件。對(duì)于信息的傳輸，默認(rèn)的路 由方式是樹形路由方式，當(dāng)子節(jié)點(diǎn)與自己的父節(jié)點(diǎn)連接出現(xiàn)問題時(shí)，子節(jié)點(diǎn)考 慮將信息傳輸?shù)狡渌疃茸顪\的節(jié)點(diǎn)，再由那個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給PAN協(xié)調(diào)器。如圖3 所示，中心節(jié)點(diǎn)6-1和固定節(jié)點(diǎn)6-2-2至固定節(jié)點(diǎn)6-2-18都應(yīng)該定時(shí)單跳廣播 自身網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的故障，同時(shí)也為路由算法提供條件。 對(duì)于信息的傳輸，默認(rèn)的路由方式是樹形路由方式，如圖中的節(jié)點(diǎn)6-2-17—節(jié) 點(diǎn)6-2-14—節(jié)點(diǎn)6-2-2—節(jié)點(diǎn)6-1，節(jié)點(diǎn)6-2-7—節(jié)點(diǎn)6-2-4—節(jié)點(diǎn)6-1。即如 果節(jié)點(diǎn)6-2-12與節(jié)點(diǎn)6-2-13父子之間出現(xiàn)短時(shí)的中斷，6-2-12的數(shù)據(jù)就發(fā)給 節(jié)點(diǎn)6-2-11，再經(jīng)過節(jié)點(diǎn)6-2-9—節(jié)點(diǎn)6-2-8—節(jié)點(diǎn)6-1發(fā)到PAN協(xié)調(diào)器上。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有鄰居表和路由表。鄰居表是根據(jù)信標(biāo) 幀和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息來建立的。鄰居表除了包括父節(jié)點(diǎn)和其子節(jié)點(diǎn)外，還應(yīng)該包 括其通信范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)，但要根據(jù)硬件資源來確定最大鄰居數(shù)。節(jié)點(diǎn)6-2-14 的鄰居表中有節(jié)點(diǎn)6-2-2、節(jié)點(diǎn)6-2-15、節(jié)點(diǎn)6-2-17和節(jié)點(diǎn)6-2-18。鄰居表要 記錄的數(shù)據(jù)有節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址、64位節(jié)點(diǎn)地址(節(jié)點(diǎn)地址指節(jié)點(diǎn)的物理地址， 每個(gè)ZigBee設(shè)備都有唯一的64位物理地址。)、與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的關(guān)系、連接質(zhì)量 指示、深度、是否可以接收其它節(jié)點(diǎn)的加入等信息。而路由表設(shè)有目標(biāo)地址和 下一跳地址，默認(rèn)的目標(biāo)地址為Qx0000 (即中心節(jié)點(diǎn)6-l)，對(duì)其它的目標(biāo)地址 不予處理；下一跳地址設(shè)為節(jié)點(diǎn)自己的父節(jié)點(diǎn)地址，但它應(yīng)該根據(jù)鄰居表的更 新尋找最佳節(jié)點(diǎn)作為下一跳地址，所遵循的原則是連接質(zhì)量指示值較好、節(jié) 點(diǎn)深度較淺的節(jié)點(diǎn)地址。如果節(jié)點(diǎn)6-2-2與節(jié)點(diǎn)6-2-15之間出現(xiàn)短時(shí)中斷，節(jié) 點(diǎn)6-2-15的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點(diǎn)6-2-14和節(jié)點(diǎn)6-2-18，不可以發(fā)給節(jié)點(diǎn)6-2-14及其后裔。鄰居表和路由表都應(yīng)隨無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6狀態(tài)信息而及時(shí)更新。信息發(fā)送端節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要，對(duì)路由信息進(jìn)行記錄。具體方法就是路由 器在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，把自身的網(wǎng)絡(luò)地址也加入其轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心可以根據(jù) 路由信息判斷數(shù)據(jù)是從哪條線路發(fā)送過來的。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是本發(fā)明對(duì)網(wǎng)絡(luò)故 障的處理是這樣的。當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6中的節(jié)點(diǎn)在一定的時(shí)間內(nèi)收不到某個(gè) 鄰居發(fā)來的狀態(tài)信息，就將此鄰居的所有信息進(jìn)行刪除同時(shí)更新路由表。如果 那個(gè)鄰居是自己的父節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)先對(duì)父節(jié)點(diǎn)執(zhí)行孤立掃描，要是父節(jié)點(diǎn)有回 應(yīng)的話，就認(rèn)為一切正常；要是沒有回應(yīng)，就認(rèn)為自己己經(jīng)離開網(wǎng)絡(luò)，放棄當(dāng) 前的所有操作，將各層進(jìn)行復(fù)位，重新執(zhí)行尋找網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的命令。如果那個(gè)鄰居是自己的子節(jié)點(diǎn)時(shí)，認(rèn)為子節(jié)點(diǎn)已經(jīng)斷開。刪除相應(yīng)信息和更新路由表。圖3 中當(dāng)節(jié)點(diǎn)6-2-12在一定的時(shí)間內(nèi)收不到鄰居節(jié)點(diǎn)6-2-11發(fā)來的狀態(tài)信息，就 將節(jié)點(diǎn)6-2-11的所有信息進(jìn)行刪除同時(shí)更新路由表。如果沒有父節(jié)點(diǎn)6-2-13 的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息時(shí)，節(jié)點(diǎn)先對(duì)父節(jié)點(diǎn)6-2-13執(zhí)行孤立掃描，要是父節(jié)點(diǎn)有回應(yīng) 的話，就認(rèn)為一切正常；要是沒有回應(yīng)，就認(rèn)為自己已經(jīng)離開網(wǎng)絡(luò)，放棄當(dāng)前 的所有操作及其后裔，將各層進(jìn)行復(fù)位，重新執(zhí)行尋找網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的命令。如果 父節(jié)點(diǎn)6-2-13收不到子節(jié)點(diǎn)6-2-12網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息時(shí)，認(rèn)為子節(jié)點(diǎn)6-2-12已經(jīng) 斷開。刪除相應(yīng)信息和更新路由表。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池電量 不足時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6中的子節(jié)點(diǎn)向自己的父節(jié)點(diǎn)報(bào)告自己的狀態(tài)，由父 節(jié)點(diǎn)上報(bào)此信息。而子節(jié)點(diǎn)發(fā)送成功之后進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待更換新電池。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)利用固 定節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)定位。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定時(shí)發(fā)送定位請(qǐng)求后，其通信范圍內(nèi)的所有固定 節(jié)點(diǎn)回發(fā)位置信息，再由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇網(wǎng)絡(luò)深度最小的固定節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)其打包 完的數(shù)據(jù)，由監(jiān)測(cè)中心完成定位和跟蹤。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)6-3定位功能的機(jī)制是根據(jù)功率的大小來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于發(fā)射功率一定的網(wǎng)絡(luò)，由于接收功率與接收距離成正比，距離可以看成是接收功率的函數(shù)。而在IEEE 802. 15. 4中，可以用LQI (連接質(zhì)量指示)表示功率的強(qiáng)度 大小，因此接收距離可以用LQI的函數(shù)來表示。固定節(jié)點(diǎn)6-2已知它的確切位置。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)6-3在網(wǎng)絡(luò)中定時(shí)單跳廣播定 位請(qǐng)求命令，任何在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)6-3通信范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收此命令時(shí)，給移動(dòng) 節(jié)點(diǎn)6-3回發(fā)位置信息。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)6-3對(duì)收到的位置信息進(jìn)行打包，轉(zhuǎn)發(fā)給LQI 較大、深度較小的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，由網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控中心。監(jiān)控中心負(fù)責(zé)處理位置 信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)不參與固定節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)工作，網(wǎng)絡(luò)也 不用給它分配網(wǎng)絡(luò)地址。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)定位和完成信息的傳 輸功能。信息包括傳感器數(shù)據(jù)信息和自身狀態(tài)信息。自身狀態(tài)可以是求救信息， 可以是別的。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時(shí)要用自身的64位地址，網(wǎng)絡(luò)地址可 以在0xFFFl 0xFFF9中指定一個(gè)i也址為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的地址，監(jiān)控中心在接收的這 個(gè)地址時(shí)認(rèn)為是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。在圖4中，利用固定節(jié)點(diǎn)B E對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)A進(jìn)行定 位。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)A在網(wǎng)絡(luò)中定時(shí)單跳廣播定位請(qǐng)求命令，在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)B E接收此命令時(shí)，給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)回發(fā)位置信息。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)A對(duì)收到的 位置信息進(jìn)行打包，轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)B E中深度較小的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，由網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān) 控中心。對(duì)于發(fā)射功率一定的網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)功率的大小可以知道固定節(jié)點(diǎn)與移動(dòng) 節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置。而固定節(jié)點(diǎn)位置是已知的，因而監(jiān)控中心根據(jù)這些信息，實(shí) 現(xiàn)對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位和跟蹤。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是它還包括備用主 機(jī)l，備用主機(jī)1的數(shù)據(jù)傳輸端口連接監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)2的數(shù)據(jù)傳輸端口以備份 被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù).s和相對(duì)位置信息t。
權(quán)利要求
1. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)，其特征在于它包括監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)(2)、RS232總線(11)、RS232/CAN總線轉(zhuǎn)換器(3)、CAN總線(4)、多個(gè)CAN總線控制器(5)和多組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)，每組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)由一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)(6-1)、多個(gè)固定節(jié)點(diǎn)(6-2)和多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(6-3)組成，每個(gè)固定節(jié)點(diǎn)(6-2)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(6-3)都分別由設(shè)置在同一地點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊(8)、單片機(jī)(9)和多個(gè)傳感器模塊(10)組成，中心節(jié)點(diǎn)(6-1)由PAN協(xié)調(diào)器組成，固定節(jié)點(diǎn)(6-2)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(6-3)都通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊(8)把采集到的被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(s)通過網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)傳送給PAN協(xié)調(diào)器，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(6-3)與同一組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)中的固定節(jié)點(diǎn)(6-2)的相對(duì)位置信息(t)由無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊(8)通過網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)傳送給PAN協(xié)調(diào)器，PAN協(xié)調(diào)器中的被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(s)和相對(duì)位置信息(t)依次通過CAN總線控制器(5)、CAN總線(4)、RS232/CAN總線轉(zhuǎn)換器(3)和RS232總線(11)傳遞給監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)， 其特征在于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)在組網(wǎng)時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)(6-l)先啟動(dòng)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行 初始化，接著執(zhí)行組網(wǎng)命令；組網(wǎng)命令包括對(duì)各個(gè)信道進(jìn)行能量掃描，選擇信 道干擾小的信道作為網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行信道，然后設(shè)置自己的網(wǎng)絡(luò)地址；然后是固定 節(jié)點(diǎn)(6-2)啟動(dòng)，每個(gè)固定節(jié)點(diǎn)(6-2)啟動(dòng)時(shí)，同樣也先對(duì)各層信息庫(kù)參數(shù)進(jìn)行 初始化，然后執(zhí)行尋找網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的命令，此時(shí)所要尋找的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是指已經(jīng)加 入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)的節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行尋找網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的命令時(shí)，處于啟動(dòng)狀態(tài)的固 定節(jié)點(diǎn)(6-2)發(fā)送信標(biāo)請(qǐng)求命令，在它通信范圍內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將廣播帶有自 身信息的信標(biāo)幀，處于啟動(dòng)狀態(tài)的固定節(jié)點(diǎn)(6-2)處理這些信息，選擇深度小、 信號(hào)連接質(zhì)量好的節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行連接命令；父節(jié)點(diǎn)在接收到連接命令 后，根據(jù)自身的情況判斷是否將該節(jié)點(diǎn)加為自己的子節(jié)點(diǎn)，如果允許加入的話， 給子節(jié)點(diǎn)分配地址，并發(fā)送給子節(jié)點(diǎn)；子節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，把自己的網(wǎng)絡(luò)地址 發(fā)給監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)(2);如果不允許加入的話，子節(jié)點(diǎn)另選其它父節(jié)點(diǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)， 其特征在于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)中對(duì)于信息的傳輸，默認(rèn)的路由方式是樹形路由 方式，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有鄰居表和路由表，鄰居表根據(jù)信標(biāo)幀和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息來建立的，鄰居表除了包括父節(jié)點(diǎn)和其子節(jié)點(diǎn)外，還包括 其通信范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)，根據(jù)硬件資源來確定最大鄰居數(shù)，鄰居表記錄的數(shù) 據(jù)有節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址、節(jié)點(diǎn)地址、與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的關(guān)系、連接質(zhì)量指示、深度、是否可以接收其它節(jié)點(diǎn)的加入；鄰居表和路由表都隨無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)狀態(tài)信 息而及時(shí)更新。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)， 其特征在于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)的運(yùn)行管理是這樣的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)中的 所有節(jié)點(diǎn)都定時(shí)單跳廣播自身網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的故障，同 時(shí)也為路由算法提供條件，當(dāng)子節(jié)點(diǎn)與自己的父節(jié)點(diǎn)連接出現(xiàn)問題時(shí)，子節(jié)點(diǎn) 將信息傳輸?shù)狡渌疃茸顪\的節(jié)點(diǎn)，再由那個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給PAN協(xié)調(diào)器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)， 其特征在于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)中的信息發(fā)送端節(jié)點(diǎn)能對(duì)路由信息進(jìn)行記錄，具 體方法就是固定節(jié)點(diǎn)(6-2)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，把自身的網(wǎng)絡(luò)地址也加入其轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù) 據(jù)，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)(2)可以根據(jù)路由信息判斷數(shù)據(jù)是從哪條線路發(fā)送過來的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)， 其特征在于當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)中的節(jié)點(diǎn)在一定的時(shí)間內(nèi)收不到某個(gè)鄰居節(jié) 點(diǎn)發(fā)來的狀態(tài)信息，就將此鄰居節(jié)點(diǎn)的所有信息進(jìn)行刪除同時(shí)更新路由表，如 果那個(gè)鄰居是自己的父節(jié)點(diǎn)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)先對(duì)父節(jié)點(diǎn)執(zhí)行孤立掃描，要是父節(jié)點(diǎn) 有回應(yīng)的話，就認(rèn)為一切正常；要是沒有回應(yīng)，就認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)自己已經(jīng)離開網(wǎng) 絡(luò)，放棄當(dāng)前的所有操作，將各層進(jìn)行復(fù)位，重新執(zhí)行尋找網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的命令； 如果那個(gè)鄰居是自己的子節(jié)點(diǎn)時(shí)，'認(rèn)為子節(jié)點(diǎn)已經(jīng)斷開，刪除相應(yīng)信息和更新 路由表。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)， 其特征在于當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(6)中的子節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自身電池電量不足時(shí)，向自己 的父節(jié)點(diǎn)報(bào)告自己的狀態(tài)，由父節(jié)點(diǎn)上報(bào)此信息，子節(jié)點(diǎn)發(fā)送成功之后進(jìn)入休 眠狀態(tài)，等待更換新電池。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)， 其特征在于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)利用固定節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)定位，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定時(shí)發(fā)送定位請(qǐng)求后， 其通信范圍內(nèi)的所有固定節(jié)點(diǎn)回發(fā)位置信息，再由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇網(wǎng)絡(luò)深度最淺的固定節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)其打包完的數(shù)據(jù)，由監(jiān)測(cè)中心完成定位和跟蹤。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)， 其特征在于它還包括備用主機(jī)(l)，備用主機(jī)(l)的數(shù)據(jù)傳輸端口連接監(jiān)測(cè)中心 計(jì)算機(jī)(2)的數(shù)據(jù)傳輸端口以備份被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(S)和相對(duì)位置信息(t)。
全文摘要
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和定位系統(tǒng)，本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域，它解決了傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量小以及有線網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)費(fèi)用高、難度大和沒有定位能力的缺陷。它包括監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)、RS232總線、RS232/CAN總線轉(zhuǎn)換器、CAN總線、多個(gè)CAN總線控制器、多組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)、多個(gè)固定節(jié)點(diǎn)和多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成，固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)由無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、單片機(jī)和多個(gè)傳感器模塊組成，中心節(jié)點(diǎn)由PAN協(xié)調(diào)器組成，固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)把采集到的被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給PAN協(xié)調(diào)器，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與固定節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送給PAN協(xié)調(diào)器，然后依次通過CAN總線和CAN總線轉(zhuǎn)換器傳遞給監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101272330SQ20081006428
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日
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