專利名稱：一種面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡的調(diào)試與測試方法，尤其指大規(guī)模部署的無線傳 感器網(wǎng)絡的調(diào)試與測試。本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡，無線通信領域。
背景技術：
無線傳感器網(wǎng)絡就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點通過無線電通 信形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域里 被檢測對象的信息，并發(fā)送給觀察者。目前，傳感器網(wǎng)絡作為當前信息科技領域的研究熱 點，及物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術之一，已成各國綜合國力較量的重要因素。由于無線傳感器網(wǎng)絡在物理世界信息采集、環(huán)境檢測和定位等領域具有良好應用 前景，針對它的開發(fā)和研究也越來越熱，例如各種針對傳感器的路由，定位，以及協(xié)同計算 的方法層出不窮。然而，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)相比，傳感器網(wǎng)絡的單個傳感器節(jié)點處理能力有 限，并且無人機界面，網(wǎng)絡所包含的節(jié)點數(shù)量巨大，應用環(huán)境復雜多變。無線傳感器網(wǎng)絡的 上述特征為無線傳感器網(wǎng)絡相關的應用測試與調(diào)試設置了障礙，與此同時，也增加了無線 傳感器網(wǎng)絡相關應用測試與調(diào)試的重要性。當前，無線傳感器網(wǎng)絡的研究人員一般采用軟件模擬和小規(guī)模節(jié)點測試的方法了 解節(jié)點內(nèi)部運行情況。然而，由于無線傳感器網(wǎng)絡采用無線通信，存在無線信道沖突，干擾， 連接不穩(wěn)等問題，而節(jié)點本身的資源有限，程序處理需要考慮資源限制。這些問題都不是軟 件模擬所能解決。對于小規(guī)模節(jié)點測試，若只布置一跳范圍，則節(jié)點布置有限，并不能真正 體現(xiàn)應用的真實情況；若布置多跳，則研究人員很難知道一跳以外節(jié)點的運行情況。作為無線傳感器網(wǎng)絡測試與調(diào)試關鍵技術之一的交互技術，由于無線傳感器網(wǎng)絡 與傳統(tǒng)網(wǎng)絡的差異，具有自身獨特的設計要求。尤其是如何對大規(guī)模部署無線傳感器網(wǎng)絡 中的節(jié)點進行有效便捷的交互，并了解其當前運行的狀態(tài)，以保證其在實際工作中正確運 行，已經(jīng)成為亟待解決的問題。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，目前可實現(xiàn)與無線傳感網(wǎng)絡交互控制的方法主要有。哈佛大學MoteLab系統(tǒng)。MoteLab系統(tǒng)支持多用戶通過瀏覽器與傳感器網(wǎng)絡進行 交互。用戶在web頁面注冊用戶信息，創(chuàng)建與修改測試任務和安裝測試日程。系統(tǒng)在用戶 指定的測試日程運行無線傳感器網(wǎng)絡程序，并記錄無線傳感器網(wǎng)絡發(fā)送過來的串口信息， 以數(shù)據(jù)列表的形式供用戶查詢。但是，由于MoteLab系統(tǒng)無法實時顯示傳感器網(wǎng)絡的信息， 也不能與無線傳感器網(wǎng)絡進行實時交互，因此缺少時效性；同時該系統(tǒng)不適用于大規(guī)模部 署的傳感器網(wǎng)絡，限制了其應用范圍。該系統(tǒng)的交互方法因而具有一定的局限性。申請?zhí)枮?00610144351.5，申請日為2006年12月04日的國內(nèi)發(fā)明專利公開了 一種實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡可視化的方法。該方法通過串口收集無線傳感器網(wǎng)絡中的通信信 息，并用ActiveX控制顯示出來。該方法設計較為簡單，雖然能在一定程度上幫助研究人員 了解小規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡運行情況，但由于缺乏對無線傳感器網(wǎng)絡的交互控制能力，而 且數(shù)據(jù)顯示功能較為簡單，僅能提供簡單的測試與調(diào)試功能，無法幫助研究人員判斷數(shù)據(jù)類型及錯誤信息等，尤其不適用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的交互。目前存在的無線傳感器網(wǎng)絡交互工具或方法如(JTAG仿真器)只能對單個傳感器 節(jié)點進行交互，同樣不適用于大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題的是如何在大規(guī)模部署的無線傳感器網(wǎng)絡中實現(xiàn)不 同品牌不同規(guī)格不同操作系統(tǒng)的節(jié)點之間的實時有效交互。本發(fā)明擬通過以下技術方案解決上述技術問題。本發(fā)明設計并實現(xiàn)一種面向大規(guī) 模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，通過分布式的網(wǎng)絡結構，可以有效實現(xiàn)在大規(guī)模無 線傳感器網(wǎng)絡中進行交互，可以實現(xiàn)同時對無線傳感器網(wǎng)絡中的一個或多個節(jié)點輸入數(shù)據(jù) 或控制命令，并接收該網(wǎng)絡中一個或多個節(jié)點數(shù)據(jù)，為無線傳感器網(wǎng)絡的設計部署及測試 調(diào)試提供幫助。本發(fā)明采用分布式網(wǎng)絡結構，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡的大規(guī)模擴展。由于常用的操 作系統(tǒng)限制了直接連接節(jié)點數(shù)量的上限，因此本發(fā)明采用miniPC進行分布式網(wǎng)絡部署，通 過miniPC直接連接傳感器節(jié)點，收集與其連接的大量節(jié)點的通信信息與狀態(tài)信息，經(jīng)過初 步處理后轉(zhuǎn)發(fā)給上一級服務器端接收處理模塊。miniPC為一個與多個傳感器節(jié)點直接連 接的網(wǎng)關，收集與其連接的大量節(jié)點的通信信息與狀態(tài)信息，經(jīng)過初步處理后轉(zhuǎn)發(fā)給上一 級服務器端接收處理模塊，隨著節(jié)點數(shù)量的不斷增加，可以通過增加更多miniPC的方式對 網(wǎng)絡進行大規(guī)模擴展。每臺miniPC可以以相同的方式連接到中心服務器的接收處理模塊。 由于每一個miniPC間的程序都互不干擾，并基于TCP/IP與中心服務器通信。miniPC的增 加或減少不影響交互功能的正常實現(xiàn)。為保障通信數(shù)據(jù)的準確性，降低為實現(xiàn)交互功能而對實際工作網(wǎng)絡造成的影響， 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點與miniPC之間建議使用串口作為通信通道實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡交互的功 能。傳感器節(jié)點統(tǒng)一標準的缺乏造成了當前傳感器節(jié)點硬件配置各不相同的局面。眾 所周知，對于不同節(jié)點的有不同的交互處理方式和串口信息收集方法。例如Crossbow公司 的Mica節(jié)點會有兩個串口端口，分別用于信息發(fā)送與程序更新；而TelosB節(jié)點只有一個串 口端口，串口的信息收集與程序更新都是通過該端口進行操作。在大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡 中，出現(xiàn)大量不同版本，不同操作系統(tǒng)節(jié)點的幾率非常高。本發(fā)明具有節(jié)點檢測功能，在節(jié) 點與miniPC連接的瞬間，miniPC自動檢測程序啟動，檢測該接入節(jié)點屬于什么類型運行什 么操作系統(tǒng)，并為其挑選相應的交互算法，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自適應功能，使交互具有更好的 適用性。在節(jié)點接入miniPC后，即可實現(xiàn)對節(jié)點進行信息收集和控制管理。在編譯程序 前，使用者只需要指定交互的模塊，如ADC，UART，編譯器就會將交互模塊的程序與應用程序 結合并編譯成可執(zhí)行文件。加載該可執(zhí)行文件的節(jié)點即可與miniPC進行交互。研究人員 可以綜合考慮交互的便利和節(jié)點性能的效率，選擇所需要的模塊。以往節(jié)點與miniPC或者類似設備間的交互方式基于RPCaemote Procedure Call I^otocol)協(xié)議。RPC雖然可以跨平臺運行，但是這種在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中適用的基于接口定義語 言的PRC協(xié)議會給能量有限的節(jié)點帶來很大的能量負擔。因此本專利直接利用串口的原始數(shù)據(jù)進行解析，減少節(jié)點能量負擔，延長節(jié)點電能適用壽命。在miniPC收集到大量無線傳感器網(wǎng)絡運行數(shù)據(jù)后，服務器端會針對大規(guī)模無線 傳感器網(wǎng)絡的特點，進行海量數(shù)據(jù)處理，例如顯示大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的詳細節(jié)點通信 拓撲結構、進行符合大規(guī)模特征的交互數(shù)據(jù)顯示。網(wǎng)絡通信拓撲結構無論在傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡中，還是新興的無線傳感器網(wǎng)絡中都是研 發(fā)人員或使用者重點關注的網(wǎng)絡運行信息。節(jié)點通信拓撲結構是觀察無線傳感器網(wǎng)絡連接 情況的最直觀方法之一。通過節(jié)點經(jīng)串口發(fā)送出來的通信數(shù)據(jù)，可以知道，該數(shù)據(jù)是由哪個節(jié)點發(fā)出，它的 目標節(jié)點是幾號，該數(shù)據(jù)是發(fā)送還是接收的以及數(shù)據(jù)ID號。本專利采用雙觸發(fā)的方式來繪 制節(jié)點通信的拓撲結構，即分成發(fā)送節(jié)點觸發(fā)與接收節(jié)點觸發(fā)。當發(fā)送節(jié)點將通信數(shù)據(jù)經(jīng) 串口送出后，交互平臺立刻被觸發(fā)并記錄下該數(shù)據(jù)的ID號，并根據(jù)通信數(shù)據(jù)的發(fā)送節(jié)點ID 及目標節(jié)點ID繪制出一條具有方向性的拓撲圖。當該數(shù)據(jù)被其它節(jié)點接收到后，交互平臺 再次被觸發(fā)，并根據(jù)本數(shù)據(jù)的ID，將之前已繪制的節(jié)點通信拓撲線置于高亮，表明該數(shù)據(jù)已 被收到。從而顯示出具有方向性且能夠獲悉信息收發(fā)結果的通信拓撲結構圖。由于大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡中包含的節(jié)點數(shù)量巨大，因此從網(wǎng)絡中反饋的信息量也非 常龐大，需要通過篩選分類進行呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)分類顯示可以方便使用者進行數(shù)據(jù)篩選。在數(shù) 據(jù)顯示時，除了完整地顯示出節(jié)點通信的數(shù)據(jù)，本發(fā)明還可以顯示該數(shù)據(jù)的在通信時的信 號強度，出錯信息(如信道忙，無法發(fā)送)等信息。通過發(fā)送的數(shù)據(jù)ID和接收到的數(shù)據(jù)ID， 本發(fā)明還可以檢測到該數(shù)據(jù)的接受狀態(tài)。為了方便比較對照大量數(shù)據(jù)，本發(fā)明采用對用戶友好的多窗口顯示方式，便于使 用者按照一般習慣進行數(shù)據(jù)觀察。通過上述技術方案實現(xiàn)的面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，可以實 現(xiàn)以下有益效果。(1)本交互方法具有強大擴展能力，采用分布式結構突破了操作系統(tǒng)對節(jié)點數(shù)量 上限的限制。(2)本交互方法具有普遍兼容性，適用于采用不同類型不同操作系統(tǒng)的大規(guī)模無 線傳感器網(wǎng)絡的交互。(3)本交互方法具有自適應能力，在不需要研究人員重新修改應用程序的情況下， 實現(xiàn)PC與節(jié)點間的交互，可以解決大范圍大量節(jié)點同時接入的設置問題。(4)本交互方法可以采集處理大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡中的大量數(shù)據(jù)，例如以詳細 的、包含大量信息的通信拓撲圖的形式呈現(xiàn)。本交互方法考慮到大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的特點，提出分類式多樣化的數(shù)據(jù)顯示 與比較方法，可以方便使用者處理海量通信數(shù)據(jù)。


圖1、總體硬件架構圖。圖2、交互流程圖。圖3、用戶控制層示意圖。圖4、交互模塊示意圖。
圖5、用戶控制流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1所示，實現(xiàn)本發(fā)明所述交互方法的軟硬件平臺應包括節(jié)點終端網(wǎng)絡層 (Mote Mesh)、數(shù)據(jù)處理層(Data Processed)、用戶控制層(User Control)三大基本部分。節(jié)點終端網(wǎng)絡層(Mote Mesh)是由大規(guī)模部署的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點與miniPC 組成的。傳感器網(wǎng)絡是一個對等網(wǎng)絡，網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點是通過分布式來部署，各節(jié)點彼此通過多 跳算法來通信。節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡，任何節(jié)點的故障不會影響交互系統(tǒng)的運行。 節(jié)點運行的程序包含用戶應用程序和節(jié)點交互模塊程序，節(jié)點交互模塊程序是用于獲取節(jié) 點內(nèi)部變量和通信數(shù)據(jù)等信息，并提供內(nèi)部程序調(diào)用接口的程序，它具有較好的移植性，可 以運行在不同品牌的節(jié)點和操作系統(tǒng)上。miniPC可以看作一個網(wǎng)關，它一邊通過USB或51Pins等連接方式以星型結構跟傳 感器節(jié)點相連，一邊通過以太網(wǎng)或無線局域網(wǎng)連接數(shù)據(jù)處理層。miniPC通過節(jié)點接口模塊 可以獲取節(jié)點內(nèi)部變量及通信數(shù)據(jù)等信息，并將這信息通過網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理層，供用 戶控制層查看與調(diào)用。數(shù)據(jù)處理層(Data Processed)包括數(shù)據(jù)庫服務器、交互程序服務器和實時通信 服務器三大部分。實時通信服務器與miniPC通過以太網(wǎng)或無線局域網(wǎng)相連接，采用TCP/ IP進行通信。由于節(jié)點數(shù)量較大，傳感器網(wǎng)絡每分鐘產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量往往超過數(shù)十兆，乃至 上百兆。為提高交互系統(tǒng)的實時性，減少系統(tǒng)響應時間，追求更好的用戶體驗，實時通信服 務器可由多臺服務器組成一個網(wǎng)絡負載平衡(NLB)群集，并實時偵聽來自miniPC的端口數(shù) 據(jù)。實時通信服務器收到節(jié)點信息后，根據(jù)交互程序服務器的指令，會把數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)發(fā)給交 互程序服務器或數(shù)據(jù)庫服務器。數(shù)據(jù)庫服務器主要負責將節(jié)點信息存儲在數(shù)據(jù)庫集群中， 以便研究人員做數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)庫倉庫等數(shù)據(jù)處理。此外，數(shù)據(jù)庫服務器還可以根據(jù)用戶指 定規(guī)劃對數(shù)據(jù)進行篩選，融合和智能分析，如根據(jù)節(jié)點通信數(shù)據(jù)中的源節(jié)點和目標節(jié)點分 析出傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點多跳軌跡。交互程序服務器作為數(shù)據(jù)層與用戶控制層通信的唯一 接口，一方面需要驗證用戶的操作權限有效性，另一方面需要將感興趣的實時數(shù)據(jù)或歷史 數(shù)據(jù)通過TCP/IP發(fā)送給遠程用戶。用戶控制層(User Control)具有人機交互功能，邏輯上可以劃分為服務層與顯示 層。服務層負責與交互程序服務器通信，對實時或歷史數(shù)據(jù)進行收集，分析，處理，并響應顯 示層發(fā)出的控制命令，同時通過命令方式控制采樣模塊實現(xiàn)采集、停止、上傳節(jié)點程序等功 能。顯示層顯示數(shù)據(jù)分析結果，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點連接路徑圖繪制，顯示網(wǎng)絡運行狀態(tài)圖，歷史 數(shù)據(jù)查看，節(jié)點動態(tài)配置，以及發(fā)送控制命令和上傳節(jié)點程序等操作。提供輸出文件，方便 用戶進行離線調(diào)試和分析。下面結合圖2，說明為實現(xiàn)面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法所采用 的具體流程如下。步驟201，將傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點以星形結構連接到miniPC上，確保每臺miniPC 在無線局域網(wǎng)的通信范圍之內(nèi)，或者通過有線形式接入以太網(wǎng)。打開用戶控制客戶端，搜索 當前局域網(wǎng)中的miniPC并與其進行相連。
步驟202，監(jiān)聽新連接的節(jié)點。無線傳感器網(wǎng)絡是一個動態(tài)性很強的網(wǎng)絡。網(wǎng)絡隨 時有新的節(jié)點加入或離開。及時處理節(jié)點加入或離開事件是保證數(shù)據(jù)完整性和系統(tǒng)穩(wěn)定性 的關鍵技術之一。步驟202采用中斷的方式處理節(jié)點的加入與退出問題。當節(jié)點連接或退 出miniPC時，miniPC就會觸發(fā)中斷并進入相應的中斷服務程序。步驟203，輪流查循節(jié)點連接端口并生成一個交互系統(tǒng)啟動時的節(jié)點列表。列表是 以數(shù)組的形式保存在內(nèi)存中。步驟204，作為步驟202的中斷服務程序，是在交互系統(tǒng)啟動時創(chuàng)建并永駐內(nèi)存的 程序。當節(jié)點連接進來的時候，本步驟為節(jié)點創(chuàng)造一塊內(nèi)存空間和一個線程。內(nèi)存空間主 要用于記錄節(jié)點的生產(chǎn)商信息和產(chǎn)品ID等信息。同時，當節(jié)點斷開連接時，中斷服務程序 就會殺死為本節(jié)點創(chuàng)建的線程和銷毀其內(nèi)存。步驟205，主要實時維護一份完整的當前節(jié)點列表和收集全部節(jié)點信息。根據(jù)步 驟203生成的初始化節(jié)點列表和步驟204發(fā)過來的節(jié)點加入或退出信息，步驟205可以依 次往初始化節(jié)點列表里添加或刪除節(jié)點信息，從而實時維護一份的當前節(jié)點列表。另外，本 步驟還查詢節(jié)點信息并記錄在步驟204所分配的內(nèi)存空間里。步驟206，通過步驟205獲取節(jié)點生產(chǎn)商信息和產(chǎn)品ID等信息來判斷是否支持該 節(jié)點的交互功能。所有能被支持的節(jié)點都以特定格式保存在節(jié)點通信程序XML文件里，通 過查詢XML文件是否包含該生產(chǎn)商信息和產(chǎn)品ID的信息，就可以知道是否支持該節(jié)點的交 互功能。步驟207，節(jié)點通信程序可看作節(jié)點接口的上層驅(qū)動，交互程序通過管道方式動作 節(jié)點通信程序，可以通過節(jié)點通信程序發(fā)送信息到節(jié)點中，也可以接受來自節(jié)點的信息。節(jié) 點通信程序獨立于節(jié)點交互程序的通信協(xié)議，它只提供簡單的通信訪問媒介，可以用任意 的語言實現(xiàn)。添加節(jié)點的通信程序只需要編譯好該程序，并將該程序位置及名稱按照步驟 206能夠識別的格式登記在節(jié)點通信程序XML文件中。步驟208，選擇需要交互的模塊，通過選定的交互模塊(如UART，ADC等)，交互系統(tǒng) 能夠收集通過該節(jié)點模塊發(fā)出或收到的信息，也可以向該模塊注入數(shù)據(jù)，使節(jié)點能收到和 發(fā)送指定格式的數(shù)據(jù)。步驟209，用戶不需要修改應用程序，交互系統(tǒng)能將選定的節(jié)點交互模塊與用戶應 用程序編譯成16進制文件，并燒寫入節(jié)點中。燒寫完的節(jié)點直接可以跟交互系統(tǒng)進行交互。步驟210，具有交互模塊的節(jié)點會以圖形化的形式顯示出來。用戶可以形象地觀察 當前節(jié)點分布情況，運行狀態(tài)等信息。用戶也可以通過鼠標輕易地對節(jié)點進行監(jiān)視，控制等 操作。步驟211，設置節(jié)點顯示信息，包括設置節(jié)點不同狀態(tài)時的顏色，不同類型通信數(shù) 據(jù)的顯示方式。步驟212，節(jié)點位置的調(diào)整可以直接人工輸入坐標來設置，也可以通過鼠標拉動來 調(diào)整，還可以設置交互模塊，讓節(jié)點根據(jù)定位算法計算出的坐標自動調(diào)整自己的位置。步驟213，通過設置節(jié)點位置背景圖有利于用戶更直觀了解無線傳感器網(wǎng)絡通信 拓撲圖。步驟214，通過節(jié)點通信程序收集從節(jié)點傳輸過來的交互模塊信息，以多窗口的形式顯示出來。用戶可以向節(jié)點交互模塊注入數(shù)據(jù)，方便用戶進行程序調(diào)試。如在火災的監(jiān) 控網(wǎng)絡中，向某節(jié)點注入高溫數(shù)據(jù)，可以仿真出發(fā)生火災的情況，方便用戶檢驗算法的有效 性。用戶控制層是基于.NET Frameworks所開發(fā)的前端控制軟件，提供了友好的人機 交互界面，同時采用服務器/客戶端模式，使平臺構成一個分布式系統(tǒng)，方便研究人員測試 使用。如圖3所示，用戶控制層主要分為二大部分對傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的控制、傳感器通信 和內(nèi)部數(shù)據(jù)的實時采集及顯示。它提供了。1)對連入交互系統(tǒng)的傳感器節(jié)點進行自動識別，以樹形列表的形式對節(jié)點進行管 理，監(jiān)控節(jié)點的運行狀態(tài)。2)以二維平面圖的方式顯示傳感器實驗的環(huán)境，通過坐標調(diào)整節(jié)點具體位置，同 時可以調(diào)整節(jié)點的顯示大小。3)提供多用戶接入，對系統(tǒng)的用戶進行權限管理和認證。豐富的狀態(tài)提示信息，動 態(tài)郵件提醒，使研究人員對系統(tǒng)的運行狀態(tài)直觀地了解和及時地掌握。4)豐富的傳感器交互數(shù)據(jù)實時采集和顯示，可以對某個或者多個傳感器節(jié)點進行 交互數(shù)據(jù)的實時采集，并將用戶晦澀難懂的十六進制數(shù)據(jù)直觀得顯示出來，如來自通信交 互模塊的數(shù)據(jù)可以解釋出時間，包序列，源ID，目的ID，數(shù)據(jù)包類型，是否發(fā)送成功以及所 負載的用戶數(shù)據(jù)等等。5)以列表的形式對節(jié)點的數(shù)據(jù)包進行顯示，并用不同顏色區(qū)分數(shù)據(jù)包的類型。如 果是通信數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)包的分析，繪制出數(shù)據(jù)在傳感器節(jié)點之間的通信路徑，以實時觀 察傳感器網(wǎng)絡的通信拓撲結構。如圖4所示，節(jié)點交互模塊是基于操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡接口程序，主要用于與miniPC 進行交互。用戶使用本發(fā)明時，只要將應用程序與具有接口模塊的操作系統(tǒng)聯(lián)接編譯，就可 以生成具有可交互功能的執(zhí)行程序，而無需要修改自身程序。如圖5所示，節(jié)點交互模塊包括數(shù)據(jù)接口與命令接口。節(jié)點往外圍接口發(fā)送數(shù)據(jù) 后，也將數(shù)據(jù)以特定格式往miniPC轉(zhuǎn)發(fā)，miniPC通過偵聽接口，就可獲取節(jié)點通信數(shù)據(jù)。命 令接口用于采集模塊與節(jié)點進行交互，如設置節(jié)點無線發(fā)射能量、獲取節(jié)點信息等。節(jié)點接 口模塊設計只占用少量CPU周期執(zhí)行指令，不影響主程序運行。
權利要求
1.一種面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，其特征是該方法采用高度可 擴展分布式網(wǎng)絡結構的方式，可同時為大規(guī)模、無規(guī)律部署的無線傳感器網(wǎng)絡提供讓用戶 訪問及控制網(wǎng)絡節(jié)點的自定義接口，通過該接口，用戶可以直接觀察節(jié)點的實時內(nèi)部數(shù)據(jù)、 通信信息，也可以在節(jié)點運行時改變其內(nèi)部數(shù)據(jù)，或使其執(zhí)行所特定的命令。
2.根據(jù)權利要求1所述的面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，其特征是 采用miniPC網(wǎng)關進行分布式網(wǎng)絡部署，實現(xiàn)高度可擴展的分布式網(wǎng)絡結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，其特征是 miniPC為一個與多個傳感器節(jié)點直接連接的網(wǎng)關，收集與其連接的大量節(jié)點的通信信息與 狀態(tài)信息，經(jīng)過初步處理后轉(zhuǎn)發(fā)給上一級服務器端接收處理模塊，隨著節(jié)點數(shù)量的不斷增 加，可以通過增加更多miniPC的方式對網(wǎng)絡進行大規(guī)模擴展。
4.根據(jù)權利要求1所述的面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，其特征是 可同時為大規(guī)模、無規(guī)律部署的無線傳感器網(wǎng)絡提供讓用戶訪問及控制網(wǎng)絡節(jié)點的自定義 接口，所述的同時指在同一時刻中，支持對一個或多個節(jié)點的數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制；所述的無規(guī) 律部署指本方法不要求傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點按特定拓撲結構部署。
5.根據(jù)權利要求4所述的面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，其特征是 所述的節(jié)點不限定特定節(jié)點，即針對現(xiàn)有的節(jié)點，提供了多種軟、硬件接口，并采用了節(jié)點 識別方法，檢測該接入節(jié)點屬于什么類型運行什么操作系統(tǒng)，為不同類型節(jié)點自動選擇匹 配的節(jié)點交互算法，從而不限定所需交互節(jié)點的類型。
6.根據(jù)權利要求5所述的面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，其特征是 所述的交互算法不用PRC協(xié)議，而直接采用原始十六進制數(shù)據(jù)進行通信，交互算法不需要 用戶程序做任何改變；所述的交互算法基本不影響用戶程序的執(zhí)行邏輯。
7.根據(jù)權利要求1所述的面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，其特征是 所述的交互接口不是固定不變的，它允許用戶根據(jù)應用情景選擇特定的交互接口，用戶只 需要在編譯用戶代碼前，指定所需要交互的模塊，就可編譯出具有交互接口的用戶程序。
8.根據(jù)權利要求1所述的面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，其特征在 于，所述的用戶可以直接觀察節(jié)點的內(nèi)部數(shù)據(jù)、通信信息包括顯示節(jié)點的內(nèi)部電壓信息、 節(jié)點用戶程序中數(shù)據(jù)結構的值、節(jié)點與節(jié)點通信的數(shù)據(jù)及狀況。
9.根據(jù)權利要求8所述的面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，其特征在 于，所述的顯示節(jié)點與節(jié)點通信的數(shù)據(jù)及狀況，是通過解析節(jié)點經(jīng)串口發(fā)送出來的通信數(shù) 據(jù)，獲得該數(shù)據(jù)是由哪個節(jié)點發(fā)出，它的目標節(jié)點是幾號，該數(shù)據(jù)是發(fā)送還是接收的以及數(shù) 據(jù)ID號等信息后，完整顯示節(jié)點通信數(shù)據(jù)，并包括且不限于，解析出節(jié)點通信協(xié)議棧中各 層數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的在通信時的信號強度，出錯信息。
10.根據(jù)權利要求1所述的面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，其特征在 于，所述節(jié)點運行時改變其內(nèi)部數(shù)據(jù)，及使其執(zhí)行所特定的命令的方法，是通過節(jié)點中運行 的交互程序來完成的，該交互程序是基于事件觸發(fā)來啟動的，在沒有控制操作情況下，除了 占用節(jié)點小部分的代碼空間以外，不占用節(jié)點處理器的時鐘周期。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種面向大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的分布式交互方法，該方法采用高度可擴展分布式網(wǎng)絡結構的方式，可同時為大規(guī)模、無規(guī)律部署的無線傳感器網(wǎng)絡提供讓用戶訪問及控制網(wǎng)絡節(jié)點的自定義接口，可以在同一時刻中，支持對一個或多個節(jié)點的數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制，并且不要求傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點按特定拓撲結構部署。采用節(jié)點識別方式對接入節(jié)點進行自動識別，并為其選擇合適的交互算法，通過該接口，用戶可以直接觀察節(jié)點的實時內(nèi)部數(shù)據(jù)、通信信息，包括節(jié)點的內(nèi)部電壓信息、節(jié)點用戶程序中數(shù)據(jù)結構的值、節(jié)點與節(jié)點通信的數(shù)據(jù)及狀況；也可以在節(jié)點運行時改變其內(nèi)部數(shù)據(jù)，或使其執(zhí)行所特定的命令。
文檔編號H04W24/08GK102111796SQ20101058720
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權日2010年12月14日
發(fā)明者倪明選, 劉云淮, 沈鐘, 高民, 黃才炎 申請人:廣州市香港科大霍英東研究院