[发明专利]适用于无网络覆盖地区的远程中转传输系统及其传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式系统、无线通信、无线传感器网络技术领域，具体涉及一种适用于无网络覆盖地区的远程中转传输系统及其传输方法。

背景技术

目前，无线传感器网络作为一种全新的信息获取、传输与处理技术，已经在军事、环境、健康、医疗、家居等领域得到越来越广泛的应用。其中，大面积野外环境监测是无线传感器网络应用的重要领域。无线传感器网络具有功耗低、数据传输可靠、网络容量大、适用于野外环境、兼容性好、实现成本低等特点。

图1为目前典型的无线传感器网络系统结构示意图，它包含一般传感器节点、网关（包括汇聚节点）、监控中心和用户终端等。从图中可以看到，传感器监测区域中部署了大量的一般传感器节点，每个传感器节点都可以采集其覆盖区域的实时数据并且路由到网关。网关通常由汇聚节点和通信模块两部分组成。所有一般节点收集的数据，通过汇聚节点汇总到无线传感网网关，并由网关将这些信息转发至互联网、以太网等其他网络，最终到达用户终端，管理人员或用户可以在终端上查看、分析以及处理数据信息。反之，用户终端下发的消息和命令也会通过网关转发到各个一般节点。因此，无线传感网网关是数据传输的中枢设备。

现有无线传感网网关设备与其他网络之间的数据转发方式可分为有线方式和无线方式两大类。有线方式主要包括以太网、公共电话网和现场总线等方式，具有较高的传输率和可靠性。但是这种方式受到无线传感器网络部署的野外环境限制，虽然能满足在室内部署的要求，但在实际野外应用中存在局限性。而无线连接方式是利用公共无线通信网络（移动通讯网络）来实现，主要通过在网关设备上添加WLAN/GPRS/GSM/3G(TD-SCDMA)/蓝牙模块来实现，虽然满足了许多不同环境下的数据转发需求，但是存在数据处理能力不够、蓄电池供电不足使生存周期短等问题，而且都有一个共同的致命弱点，就是受到移动通讯网络覆盖区域的限制。

无线传感器网络主要应用于监测、跟踪以及侦查等，这些应用通常是在环境较为恶劣、偏远、基础通信设备不完善、无移动通讯网络覆盖的野外环境中进行，因此现有的无线传感网网关设备均不适用。例如我们要在秦岭金丝猴保护区部署无线传感网进行监测（基于CPS技术的秦岭动植物生态保护监测系统,陕西省科技攻关，项目编号：2011K06-09），将无线传感网技术应用于秦岭野生动物资源智能感知，有效解决在野外环境下人工监测野生动物的诸多限制，如：由于野外保护区域广,人工数据采集与管理困难、实时性差、高成本、低效率等。

鉴于目前无线传感器网络的实际应用需求，结合无线传感器网络自身的特点，设计一种适用于无网络覆盖地区的无线传感器网络远程中转传输系统将有十分重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种适用于无网络覆盖地区的远程中转传输系统及其传输方法，该系统和方法要解决以下技术问题：一是克服传统网关设备受到公共无线通信网络覆盖区域的限制，满足无线传感器网络在基础通信设备不完善、无公共无线通信网络覆盖的野外环境下的应用需求；二是解决野外供电不便、蓄电池供电不足的问题，提出了网关设备进行休眠调度，满足无线传感器网络在野外长期监测的应用需求；三是将中转器及跳频通信应用于无线传感器网络，使无线发射机能实时地更改频率，突破单一频段传播的限制，增强系统适应性，为传感网在野外环境下的大规模应用提供技术支撑。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

一种适用于无网络覆盖地区的远程中转传输系统，包括新型网关和中继器两部分；其中，新型网关包括汇聚节点单元、第一ARM微处理器单元、第一U/V频段无线数传模块、第一LCD显示单元、第一蓄电池、第一太阳能电源管理单元、第一太阳能电池板、第一宽带功率放大器；其中，汇聚节点单元、第一LCD显示单元、第一太阳能电源管理单元和第一U/V频段无线数传模块均与第一ARM微处理器单元相连接；第一蓄电池和第一太阳能电池板分别与第一太阳能电源管理单元相连接；第一U/V频段无线数传模块与第一宽带功率放大器相连接；

中继器包括第二U/V频段无线数传模块、第二ARM微处理器单元、第二LCD显示单元、GPRS模块、3G模块、第二蓄电池、第二太阳能电源管理单元、第二太阳能电池板、第二宽带功率放大器；其中，第二U/V频段无线数传模块、第二太阳能电源管理单元、GPRS模块、3G模块和第二LCD显示单元均与第二ARM微处理器单元相连接；第二蓄电池和第二太阳能电池板均与第二太阳能电源管理单元相连接；第二U/V频段无线数传模块和第二宽带功率放大器相连接。