[发明专利]一种树型传感器网络的自组网和低功耗数据汇集方法

权利要求书

1.一种树型传感器网络的自组网和低功耗数据汇集方法，其特征在于，传感器节点与协调器通过无线通信，协调器与中继网关通过串口通讯，传感器节点负责在现场测量各种环境数据，并将数据通过无线发送给协调器，协调器一方面通过无线与传感器节点进行通讯，负责传感器网络的建立，和传感器节点测量数据的采集；另一方面通过串口与中继网关进行通讯，负责向中继网关转发传感器节点测量数据，和接收中继网关的指令；中继网关的作用是当各节点的测量数据在中继网关中数据汇集后，由网关对数据进行融合，最后通过无线网络将数据发送至监测服务器主机；

所述传感器节点的工作步骤包括节点首次接入网络阶段、重新接入网络阶段、数据测量发送阶段；具体步骤如下：

1)节点通电后，初始化硬件配置；

2)读取控制器片内EEPROM中的自身节点地址信息，默认地址为0X0000；

3)节点地址是否为0X0000，如果是，则判断自身为未组网的新节点，进入节点首次接入网络阶段，即步骤4)-7)；否则判断不是新节点，进入步骤8)；

首次接入网络阶段：

4)在信道0广播新节点请求入网指令；

5)切换至信道0接收状态，等待回复，等待时间为T_Wait，判断是否收到协调器回复的允许新节点入网指令，如果是，则进入步骤6)，否则，返回步骤4)；

6)读取新节点允许入网指令，记录协调器分配的节点地址写入EEPROM，记录使用信道，标记自身状态为正常状态，标记刚入网；

7)在信道0向现协调器回复节点确认入网指令，进入步骤8)；

8)判断自身状态是否为故障状态，如果是，进入重新接入网络阶段，即步骤9)-18)，否则进入数据测量发送阶段，即步骤19)-28)；

重新接入网络阶段：

9)判断原有节点请求入网指令广播次数是否达到规定次数，如果是，进入步骤14)，否则进入步骤10)；

10)在通道0广播原有节点请求入网指令；

11)切换至信道0接收状态，等待回复，等待时间为T_Wait，判断是否收到原协调器回复的允许原有节点入网指令，如果是，则进入步骤12)，否则，进入步骤13)；

12)标记自身为正常状态，标记刚入网，记录指令中的使用信道，返回步骤8)；

13)随机等待一段时间，返回步骤9)；

14)在通道0广播待托管节点请求入网指令；

15)切换至信道0接收状态，等待回复，等待时间为T_Wait，判断是否收到协调器回复的允许待托管节点入网指令，如果是，则进入步骤16)，否则，进入步骤18)；

16)读取指令，记录使用信道，标记自身状态为正常状态，标记刚入网；

17)在信道0向托管协调器回复待托管节点确认入网指令，返回步骤8)；

18)等待30秒，将原有节点请求入网指令广播次数清零，返回步骤9)；

数据测量发送阶段：

19)判断是否刚入网，如果是，则进入步骤20)，否则进入步骤22)；

20)给所有测量数据赋值为0；

21)切换至使用信道接收状态，一直等待现网络中协调器发送的数据采集指令，接收到指令后，进入步骤24)；

22)打开传感器模块供电电源，测量环境参数；

23)关闭传感器供电电源，唤醒无线模块，切换至使用信道接收状态，等待协调器指令，等待时间为T_Wait_Collect，判断是否接收到协调器发送的数据采集指令，如果是，进入步骤24)，否则进入步骤28)；

24)记录下次采集数据时间间隔T_Collect、故障节点总数N_Error和新增故障节点数N_Error_Add，计算下次低功耗处理器唤醒定时时间T_Wake＝T_Collect-T_Measure–(N_Error_Add*T_Wait)，无线模块唤醒后接收等待时长T_Wait_Collect＝T_Wait+N_Error*T_Wait，定时器定时T_Wake；T_Measure为节点上传感器测量数据所需时间总和，由实际节点所拥有的传感器类型和数目决定；

25)在使用信道向协调器发送节点发送测量数据指令；

26)关闭所有不用资源，进入休眠；

27)定时时间T_Wake到后，定时器中断唤醒低功耗处理器，返回步骤8)；

28)标记自身故障状态，返回步骤8)；

所述协调器工作步骤包括协调器入网阶段、监听广播阶段和数据汇集阶段；

具体步骤如下：

协调器入网阶段：

(1)协调器通电后，初始化硬件配置；

(2)向网关发送协调器请求入网指令；

(3)收到网关回复的批准协调器入网指令后，记录协调器地址、原有节点数和使用信道，标记所有节点为故障状态；

(4)在信道0广播协调器信道选择指令；

(5)切换至信道0接收状态，等待回复，等待时间为T_Wait，判断是否收到其他协调器回复的协调器信道占用指令，如果是，判断该信道被占用，进入步骤(6)，否则判断该信道可用，进入步骤(9)；

(6)判断是否协调器选择信道指令发送次数等于信道总数减1次，如果是，判断信道选择失败，进入步骤(7)，否则进入步骤(8)；

(7)向网关发送协调器信道选择失败指令，等待一段时间后，清空协调器选择信道指令发送次数，返回步骤(4)；

(8)改变协调器选择信道指令中选用信道，返回步骤(4)；

(9)确定使用信道Channel_Used向网关发送协调器信道选择成功指令；

(10)收到网关回复网络建立成功指令后，更新定时器定时时间T_Collect，定时器定时；

(11)切换至信道0接收状态，监听广播；

(12)判断定时器定时时间是否达到，如果没有到达，进入监听广播阶段，即步骤(13)-(27)，否则进入数据汇集阶段，即步骤(28)-(39)；

监听广播阶段：

(13)判断是否收到节点或其他协调器广播的指令，如果是，进入步骤(14)，否则返回步骤(12)；

(14)读取指令，判断指令类别，如果是协调器信道选择指令，进入步骤(15)，如果是节点请求入网指令，进入步骤(19)；

处理其他协调器信道选择指令子流程：

(15)判断协调器信道选择指令中选用信道和自身使用信道是否相同，如果是，判断信道冲突，进入步骤(16)，否则进入步骤(17)；

(16)在信道0回复协调器信道占用指令；

(17)判断自身托管节点中是否有节点地址首字节同发送协调器信道选择指令的协调器的地址，如果有这样的节点，进入步骤(18)，否则返回步骤(11)；

(18)标记该托管节点为故障状态，向网关发送节点故障指令，返回步骤(11)；

处理节点请求入网指令子流程：

(19)读取指令，判断指令类型，如果是新节点请求入网指令，进入步骤(20)；如果是原有节点请求入网指令，进入步骤(23)；如果是原有节点请求入网指令，进入步骤(21)，如果是待托管节点请求入网指令，进入步骤(25)；

(20)分配节点地址，在信道0向节点发送允许新节点入网指令；

(21)切换至信道0接收状态，等待回复，等待时间为T_Wait，如果接收到节点确认入网指令，则进入步骤(22)，否则，返回步骤(11)；

(22)更新节点数目S_Node＝S_Node+1，标记节点为正常状态，向网关发送新节点入网指令，返回步骤(11)；

(23)在信道0向节点发送允许原有节点入网指令；

(24)标记节点为正常状态，向网关发送原有节点入网指令，返回步骤(11)；

(25)在信道0向节点发送允许待托管节点入网指令；

(26)切换至信道0接收状态，等待回复，等待时间为T_Wait，如果接收到待托管节点确认入网指令，则进入步骤(27)，否则，返回步骤(11)；

(27)记录该托管节点地址，标记节点为正常状态，向网关发送待托管节点入网指令；返回步骤(11)；

数据汇集阶段：

(28)定时器定时时间达到后，向网关发送获取下次采集数据时间指令；

(29)收到网关回复的通知下次采集数据时间指令后，更新定时器定时时间T_Collect，定时器定时；

(30)读取第一个节点的地址和状态，清零故障节点总数N_Error和新增故障节点数N_Error_Add；

(31)该节点状态是否为正常状态，进入步骤(32)，否则，进入步骤(36)；

(32)在使用信道Channel_Used上向节点发送数据采集指令；

(33)切换至使用信道Channel_Used接收状态，等待回复，等待时间为T_Wait，如果接收到节点发送测量数据指令，则进入步骤(34)，否则，进入步骤(35)；

(34)记录测量数据，向网关发送协调器数据传输指令，等待定时时间到，进入步骤(37)；

(35)标记节点为故障状态，更新故障节点总数N_Error＝N_Error+1，新增故障节点数N_Error_Add＝N_Error_Add+1，向网关发送节点故障指令，进入步骤(37)；

(36)更新故障节点总数N_Error＝N_Error+1；

(37)该节点是否为最后一个节点，如果是，进入步骤(38)，否则进入步骤(39)；

(38)向网关发送本轮数据采集完毕指令，返回步骤(11)；

(39)读取下一个节点的地址和状态，返回步骤(31)。