[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

说明书

本发明公开了一种树型传感器网络的自组网和低功耗数据汇集方法，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，最后通过网络将数据发送至监测服务器。

技术领域：本发明涉及一种无线传感器网络，特别是无线传感器网络的数据汇集。

技术背景：

近年来随着物联网的快速发展，无线传感器网络开始在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域，被广泛地应用于多种应用场景，如农业养殖、生态监测、工业设施检测、自然灾害预测、智能交通控制、智能家居及军事场合等。

无线传感器网络常用的拓扑结构主要有星型、树型、网状等拓扑结构。其中树型拓扑为分层结构，具有方便分支管理、易于扩展(容易加入新的分支或新的节点、故障隔离容易等优点。对于一些具有固定数据采集周期、数据传输量小频率低、通讯范围大且需要分区域管理的无线传感器网络应用领域，使用树型拓扑相比其他拓扑结构更为合适。但是传统的树型传感器网络在组网方面，动态拓扑能力差，传感器节点非常依赖它的上一级节点，一旦上一级节点出现故障，其下的传感器节点都将从网络中脱离。同时传统的树型传感器网络在数据汇集方面，常使用两种汇集方法：一是传感器节点按照固定时间间隔从低功耗休眠中唤醒，测量环境参数完成后随机等待一段时间，主动发送数据；二是传感器节点按照固定时间间隔从休眠中唤醒，测量环境参数完成后等待汇集指令，被动发送数据。前者易出现多个节点数据并发，造成消息碰撞，需多次重发，浪费多余能耗，后者为了保障节点能接收到汇集指令，节点需要提前较长时间唤醒，同样浪费多余能耗。

发明内容：

针对以上问题，本发明是设计出的一种符合实际需求的树型传感器网络(传感器节点、协调器、中继网关、路由器构成树形网络)的自组网和低功耗数据汇集方法。

一种树型传感器网络的自组网和低功耗数据汇集方法，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)；