專利名稱：無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)分層嵌套數(shù)據(jù)采集和傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明述及一種無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)分層嵌套數(shù)據(jù)的采集與傳輸技術(shù)，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
背景技術(shù)：
無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量部署的光纖傳感器節(jié)點(diǎn)組成，協(xié)作地傳感、采集、處理監(jiān)測區(qū)域的信息，并以無線多跳的方式傳輸給控制中心。無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)融合了光纖傳感器抗電磁干擾、防燃防爆等優(yōu)點(diǎn)，和無線組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)、成本低、分布式計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)，適用于普通傳感器不能勝任的易燃易爆、強(qiáng)腐蝕性、高電磁干擾等高危環(huán)境，具有非常重要的理論和實(shí)踐意義。在無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于所搭載傳感器為光纖傳感器，光源在每次開啟時(shí)要經(jīng)過一段時(shí)間才能穩(wěn)定，這段時(shí)間遠(yuǎn)大于電子傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集時(shí)間， 因此給網(wǎng)絡(luò)帶來兩個(gè)問題第一，在數(shù)據(jù)采集的時(shí)間內(nèi)，定時(shí)器發(fā)生漂移，網(wǎng)絡(luò)再次不同步， 增加了數(shù)據(jù)碰撞的機(jī)率；第二，這段時(shí)間內(nèi)無線收發(fā)器處于空閑狀態(tài)，產(chǎn)生不必要的能耗。 以上兩個(gè)問題是無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)所存在的特有的問題。另一方面，由于傳感器節(jié)點(diǎn)失效或者新傳感器節(jié)點(diǎn)的臨時(shí)加入，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓虼藷o線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)需要具有動(dòng)態(tài)自組織性?，F(xiàn)有的針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集傳輸方案和通信協(xié)議并不能解決無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)所存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種適用于無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)的分層嵌套數(shù)據(jù)采集和傳輸方法，能有效解決節(jié)點(diǎn)間同步的問題，并具有低能耗的特性，且支持所有無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)加入網(wǎng)絡(luò)，具有自組織性，克服了現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的不足，滿足無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱點(diǎn)監(jiān)測單元監(jiān)測量的分布式同步采集和遠(yuǎn)程多跳實(shí)時(shí)傳輸。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)分層嵌套數(shù)據(jù)采集和傳輸方法，無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)由兩層網(wǎng)絡(luò)組成上層網(wǎng)絡(luò)由中心控制節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)組成，在上層輪詢時(shí)段中，采用多跳輪詢機(jī)制實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)和傳感數(shù)據(jù)的多跳傳輸；底層網(wǎng)絡(luò)由管理節(jié)點(diǎn)和無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)組成，在底層數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)段中，采用雙同步動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用機(jī)制實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的分布式采集和傳輸；底層數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)段嵌套在上層輪詢時(shí)段中。所述中心控制節(jié)點(diǎn)與控制中心的計(jì)算機(jī)相連，用于向各熱點(diǎn)監(jiān)測單元的管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制信號(hào)，并且從無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)中收集傳感數(shù)據(jù)，發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、 處理和實(shí)時(shí)顯示。所述路由節(jié)點(diǎn)，位于中心控制節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)之間，若干個(gè)路由節(jié)點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)、 管理節(jié)點(diǎn)、無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)組成多跳網(wǎng)絡(luò)，用于控制信號(hào)和傳感數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。所述管理節(jié)點(diǎn)，控制相應(yīng)熱點(diǎn)監(jiān)測單元內(nèi)所有無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)，并收集這些無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感數(shù)據(jù)，通過多跳網(wǎng)絡(luò)傳送到控制中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。所述無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)，根據(jù)接收到的來自管理節(jié)點(diǎn)的控制信號(hào)，加入某個(gè)管理節(jié)點(diǎn)控制的熱點(diǎn)監(jiān)測單元，將自己采集到的傳感數(shù)據(jù)發(fā)送給該管理節(jié)點(diǎn)。所述多跳輪詢機(jī)制進(jìn)一步包含以下內(nèi)容
1)將時(shí)間幀分為周期性的調(diào)度訪問，由多個(gè)控制時(shí)槽和數(shù)據(jù)時(shí)槽交錯(cuò)組成；
2)中心控制節(jié)點(diǎn)周期性對(duì)所有管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐次調(diào)度訪問，每個(gè)輪詢周期對(duì)各管理節(jié)點(diǎn)輪詢一次，實(shí)現(xiàn)向管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制數(shù)據(jù)，以及接收管理節(jié)點(diǎn)匯集的傳感數(shù)據(jù)；
3)中心控制節(jié)點(diǎn)與待輪詢管理節(jié)點(diǎn)之間若存在路由節(jié)點(diǎn)或擔(dān)任路由功能的管理節(jié)點(diǎn)， 各路由節(jié)點(diǎn)和擔(dān)任路由功能的管理節(jié)點(diǎn)通過查找路由表方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制數(shù)據(jù)和傳感數(shù)據(jù)的多跳傳輸。所述動(dòng)態(tài)通信協(xié)議進(jìn)一步包含以下內(nèi)容
1)將調(diào)度訪問中某一數(shù)據(jù)時(shí)槽的一段，劃分為采樣時(shí)段、傳輸時(shí)段和邀請(qǐng)時(shí)段；
2)每個(gè)采樣時(shí)段劃分為喚醒、第一次同步、采樣時(shí)隙，入網(wǎng)成功的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)在采樣時(shí)段打開光源并進(jìn)行傳感信號(hào)采集；
3)每個(gè)傳輸階段劃分為喚醒、第二次同步、傳輸時(shí)隙，入網(wǎng)成功的傳感器節(jié)點(diǎn)在傳輸階段按照時(shí)分復(fù)用機(jī)制向本地管理節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)；
4)每個(gè)邀請(qǐng)階段劃分為多個(gè)競爭時(shí)隙，沒有入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)在競爭時(shí)隙申請(qǐng)入網(wǎng)；
5)任一熱點(diǎn)監(jiān)測單元內(nèi)所有入網(wǎng)成功的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)與其本地管理節(jié)點(diǎn)同步的步驟本地管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送第一次同步信號(hào)后，計(jì)算發(fā)送包時(shí)延，同時(shí)，本地入網(wǎng)成功的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)收到第一次同步信號(hào)后，調(diào)整時(shí)鐘，并計(jì)算接收包時(shí)延。本地管理節(jié)點(diǎn)將發(fā)送包時(shí)延寫入第二次同步信號(hào)中，同時(shí)，無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)在收到第二次同步信號(hào)后， 根據(jù)第二次同步信號(hào)中本地管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送包時(shí)延，精確修正本地時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)與本地管理節(jié)點(diǎn)的同步。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是
提出了一種無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)分層嵌套實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與傳輸方法，上層網(wǎng)絡(luò)采用多跳輪詢機(jī)制實(shí)現(xiàn)了傳感數(shù)據(jù)的多跳傳輸，底層網(wǎng)絡(luò)采用雙同步動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式采集，并且支持所有無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)加入網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)具有自組織性。無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)按照休眠一工作一休眠的模式運(yùn)行，同時(shí)在兩次同步信號(hào)之間，僅進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其余模塊均處于休眠狀態(tài)，有效節(jié)省了能耗，延長節(jié)點(diǎn)壽命；采用兩次同步方法，糾正了由于長時(shí)間數(shù)據(jù)采集帶來的定時(shí)器漂移，實(shí)現(xiàn)了管理節(jié)點(diǎn)與無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)之間的精確同步,避免數(shù)據(jù)碰撞和丟失。


圖I是本發(fā)明所述無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)分層嵌套數(shù)據(jù)采集和傳輸方法示意圖。
圖2是本發(fā)明所采用的無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
圖3是本發(fā)明所述數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明所述數(shù)據(jù)應(yīng)答幀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明所述喚醒幀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明所述第一次同步幀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明所述第二次同步幀結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明所述發(fā)送數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明所述中心控制節(jié)點(diǎn)工作示意圖。圖10是本發(fā)明所述路由節(jié)點(diǎn)工作示意圖。圖11是本發(fā)明所述管理節(jié)點(diǎn)工作示意圖。圖12是本發(fā)明所述無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)工作示意圖。圖13是本發(fā)明所述無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)一個(gè)輪詢周期工作時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下
如圖I所示，本發(fā)明所提供的無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)，是將無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分為四類中心控制節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)和無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)。其中中心控制節(jié)點(diǎn)與控制中心的計(jì)算機(jī)相連接，用于向各熱點(diǎn)監(jiān)測單元的管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制信號(hào)，并且從無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)中收集傳感數(shù)據(jù)，發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和實(shí)時(shí)顯示；路由節(jié)點(diǎn)位于中心控制節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)之間，若干個(gè)路由節(jié)點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)、無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)組成多跳網(wǎng)絡(luò)，用于控制信號(hào)和傳感數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸；管理節(jié)點(diǎn)控制相應(yīng)熱點(diǎn)內(nèi)所有無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)，并收集這些無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感數(shù)據(jù)，通過多跳網(wǎng)絡(luò)傳送到控制中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)，根據(jù)接收到的來自管理節(jié)點(diǎn)的信息，加入某個(gè)管理節(jié)點(diǎn)控制的熱點(diǎn)監(jiān)測單元，將自己采集到的傳感數(shù)據(jù)發(fā)送給該管理節(jié)點(diǎn)。該無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)采用分層嵌套的數(shù)據(jù)采集和傳輸方法上層網(wǎng)絡(luò)由中心控制節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)組成，在上層輪詢時(shí)段中，采用多跳輪詢機(jī)制實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)和傳感數(shù)據(jù)的多跳傳輸；底層網(wǎng)絡(luò)由管理節(jié)點(diǎn)和無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)組成，在底層數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)段中，采用雙同步動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用機(jī)制實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的分布式采集和傳輸；底層數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)段嵌套在上層輪詢時(shí)段中。如圖2 —圖13所示，在一個(gè)已部署好的無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)中，采用分層嵌套的數(shù)據(jù)采集和傳輸方法進(jìn)行工作。首先為全網(wǎng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)唯一的地址，位于上層網(wǎng)絡(luò)的中心控制節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)均靜止，即上層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)均知道自己的鄰居信息。位于底層網(wǎng)絡(luò)的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)，可以動(dòng)態(tài)地加入網(wǎng)絡(luò)。在上層輪詢時(shí)段中，當(dāng)一個(gè)輪詢周期到來時(shí)，中心控制節(jié)點(diǎn)按次序?qū)ι蠈泳W(wǎng)絡(luò)中所有管理節(jié)點(diǎn)通過多跳輪詢通信機(jī)制依次進(jìn)行輪詢中心控制節(jié)點(diǎn)向待輪詢管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求包(如圖2 :數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀一共有4個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是本網(wǎng)數(shù)據(jù)屬性，第二個(gè)字節(jié)是待輪詢管理節(jié)點(diǎn)的地址，第三個(gè)字節(jié)是中心控制節(jié)點(diǎn)的地址，第四個(gè)字節(jié)是上一跳節(jié)點(diǎn)的地址)，第一跳路由節(jié)點(diǎn)或管理節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求包后，開包檢測，如果數(shù)據(jù)包的源地址為中心控制節(jié)點(diǎn)地址，且目的地址為本地路由表中下行地址之一，接收該包后將路由地址改為本地地址后轉(zhuǎn)發(fā)；如果數(shù)據(jù)包的目的地址是本地地址且路由地址為下行上一跳節(jié)點(diǎn)地址，則確認(rèn)本節(jié)點(diǎn)為某一監(jiān)測熱點(diǎn)監(jiān)測單元內(nèi)管理節(jié)點(diǎn)；否則丟棄該數(shù)據(jù)請(qǐng)求包。若存在下行第二跳路由節(jié)點(diǎn)或管理節(jié)點(diǎn)，則下行第二跳路由節(jié)點(diǎn)重復(fù)下行第一跳路由節(jié)點(diǎn)的工作過程，以此類推。管理節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求包后，通知下層網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)熱點(diǎn)監(jiān)測單元中的無線光纖傳感器開始工作，接收完本地?zé)o線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)后，向中心控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)包(如圖3 :數(shù)據(jù)應(yīng)答幀一共有4+2/7個(gè)字節(jié)，其中是相應(yīng)熱點(diǎn)監(jiān)測單元中節(jié)點(diǎn)總數(shù)，第一個(gè)字節(jié)是本網(wǎng)數(shù)據(jù)屬性，第二個(gè)字節(jié)是中心控制節(jié)點(diǎn)的地址，第三個(gè)字節(jié)是待輪詢管理節(jié)點(diǎn)的地址，第四個(gè)字節(jié)是上一跳節(jié)點(diǎn)的地址，從第五個(gè)字節(jié)開始為傳感數(shù)據(jù)，每個(gè)傳感數(shù)據(jù)占兩個(gè)字節(jié))，目的地址為中心控制節(jié)點(diǎn)地址，源地址為本地地址，路由地址初始化為本地地址。上行第一跳路由節(jié)點(diǎn)或管理節(jié)點(diǎn)收到應(yīng)答數(shù)據(jù)包后，開包檢測，如果數(shù)據(jù)包的目的地址是中心控制節(jié)點(diǎn)地址，且路由地址為上行上一跳，則接收該包后將路由地址改為本地地址后轉(zhuǎn)發(fā)；否則丟棄該數(shù)據(jù)應(yīng)答包。若存在上行第二跳路由節(jié)點(diǎn)或管理節(jié)點(diǎn)，則上行第二跳路由節(jié)點(diǎn)或管理節(jié)點(diǎn)重復(fù)上行第一跳路由節(jié)點(diǎn)或管理節(jié)點(diǎn)的工作過程，以此類推。 中心控制節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)應(yīng)答包，開包檢測，如果數(shù)據(jù)包目的地址是中心控制節(jié)點(diǎn)地址，且路由地址為上行上一跳節(jié)點(diǎn)地址，接收數(shù)據(jù)應(yīng)答包后，將傳感數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心計(jì)算機(jī)， 由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和顯示。在輪詢周期中，若中心控制節(jié)點(diǎn)向某一目的管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求包一段時(shí)間后，沒有收到該管理節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)應(yīng)答包，則中心控制節(jié)點(diǎn)開啟重傳機(jī)制，向該管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求包。重傳一定次數(shù)后，如果仍然沒有收到該管理節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)應(yīng)答包，中心控制節(jié)點(diǎn)在本輪輪詢周期中放棄對(duì)該管理節(jié)點(diǎn)的詢問，等到下次輪詢周期再對(duì)該管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詢問。底層數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)段開始時(shí)，管理節(jié)點(diǎn)發(fā)起匯聚，進(jìn)入采樣時(shí)段，首先第一次發(fā)出I秒喚醒信號(hào)(如圖4 :喚醒幀只有2字節(jié)，第二個(gè)字節(jié)是喚醒信號(hào)標(biāo)識(shí))，喚醒相應(yīng)熱點(diǎn)監(jiān)測單元內(nèi)所有無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)。然后發(fā)送第一次同步信號(hào)(如圖5 :第一次同步幀一共有2+2 字節(jié)，其中《是相應(yīng)熱點(diǎn)監(jiān)測單元中無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)總數(shù)，第二個(gè)字節(jié)是第一次同步信號(hào)標(biāo)識(shí)，從第三字節(jié)開始是已經(jīng)入網(wǎng)的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)地址信息和所分配的時(shí)隙，各占一個(gè)字節(jié)，傳感器節(jié)點(diǎn)通過查找自己的地址就可以獲得相應(yīng)的通信時(shí)隙)，一方面用于實(shí)現(xiàn)相應(yīng)熱點(diǎn)監(jiān)測單元內(nèi)已經(jīng)入網(wǎng)的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)與管理節(jié)點(diǎn)的粗同步， 另一方面向相應(yīng)熱點(diǎn)監(jiān)測單元內(nèi)已經(jīng)入網(wǎng)的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)隙分配表。本地?zé)o線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)被第一次喚醒后等待第一次同步信號(hào)。當(dāng)無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)收到第一次同步信號(hào)后，如果在該信號(hào)中找到本地地址和相應(yīng)的分配時(shí)隙，表示該無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)已入網(wǎng)，則第一次調(diào)整時(shí)鐘，使射頻模塊進(jìn)入休眠偵聽狀態(tài)，然后打開光源，等待光源穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，直到采樣時(shí)隙結(jié)束，關(guān)閉光源。否則，轉(zhuǎn)入休眠，并在邀請(qǐng)階段到來時(shí)采用隨機(jī)避讓方式申請(qǐng)入網(wǎng)。管理節(jié)點(diǎn)的定時(shí)器溢出后，進(jìn)入傳輸時(shí)段，首先第二次發(fā)出I秒喚醒信號(hào)，喚醒相應(yīng)熱點(diǎn)監(jiān)測單元內(nèi)所有已經(jīng)入網(wǎng)的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)。然后發(fā)送第二次同步信號(hào)(如圖 6 :第一次同步幀一共有3字節(jié)，第二個(gè)字節(jié)是第二次同步信號(hào)標(biāo)識(shí)，第三字節(jié)是管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送包的延時(shí)，占一個(gè)字節(jié))，接著進(jìn)入接收模式。已經(jīng)入網(wǎng)的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)被第二次喚醒后，當(dāng)收到第二次同步信號(hào)時(shí)，精確修正本地時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)與本地管理節(jié)點(diǎn)的同步，然后根據(jù)分配的時(shí)隙，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到本地管理節(jié)點(diǎn)。邀請(qǐng)階段被劃分為一系列長度為5毫秒的競爭時(shí)隙。新的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)和在上一個(gè)傳輸時(shí)段發(fā)過入網(wǎng)申請(qǐng)，但由于信道沖突而沒有入網(wǎng)成功的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)，可以在邀請(qǐng)階段內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)競爭時(shí)隙，如果檢測到信道為空，則發(fā)送自己的入網(wǎng)申請(qǐng)，如果被占用則再進(jìn)行一次隨機(jī)延時(shí)。如此反復(fù)，直到連續(xù)3次節(jié)點(diǎn)都檢測出信道被占用，節(jié)點(diǎn)就退出加入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，等下一個(gè)邀請(qǐng)時(shí)段再加入。在邀請(qǐng)階段，入網(wǎng)成功的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)的地址將被管理節(jié)點(diǎn)記錄在網(wǎng)絡(luò)列表中，在下一個(gè)傳輸模式寫入第一次同步信號(hào)內(nèi)，并分配相應(yīng)的傳輸時(shí)隙。如果管理節(jié)點(diǎn)超過3次沒有收到本地某一無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)，認(rèn)為該無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)，將該無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)的地址從網(wǎng)絡(luò)列表中刪除，并重新分配各節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)隙。本發(fā)明提出的同步方法是由管理節(jié)點(diǎn)擔(dān)任協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，通過發(fā)送兩次同步信號(hào)，進(jìn)行精確的時(shí)隙同步。在第一次同步信號(hào)時(shí)實(shí)現(xiàn)粗同步。管理節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)定時(shí)器，開始計(jì)時(shí)，發(fā)送第一次同步信號(hào)，結(jié)束后記下定時(shí)器計(jì)數(shù)，可以得到發(fā)送包時(shí)延D115本地?zé)o線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)收到第一次同步信號(hào)時(shí)產(chǎn)生中斷啟動(dòng)本地定時(shí)器，開始計(jì)時(shí)，信號(hào)接收完成后，記下定時(shí)器計(jì)數(shù)，可以得到接收包時(shí)延d2。在第二次同步信號(hào)時(shí)實(shí)現(xiàn)精同步。管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送第二次同步信號(hào)，將D1發(fā)送到本地已經(jīng)入網(wǎng)的無線光纖傳感器3，得到總時(shí)延為D1+ D2，由于電磁波傳輸速率為光速，因此當(dāng)傳播距離在300米以內(nèi)時(shí)傳播時(shí)延忽略不計(jì)，無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)修改本地時(shí)鐘與管理節(jié)點(diǎn)同步。
權(quán)利要求
1.一種無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)分層嵌套數(shù)據(jù)采集和傳輸方法，其特征在于，無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)由兩層網(wǎng)絡(luò)組成上層網(wǎng)絡(luò)由中心控制節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)組成，在上層輪詢時(shí)段中，采用多跳輪詢機(jī)制實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)和傳感數(shù)據(jù)的多跳傳輸；底層網(wǎng)絡(luò)由管理節(jié)點(diǎn)和無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)組成，在底層數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)段中，采用雙同步動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用機(jī)制實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的分布式采集和傳輸；底層數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)段嵌套在上層輪詢時(shí)段中；所述中心控制節(jié)點(diǎn)與控制中心的計(jì)算機(jī)相連，用于向各熱點(diǎn)監(jiān)測單元的管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制信號(hào)，并且從無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)中收集傳感數(shù)據(jù)，發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和實(shí)時(shí)顯示；所述路由節(jié)點(diǎn)，位于中心控制節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)之間，若干個(gè)路由節(jié)點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)、無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)組成多跳網(wǎng)絡(luò)，用于控制信號(hào)和傳感數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸；所述管理節(jié)點(diǎn)，控制相應(yīng)熱點(diǎn)監(jiān)測單元內(nèi)所有無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)，并收集這些無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感數(shù)據(jù)，通過多跳網(wǎng)絡(luò)傳送到控制中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；所述無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)，根據(jù)接收到的來自管理節(jié)點(diǎn)的控制信號(hào)，加入某個(gè)管理節(jié)點(diǎn)控制的熱點(diǎn)監(jiān)測單元，將自己采集到的傳感數(shù)據(jù)發(fā)送給該管理節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)分層嵌套數(shù)據(jù)采集和傳輸方法，其特征在于，所述多跳輪詢機(jī)制進(jìn)一步包含以下內(nèi)容1)將時(shí)間幀分為周期性的調(diào)度訪問，由多個(gè)控制時(shí)槽和數(shù)據(jù)時(shí)槽交錯(cuò)組成；2)中心控制節(jié)點(diǎn)周期性對(duì)所有管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐次調(diào)度訪問，每個(gè)輪詢周期對(duì)各管理節(jié)點(diǎn)輪詢一次，實(shí)現(xiàn)向管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制數(shù)據(jù)，以及接收管理節(jié)點(diǎn)匯集的傳感數(shù)據(jù)；3)中心控制節(jié)點(diǎn)與待輪詢管理節(jié)點(diǎn)之間若存在路由節(jié)點(diǎn)或擔(dān)任路由功能的管理節(jié)點(diǎn)， 各路由節(jié)點(diǎn)和擔(dān)任路由功能的管理節(jié)點(diǎn)通過查找路由表方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制數(shù)據(jù)和傳感數(shù)據(jù)的多跳傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)分層嵌套數(shù)據(jù)采集和傳輸方法，其特征在于，所述雙同步動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用機(jī)制進(jìn)一步包含以下內(nèi)容1)將調(diào)度訪問中某一數(shù)據(jù)時(shí)槽的一段，劃分為采樣時(shí)段、傳輸時(shí)段和邀請(qǐng)時(shí)段；2)每個(gè)采樣時(shí)段劃分為喚醒、第一次同步、采樣時(shí)隙，入網(wǎng)成功的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)在采樣時(shí)段打開光源并進(jìn)行傳感信號(hào)采集；3)每個(gè)傳輸階段劃分為喚醒、第二次同步、傳輸時(shí)隙，入網(wǎng)成功的傳感器節(jié)點(diǎn)在傳輸階段按照TDMA機(jī)制向本地管理節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)；4)每個(gè)邀請(qǐng)階段劃分為多個(gè)競爭時(shí)隙，沒有入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)在競爭時(shí)隙申請(qǐng)入網(wǎng)；5)任一熱點(diǎn)監(jiān)測單元內(nèi)所有入網(wǎng)成功的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)與其本地管理節(jié)點(diǎn)同步的步驟本地管理節(jié)點(diǎn)廣播第一次同步信號(hào)后，計(jì)算發(fā)送包時(shí)延，同時(shí)，本地入網(wǎng)成功的無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)收到第一次同步信號(hào)后，調(diào)整時(shí)鐘，并計(jì)算接收包時(shí)延；本地管理節(jié)點(diǎn)將發(fā)送包時(shí)延寫入第二次同步信號(hào)中并廣播，同時(shí)，無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)在收到第二次同步信號(hào)后，根據(jù)第二次同步信號(hào)中本地管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送包時(shí)延，精確修正本地時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)與本地管理節(jié)點(diǎn)的同步。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)分層嵌套實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳輸方法，在無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由中心控制節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)組成的上層網(wǎng)絡(luò)，在上層輪詢時(shí)段中，采用多跳輪詢機(jī)制，由路由節(jié)點(diǎn)和部分管理節(jié)點(diǎn)承擔(dān)路由功能，實(shí)現(xiàn)控制信息和傳感數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程多跳傳輸；由控制節(jié)點(diǎn)和無線光纖傳感器節(jié)點(diǎn)組成的底層網(wǎng)絡(luò)，在底層數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)段中，采用雙同步動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一熱點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測量的分布式同步采集和傳輸；底層數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)段嵌套在上層輪詢時(shí)段中。該無線光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)具有功耗低、分布廣、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，適用于油庫罐群、電力系統(tǒng)、礦井隧道、溫室糧倉等多種應(yīng)用環(huán)境已知的監(jiān)測領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04W52/02GK102612123SQ20121005943
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者朱姍, 王廷云 申請(qǐng)人:上海大學(xué)