基于動態(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法
【專利摘要】本發(fā)明基于動態(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法屬于數(shù)據(jù)采集、無線通信應用領域，涉及一種基于動態(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法。無線數(shù)據(jù)采集方法中，在無線匯聚節(jié)點周圍均勻分布有多個無線采集節(jié)點；無線匯聚節(jié)點根據(jù)各無線采集節(jié)點的采集數(shù)據(jù)量，動態(tài)控制各無線采集節(jié)點的傳輸時隙、時隙長度；為各無線采集節(jié)點分配的時隙長度正比于該節(jié)點采集的數(shù)據(jù)量；多個無線采集節(jié)點通過協(xié)作實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線匯聚節(jié)點；無線匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機，PC機上運行的數(shù)據(jù)處理軟件對采集數(shù)據(jù)進行分析處理后顯示結果。該方法便于布置安裝，有效地提高了分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率，在工業(yè)監(jiān)測、軍事等領域具有較廣泛的應用前景。
【專利說明】基于動態(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法
【技術領域】[0001]本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)采集、無線通信應用領域，涉及一種基于動態(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法。
【背景技術】
[0002]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工業(yè)、軍事、農(nóng)業(yè)等領域有著廣泛的應用前景。工業(yè)中經(jīng)常需要對各種設備的參數(shù)進行在線測量，如:石油鉆井平臺需要實時監(jiān)測平臺多點的壓力、轉速等參數(shù)信息；煤炭掘進面需要實時監(jiān)測掘進面多點的壓力、氣體濃度、位移等參數(shù)信息；大型橋梁需要實時監(jiān)測其橋面振動、擺動、壓力等參數(shù)信息；超高層建筑需要實時監(jiān)測其樓梯振動、擺動等參數(shù)信息；醫(yī)院需要實時監(jiān)測病人的血壓、呼吸、脈搏等參數(shù)信息等等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)在人們的日常生活中得到了廣泛的應用。在應用中均需要并行測量多點的多種參數(shù)信息，因此，涉及到多個參量的并行采集問題。典型的采集系統(tǒng)有:作者:解子亮，論文名:分布式無線數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)，期刊:中國科學技術大學碩士學位論文，年份:2011。該分布式無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以很好地解決現(xiàn)場布線的問題，利用無線采集節(jié)點進行分布式數(shù)據(jù)采集；但是，該系統(tǒng)采用中心點查詢各采集點的方式傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸效率較低，同時，沒有充分考慮各采集節(jié)點數(shù)據(jù)量的差異，信道利用率有待進一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺陷，發(fā)明一種基于動態(tài)時隙時分多址的分布式高速無線數(shù)據(jù)采集方法。無線采集節(jié)點的傳輸時隙長度可以根據(jù)采集數(shù)據(jù)量調(diào)節(jié)，各節(jié)點基于時分多址方式進行數(shù)據(jù)無線傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速匯聚。
[0004]本發(fā)明采用的技術方案是一種基于動態(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于:無線數(shù)據(jù)采集方法中，在無線匯聚節(jié)點周圍均勻分布N個無線采集節(jié)點；無線匯聚節(jié)點根據(jù)各無線采集節(jié)點的采集數(shù)據(jù)量，動態(tài)控制各無線采集節(jié)點的傳輸時隙、時隙長度；為各無線采集節(jié)點分配的時隙長度正比于該節(jié)點采集的數(shù)據(jù)量；N個無線采集節(jié)點通過協(xié)作實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線匯聚節(jié)點；無線匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機，PC機上運行的數(shù)據(jù)處理軟件對采集數(shù)據(jù)進行分析處理后顯示結果；無線數(shù)據(jù)采集的具體方法如下:
[0005]I)首先，無線匯聚節(jié)點定義了 3種用于控制各無線采集節(jié)點的無線控制命令--無線控制命令A:采集數(shù)據(jù)量查詢命令，用于查詢各無線采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)量；無線控制命令A格式為:0xaa，0x55，0x01，節(jié)點號I個字節(jié);其中，Oxaa，0x55為包頭；0x01為命令號；節(jié)點號，為查詢的無線采集節(jié)點號，OxOl代表第一無線采集節(jié)點NI，0x02代表第二無線采集節(jié)點N2，依此類推，OxON代表第N無線采集節(jié)點NN ;各節(jié)點接收到該命令后將其采集數(shù)據(jù)量發(fā)送給無線匯聚節(jié)點；
[0006]無線控制命令B:采集參數(shù)設置命令，用于設置各無線采集節(jié)點的無線傳輸時隙參數(shù)，各節(jié)點接收到該命令后獲得各自的傳輸時隙長度與時隙位置；無線控制命令B格式為:Oxaa，0x55,0x02,第一無線采集節(jié)點N1-第N無線采集節(jié)點NN時隙長度；其中，Oxaa,0x55為包頭；0x02為命令號；各無線采集節(jié)點的時隙長度由其采集的數(shù)據(jù)量決定；
[0007]無線控制命令C:采集命令，用于啟動數(shù)據(jù)無線傳輸，各節(jié)點以該命令為同步信號，啟動時分多址無線傳輸，在特定的時隙，無線發(fā)送特定時隙長度的數(shù)據(jù)；命令各無線采集節(jié)點開始數(shù)據(jù)采集，無線控制命令C格式為:0xaa，0x55，0x03。其中，Oxaa，0x55為包頭；0x03為命令號。
[0008]各無線采集節(jié)點將采集指令作為同步信號，在分配給自己的時隙內(nèi)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線匯聚節(jié)點2 ;在非數(shù)據(jù)傳輸時間段內(nèi)，各無線采集節(jié)點進行數(shù)據(jù)的采集；
[0009]2)采用多個無線采集節(jié)點與無線匯聚節(jié)點通過無線信道通信，無線采集節(jié)點的無線通信工作頻率、功率能調(diào)節(jié)，電池及外電源供電，寬帶全向天線，通信距離大于100m，含有多路電流、電壓模擬量采集接口，數(shù)字IO量采集接口 ；
[0010]3)無線匯聚節(jié)點動態(tài)查詢各無線采集節(jié)點的待傳輸數(shù)據(jù)量，無線匯聚節(jié)點的無線通信工作頻率能調(diào)節(jié)，電池及外電源供電，寬帶全向天線，具有與PC機進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB接口或者通用串行接口，通信距離大于100m，根據(jù)各節(jié)點的數(shù)據(jù)量為其分配合適的時隙長度；
[0011]4)無線匯聚節(jié)點根據(jù)各無線采集節(jié)點的待傳輸數(shù)據(jù)量為其分配相應長度的傳輸時隙；
[0012]5)各無線采集節(jié)點將無線匯聚節(jié)點發(fā)送的采集指令作為同步信號，按照無線匯聚節(jié)點為其分配的時隙位置及時隙長度發(fā)送采集的數(shù)據(jù)；
[0013]6)無線匯聚節(jié)點將采集的信息發(fā)送給通用PC機，通用PC機通過數(shù)據(jù)處理與顯示軟件處理后，顯示、存儲測量的數(shù)據(jù)結果；通用PC機的主頻IGHz以上，內(nèi)存256M以上，具有與無線匯聚節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB接口或者通用串行接口。
[0014]無線數(shù)據(jù)采集方法采用的系統(tǒng)由均勻分布的N個無線采集節(jié)點N1，N2，......NN、
無線匯聚節(jié)點2、通用PC機3、數(shù)據(jù)處理與顯示軟件構成。N個無線采集節(jié)點均勻分布在無線匯聚節(jié)點2周圍，N個無線采集節(jié)點、無線匯聚節(jié)點與通用PC機之間進行無線通信。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:I)可以根據(jù)各無線采集節(jié)點的數(shù)據(jù)量動態(tài)為其分配合適長度的時隙。2)提高了采集數(shù)據(jù)的匯聚速度。3)實現(xiàn)多種采集任務的無線采集節(jié)點組網(wǎng)傳輸。4)數(shù)據(jù)的優(yōu)化傳輸，提高信道利用效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結構框圖，圖中:N1-第一個無線采集節(jié)點、N2-第二個、N3-第三個無線采集節(jié)點、N4-第一個無線采集節(jié)點、N5-第五個無線采集節(jié)點、N6-第六個無線采集節(jié)點、N7-第七個無線采集節(jié)點、N8-第八個無線采集節(jié)點；2_無線匯聚節(jié)點；3-通用PC機。
[0017]圖2為本發(fā)明的時隙分配方法。圖中:無線匯聚節(jié)點根據(jù)各無線采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)量為其分配合適長度的時隙:節(jié)點I時隙，節(jié)點2時隙....節(jié)點N時隙。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體技術方案和附圖詳細闡述本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實施例?；趧討B(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法屬于分布式無線數(shù)據(jù)采集方法，與傳統(tǒng)分布式無線數(shù)據(jù)采集方法相比，它的特征是無線采集節(jié)點的傳輸時隙長度可以根據(jù)采集數(shù)據(jù)量動態(tài)調(diào)節(jié)，各節(jié)點基于動態(tài)時隙時分多址方式進行數(shù)據(jù)無線傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚。
[0019]實施例:如附圖1所示，通用PC機3用于運行數(shù)據(jù)處理與顯示軟件。系統(tǒng)中共有
8個無線采集節(jié)點，即有第一至第八個無線采集節(jié)點N1、N2......N8。無線匯聚節(jié)點2均
基于德州儀器公司的CC2530芯片設計，工作在2.45GHz頻段。附圖2為本發(fā)明的時隙分配方法，圖中:無線匯聚節(jié)點根據(jù)各無線采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)量為其分配合適長度的時隙:節(jié)點I時隙，節(jié)點2時隙....節(jié)點N時隙。
[0020]實施例中，無線數(shù)據(jù)采集方法采用的系統(tǒng)由8個無線采集節(jié)點第一，第二，...第
八個N1，N2，......NS以及I個無線匯聚節(jié)點2，通用PC機3和數(shù)據(jù)處理與顯示軟件構成。
N個無線采集節(jié)點均勻分布在無線匯聚節(jié)點2周圍，N個無線采集節(jié)點、無線匯聚節(jié)點與通用PC機之間進行無線通信。本實施例中，8個無線采集節(jié)點均勻分布在無線匯聚節(jié)點附近IOOm以內(nèi)。其中，第一、第二、第三、第四無線采集節(jié)點N1、N2、N3、N4具有4路模數(shù)轉換器，分辨率256位，可實現(xiàn)對0-3V電壓信號的模擬量到數(shù)字量的轉換；第五、第六、第七、第八無線采集節(jié)點N5、N6、N7、N4、N8具有8路模數(shù)轉換器，分辨率256位，可實現(xiàn)對0_20mA電流信號的模擬量到數(shù)字量的轉換。無線匯聚節(jié)點2首先發(fā)送無線控制命令1，對各無線采集節(jié)點的數(shù)據(jù)量進行查詢。
[0021]無線控制命令I格式為:0xaa，0x55，0x01，節(jié)點號(I字節(jié))。
[0022]其中，Oxaa，0x55為包頭；0x01為命令號；節(jié)點號(I字節(jié))為查詢的無線采集節(jié)點號，OxOl代表第一無線采集節(jié)點NI，0x02代表第二無線采集節(jié)點、N2，依此類推，0x08代表第八無線采集節(jié)點NS。各無線采集節(jié)點收到無線控制命令I之后，返回各自的數(shù)據(jù)量。其中，第一、第二、第三、第四無線采集節(jié)點N1、N2、N3、N4數(shù)據(jù)量為4字節(jié)，第五、第六、第七、第八無線采集節(jié)點陽、郵、町、財、呢數(shù)據(jù)量為8字節(jié)。無線匯聚節(jié)點(2)收到各個無線采集節(jié)點回傳的數(shù)據(jù)量之后，發(fā)送無線控制命令2，對各無線采集節(jié)點的采集參數(shù)進行設置。
[0023]無線控制命令2格式為，節(jié)點附時隙長度(1字節(jié))，節(jié)點吧時隙長度(I字節(jié))，節(jié)點N3時隙長度(I字節(jié))，節(jié)點N4時隙長度(I字節(jié))，節(jié)點N5時隙長度(I字節(jié))，節(jié)點N6時隙長度(I字節(jié))，節(jié)點N7時隙長度(I字節(jié))，節(jié)點N8時隙長度(I字節(jié))。
[0024]其中，Oxaa，0x55為包頭；0x02為命令號；各無線采集節(jié)點的時隙長度由其采集的數(shù)據(jù)量決定。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)量，無線匯聚節(jié)點(2)為NI至N4號無線采集節(jié)點分配時隙長度為T，為N5至NS號無線采集節(jié)點分配時隙長度為2T。分配完時隙后，無線匯聚節(jié)點(2)發(fā)送無線控制命令3，命令各無線采集節(jié)點開始數(shù)據(jù)采集。
[0025]無線控制命令3格式為:0xaa，0x55，0x03。其中，Oxaa，0x55為包頭；0x03為命令號。各無線采集節(jié)點將采集指令作為同步信號，在分配給自己的時隙內(nèi)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線匯聚節(jié)點(2)。在非數(shù)據(jù)傳輸時間段內(nèi)，各無線采集節(jié)點進行數(shù)據(jù)的采集。無線匯聚節(jié)點(2)收到數(shù)據(jù)后，通過USB端口將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(3)，PC機上運行的數(shù)據(jù)處理與顯示軟件將測量的結果存儲并顯示。
[0026]實驗表明，8個無線采集節(jié)點的平均無線傳輸數(shù)據(jù)速率可以達到160Kbps。
[0027]基于動態(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩瑢崿F(xiàn)了基于無線采集節(jié)點的高效率的分布式數(shù)據(jù)采集；同時，無線采集節(jié)點便于布置安裝，可以快速構建出分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。上述特點決定了基于動態(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法有效地提高了分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率，在工業(yè)監(jiān)測、軍事等領域具有較廣泛的應用前景。
【權利要求】
1.一種基于動態(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于:無線數(shù)據(jù)采集方法中，在無線匯聚節(jié)點周圍均勻分布有多個無線采集節(jié)點；無線匯聚節(jié)點根據(jù)各無線采集節(jié)點的采集數(shù)據(jù)量，動態(tài)控制各無線采集節(jié)點的傳輸時隙、時隙長度；為各無線采集節(jié)點分配的時隙長度正比于該節(jié)點采集的數(shù)據(jù)量；多個無線采集節(jié)點通過協(xié)作實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線匯聚節(jié)點；無線匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機，PC機上運行的數(shù)據(jù)處理軟件對采集數(shù)據(jù)進行分析處理后顯示結果；無線數(shù)據(jù)采集的具體方法如下: O首先，無線匯聚節(jié)點定義了 3種用于控制各無線采集節(jié)點的無線控制命令: 無線控制命令A:采集數(shù)據(jù)量查詢命令，用于查詢各無線采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)量；無線控制命令A格式為:0xaa，0x55，0x01，節(jié)點號I個字節(jié);其中，Oxaa，0x55為包頭；0x01為命令號；節(jié)點號(I字節(jié))為查詢的無線采集節(jié)點號，OxOl代表第一無線采集節(jié)點NI，0x02代表第二無線采集節(jié)點N2，依此類推，0x08代表第八無線采集節(jié)點N8 ;各節(jié)點接收到該命令后將其采集數(shù)據(jù)量發(fā)送給無線匯聚節(jié)點； 無線控制命令B:采集參數(shù)設置命令，用于設置各無線采集節(jié)點的無線傳輸時隙參數(shù)，各節(jié)點接收到該命令后獲得各自的傳輸時隙長度與時隙位置；無線控制命令B格式為:Oxaa，0x55，0x02，第一無線采集節(jié)點N1-第八無線采集節(jié)點N8時隙長度；其中，Oxaa，0x55為包頭；0x02為命令號；各無線采集節(jié)點的時隙長度由其采集的數(shù)據(jù)量決定； 無線控制命令C:采集命令，用于啟動數(shù)據(jù)無線傳輸，各節(jié)點以該命令為同步信號，啟動時分多址無線傳輸，在特定的時隙，無線發(fā)送特定時隙長度的數(shù)據(jù)；命令各無線采集節(jié)點開始數(shù)據(jù)采集，無線控制命令C格式為:0xaa，0x55，0x03。其中，Oxaa，0x55為包頭；0x03為命令號。 各無線采集節(jié)點將采集指令作為同步信號，在分配給自己的時隙內(nèi)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線匯聚節(jié)點(2);在非數(shù)據(jù)傳輸時間段內(nèi)，各無線采集節(jié)點進行數(shù)據(jù)的采集； 2)采用多個無線采集節(jié)點與無線匯聚節(jié)點通過無線信道通信，無線采集節(jié)點的無線通信工作頻率、功率能調(diào)節(jié)，電池及外電源供電，寬帶全向天線，通信距離大于100m，含有多路電流、電壓模擬量采集接口，數(shù)字IO量采集接口 ； 3)無線匯聚節(jié)點動態(tài)查詢各無線采集節(jié)點的待傳輸數(shù)據(jù)量，無線匯聚節(jié)點的無線通信工作頻率能調(diào)節(jié)，電池及外電源供電，寬帶全向天線，具有與PC機進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB接口或者通用串行接口，通信距離大于100m，根據(jù)各節(jié)點的數(shù)據(jù)量為其分配合適的時隙長度； 4)無線匯聚節(jié)點根據(jù)各無線采集節(jié)點的待傳輸數(shù)據(jù)量為其分配相應長度的傳輸時隙； 5)各無線采集節(jié)點將無線匯聚節(jié)點發(fā)送的采集指令作為同步信號，按照無線匯聚節(jié)點為其分配的時隙位置及時隙長度發(fā)送采集的數(shù)據(jù)； 6)無線匯聚節(jié)點將采集的信息發(fā)送給通用PC機，通用PC機進行數(shù)據(jù)處理與顯示軟件處理后，顯示、存儲測量的數(shù)據(jù)結果；通用PC機的主頻IGHz以上，內(nèi)存256M以上，具有與無線匯聚節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB接口或者通用串行接口。
2.如權利要求1所述的基于動態(tài)時隙分配的無線數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于:無線數(shù)據(jù)采集方法采用的系統(tǒng)由均勻分布的N個無線采集節(jié)點(NI，N2,……NN)、無線匯聚節(jié)點(2)、通用PC機(3)、數(shù)據(jù)處理與顯示軟件構成；N個無線采集節(jié)點均勻分布在無線匯聚節(jié)點(2)周圍，N個無線采集節(jié)點、無線匯聚節(jié)點與通用PC機之間進行無線通信。
【文檔編號】G08C17/02GK103457990SQ201310204755
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權日:2013年5月28日
【發(fā)明者】高慶華, 王潔, 王洪玉, 吳力飛, 孫立奎 申請人:大連理工大學