本發(fā)明涉及無線傳感網絡技術，尤其涉及一種無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)以及系統(tǒng)中的支點和網關。

背景技術：

無線傳感網絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的微型傳感器支點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統(tǒng)，在智能交通、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生等多個領域得到廣泛應用?，F(xiàn)有的無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)見圖1，其分為傳感支點與中繼支點兩大類，中繼支點只是通訊上的信息中轉，傳感支點只做數據采集與信息傳輸，沒有信息中轉的能力，故支點之間是星狀網絡形式存在。這種架構需要針對應用場景的實際情況進行專門的布置設計，較為復雜和繁瑣，且一旦場景發(fā)生變化就會影響監(jiān)控效果；如果中繼支點出現(xiàn)故障時，整個網絡傳輸功能出現(xiàn)癱瘓，無法完成數據傳輸，而且中繼支點需要持續(xù)保持工作狀態(tài)，能耗較高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述問題提出了一種無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)，包括多個支點、網關和遠程服務器，其特征在于：

多個支點組成多跳網絡，用于采集數據并將數據傳輸至網關；

網關，用于將數據轉發(fā)至遠程服務器；

遠程服務器，用于接收數據并進行后續(xù)處理；

該多跳網絡形成多層拓撲，每層包括一個或多個支點。

進一步地，該多層拓撲包括網狀、樹狀、星狀和線狀拓撲。

進一步地，該多層拓撲是動態(tài)變化的。

進一步地，該多層拓撲為10層拓撲。

進一步地，支點在沒有數據傳輸時進入休眠模式。

進一步地，組成多跳網絡的方式為：網關發(fā)出第一組網幀；能夠收到第一組網幀的支點加入網絡作為第一層支點，再發(fā)出第二組網幀；收到第二組網幀的支點加入網絡作為第二層支點，再發(fā)出第三組網幀，依次類推形成多層拓撲；滿足預設條件，組網完畢。

進一步地，支點收到組網幀時根據信號門限值，確認自身是否具備入網條件，如果具備則加入網絡，否則不加入網絡。

進一步地，所述確認自身是否具備入網條件包括比較組網幀信號強度與信號門限值，當大于門限值時則具備。

進一步地，采用隔層同傳的工作模式，即當第一層支點在上傳數據時，單數層支點同時傳輸；當第二層支點在上傳數據時，雙數層支點同時傳輸。

進一步地，系統(tǒng)應用于基礎設施監(jiān)測，支點分布于基礎設施上。

本發(fā)明還提出了一種上述無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)中的支點，其特征在于包括：

傳感模塊，用于采集數據，包括雙傾角傳感模塊和/或激光測距傳感模塊；

接口模塊，用于接收和發(fā)送數據；

MCU控制器，具有嵌入式系統(tǒng)，用于控制支點中其它模塊以及執(zhí)行組成多跳網絡的功能。

進一步地，傳感模塊包括主傳感模塊和輔助傳感模塊。

進一步地，主傳感模塊兼容數據接口，包括MEMS類型傾角傳感器、高精度激光傳感器、0-20mA類型傳感器、0-5V類型傳感器、400-6000Hz類型振弦式傳感器、電阻類型傳感器。

進一步地，接口模塊包括無線通信模塊。

進一步地，還包括供電模塊、存儲模塊和/或時鐘控制模塊。

進一步地，所述供電模塊用于提供整個支點的電源與管理，內置于支點之中，為標準的工業(yè)級電池。

本發(fā)明還提出了一種上述無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)中的網關，其特征在于包括：

接口模塊，用于接收和發(fā)送數據；

MCU控制器，具有嵌入式系統(tǒng)，用于控制支點中其它模塊以及執(zhí)行組成多跳網絡的功能。

進一步地，接口模塊包括與支點通信的MESH無線模塊與遠程服務器通信的移動通信無線模塊。

進一步地，接口模塊還包括標準工業(yè)接口。

進一步地，還包括存儲模塊、電源模塊、與電源模塊連接的低功耗供電模塊和/或時鐘控制模塊。

進一步地，電源模塊用于提供整個網關的電源與管理，內置于網關之中，為標準的工業(yè)級電池。

進一步地，還包括用于監(jiān)測網關健康狀況的健康模塊和輔助傳感模塊。

進一步地，MCU控制器包括彼此連接的第一MCU控制器和第二MCU控制器，第一MCU控制器連接MESH無線模塊、低功耗供電模塊、健康模塊、輔助傳感模塊、時鐘控制模塊；第二MCU控制器連接接口模塊、存儲模塊、低功耗供電模塊、時鐘控制模塊。

由上可見，本發(fā)明的無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)中沒有嚴格意義上的中繼功能支點，因為支點組成了多層拓撲的多跳網絡，每一個支點都同時具備功能作用與中繼作用，這樣使得復雜空間中(如地下復雜空間，尤其會受到無線信號傳輸中所產生的多路徑效應影響)的監(jiān)測部署更加便捷、可靠；即使有支點發(fā)生故障也不會影響其它支點數據的采集和上傳；并可對于故障支點通過其自身所攜帶的支點健康模塊、輔助傳感模塊，根據其歷史數據，進行遠程診斷，明確現(xiàn)場維護的工作內容；而且這種架構允許支點進入休眠模式以降低能耗，延長使用時間；系統(tǒng)中的支點和網關采用處理器與嵌入式系統(tǒng)的結合，能夠有利于功能的配置和執(zhí)行。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明的不當限定，在附圖中：

圖1為現(xiàn)有的無線傳感網絡架構的示意圖；

圖2為根據本發(fā)明的無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)架構的示意圖；

圖3為根據本發(fā)明的無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)中支點的結構示意圖；

圖4為根據本發(fā)明的無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)中網關的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

圖2為根據本發(fā)明的無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)架構的示意圖。其中包括多個支點、網關和遠程服務器，多個支點組成多跳網絡，用于采集數據并將數據傳輸至網關，再將數據轉發(fā)至遠程服務器以進行后續(xù)處理。在本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)中，多個支點形成了具有多層拓撲的多跳網絡，每層可以包括一個或多個支點，最下層的支點將采集的數據向上面一層支點發(fā)送，最上層的支點將收到的數據和自身采集的數據發(fā)送給網關，其它層的支點接收來自下層支點的數據，并與本支點采集的數據一并發(fā)送給上層支點。多層拓撲包括網狀、樹狀、星狀、線狀拓撲，并且可以根據網絡負載情況、信號強度、信號干擾或支點數量增減等而動態(tài)變化，例如當存在外界物體的干擾(如列車通過，金屬類障礙物阻隔等)、網絡中某個支點的信號變強或變弱(如天線受損)、網絡中增加(例如監(jiān)測規(guī)模增大而添加新的支點)或減少支點(例如支點出現(xiàn)故障)或者滿足其它預定的條件時，該多層拓撲的形狀以及拓撲層數都可以相應改變以適應新的場景和網絡狀況。這種動態(tài)改變也可以是定期執(zhí)行的或者滿足某種條件超過一定時間閾值時執(zhí)行，以避免暫時和偶然情況引起網絡拓撲頻繁改變。該多層拓撲的層數優(yōu)選地為10層。支點在沒有數據傳輸時可以進入休眠模式，在收到喚醒幀或有數據要傳輸或者到達預定時間時恢復工作模式。該無線傳感網絡系統(tǒng)可以應用于橋梁、隧道、樓宇等基礎設施監(jiān)測，其中支點分布于基礎設施上，網關可以設置在便于與支點進行通信以及與遠程服務器進行遠程通信的位置或者為可移動的形式，例如手持智能終端。

圖3為根據本發(fā)明的無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)中支點的結構示意圖。支點包括用于采集數據的傳感模塊，包括主傳感模塊和輔助傳感模塊，主傳感模塊兼容數據接口，包括MEMS類型傾角傳感器、高精度激光傳感器、0-20mA類型傳感器、0-5V類型傳感器、400-6000Hz類型振弦式傳感器、電阻類型傳感器；接口模塊包括無線通信模塊，用于與網關和/或其它支點連接以接收和發(fā)送數據；供電模塊用于提供整個支點的電源與管理，內置于支點之中，為標準的工業(yè)級電池，典型地可采用標準工業(yè)級1號電池；FLASH存儲模塊用于數據和程序的存儲；還包括時鐘控制模塊和支點健康模塊，其中支點健康模塊用于判斷自身健康，具體地可包括電量監(jiān)測與溫度傳感電路，當電量過低或溫度過高時，則認為支點處于不健康狀態(tài)；各模塊的工作由具有嵌入式系統(tǒng)的MCU控制器進行統(tǒng)一控制，以執(zhí)行包括參數配置、數據收發(fā)和中繼、功耗管理、數據動態(tài)存儲、監(jiān)測支點健康、支點定位等功能，其還執(zhí)行組成多跳網絡的功能使得支點能夠與其它支點一起組成網絡。其中，參數配置包括監(jiān)測周期、無線頻段、入網門限、中繼時間等參數的配置。

傳感模塊可以為雙傾角傳感模塊或激光測距傳感模塊，采用雙傾角傳感模塊的傾角傳感支點內置一節(jié)2/3A工業(yè)級電池，整機尺寸51x50x40mm，監(jiān)測頻率為1小時時，通過其無線傳感網絡技術，以及硬件方面的低功耗設計理念，可持續(xù)工作3年以上；采用激光測距傳感模塊的激光測距支點內置一節(jié)D型工業(yè)級電池，整機尺寸100x100x60mm，監(jiān)測頻率為1小時時，通過其無線傳感網絡技術，以及硬件方面的低功耗設計理念，可持續(xù)工作5年以上。

圖4為根據本發(fā)明的無線傳感網絡監(jiān)測系統(tǒng)中網關的結構示意圖。網關包括接口模塊、電源模塊、存儲模塊、供電模塊、時鐘控制模塊、健康模塊、輔助傳感模塊和MCU控制器。接口模塊有多個，MESH無線模塊用于與支點通信，移動通信無線模塊用于與遠程服務器通信，移動通信無線模塊為可更換式移動基站網絡模塊，兼容2/3/4/5G網絡，并根據不同地理區(qū)域的網絡制式差異，做相應的配置，標準工業(yè)接口用于以有線方式與現(xiàn)場工控機連接。電源模塊包括電池供電主模塊和DC模塊，可以根據情況選擇不同的供電方式，低功耗供電模塊與電源模塊連接，存儲模塊為SD卡，健康模塊包括電量監(jiān)測與溫度傳感器，可以有效感知網關自身的健康狀態(tài)。在該實施例中，MCU控制器包括彼此連接的第一MCU控制器和第二MCU控制器，第一MCU控制器連接MESH無線模塊、低功耗供電模塊、健康模塊、輔助傳感模塊、時鐘控制模塊；第二MCU控制器連接接口模塊、存儲模塊、低功耗供電模塊、時鐘控制模塊。MCU控制器具有嵌入式系統(tǒng)，用于控制網關中其它模塊的工作，包括與服務器間的無線聯(lián)網和TCP/IP連接、數據轉發(fā)、能耗管理、數據存儲、自定位、健康監(jiān)測、參數配置。其中，參數配置包括監(jiān)測周期，無線頻道，數據回傳時間等參數的配置。通過與支點的信息交互，MCU控制器控制支點組成多跳網絡。所述供電模塊用于提供整個網關的電源與管理，內置于網關之中，為標準的工業(yè)級電池。典型地，網關可內置四節(jié)D型工業(yè)級電池，整機尺寸180x140x60mm，監(jiān)測頻率為1小時，通過其無線傳感網絡技術，并在此基礎上增添與網絡連接次數為N(N可設置為1-99倍的實際監(jiān)測頻率)，進而減少了網關與遠程服務器的聯(lián)通頻次，以及硬件方法的低功耗設計理念，可持續(xù)工作3年以上。

以上對本發(fā)明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明實施例，在具體實施方式以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。