CN103886732B - 一种高可靠性生态环境参数无线传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高可靠性生态环境参数无线传感系统，包括中心数据传输节点和多个无线传感数据采集节点，与现有技术相比，本发明提出了针对野外环境参数无线采集系统的自适应存储方法，当系统的远程无线数据传输节点正常运行时，数据采集节点采集的数据通过远程无线数据传输节点上传到服务器，当远程无线数据传输节点出现损毁时，数据采集节点将会自组织形成一个区域存储网络，每个数据采集节点上的数据通过编码的方式，分存到系统的各个节点中，当自组织存储网络的存储空间不足时，系统通过设定的数据覆盖规则，用新采集的数据按照一定的间隔将历史数据覆盖掉。该方法将大大提高系统存储数据的可靠性。具有推广应用的价值。

Description

一种高可靠性生态环境参数无线传感系统

技术领域

本发明涉及一种数据存储方法，尤其涉及一种高可靠性生态环境参数无线传感系统。

背景技术

由于野外环境的广域性和监测点的分散性，人工采集数据和有线数据传输将花费大量的物力和人力成本。同时，由于缺乏统一的研究方法，导致许多结果可比性较差。因此，开发一种测量精准、维护便捷、成本低廉的野外环境高可靠性数据采集与存储系统对于提高野外环境参数的采集效率，降低采集成本，都具有重要意义。但由于野外环境变化大，环境不可控等因素，无线传感系统中的数据采集节点或远程无线数据传输节点会出现损毁的情况，从而会出现远程数据无法及时上传到数据服务器，甚至数据丢失的情况，因此存在改进空间。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高可靠性生态环境参数无线传感系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括中心数据传输节点和多个无线传感数据采集节点，由以下步骤实现：

（1）若中心数据传输节点稳定工作，则无线传感数据采集节点将数据发送给中心数据传输节点，由中心数据传输节点将数据发送给远端服务器，若中心数据传输节点出现损毁，则进行下一步；

（2）若中心数据传输节点出现损毁，无线传感器数据采集节点将形成自组织网络，用于暂时存储各个无线传感器数据采集节点所采集的数据；

（3）当中心数据传输节点将数据上传成功后，将向无线传感器数据采集节点发送成功反馈信息；若无线传感器数据采集节点在设定时间内未接受到发送成功反馈信号，该节点将向中心数据传输节点发送询问信号，确定中心数据传输节点是否正常运行，若中心数据传输节点无应答，则进行下一步；

（4）若中心数据传输节点无应答，则该节点将启动与其他无线传感器数据采集节点的通信，并利用编码存储方法将本节点存储的数据采用编码数据均匀分发方法分发到系统中的各个节点中。

进一步，步骤（4）中所述编码存储方法包括以下步骤：

A：所述编码存储方法的二维码字为C＝[c_i,j]；1≤i≤m-1,1≤j≤m+m，元素c_i,j表示为第i行，第j列的信息位或校验位；

B：当1≤i≤m-1,1≤j≤m-1时，元素c_i,j为信息位，用于存放原文件数据；

C：当1≤i≤m-1，m≤j≤m+m时，元素c_i,j为校验位，用于存放校验数据；

D：根据以上三条步骤得出第一列校验位可以按照下述规则构造：

$c_{i,m}=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{c}_{i,j},1\&le;i<m-1$

E：第r列的冗余校验位如下公式表示，令公共调节因子为：

$S_r=\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{c}_{{<m-1+r\&CenterDot;j>}_m,j}$

F：根据步骤E得出第r列校验位为：

$c_{i,m+2}=S_r\&CirclePlus;\begin{array}{}\end{array}\left(\begin{array}{cc}\underset{\underset{{<i+r\&CenterDot;j>}_m\&NotEqual;m-1}{j=0}}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}& c_{{<i+r\&CenterDot;j>}_m,j}\end{array}\right)$

式中：1≤i＜m-1，1≤r≤m。

进一步，步骤（4）中所述编码数据均匀分发方法包括以下步骤：

a：每个数据采集节将随机把已经采集的环境数据与通过上述方法产生的冗余信息经分块后分发到其它数据采集节点；

b：当无线传感系统所处的环境较为恶劣，无线传感节点出现损毁时，若原始数据节点为2·m,与m相邻且小于m的素数用m_l表示；

c：则当损毁节点达到2×(m-m_l)时，即系统剩余节点数为2·m_l时，系统将对损毁数据进行恢复，同时，系统将对恢复出的原始数据进行再次编码，编码参数用m_l参数来进行；

d：新采集的节点也将按照该策略进行编码存储。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种高可靠性生态环境参数无线传感系统，与现有技术相比，本发明提出了针对野外环境参数无线采集系统的自适应存储方法，当系统的远程无线数据传输节点正常运行时，数据采集节点采集的数据通过远程无线数据传输节点上传到服务器，当远程无线数据传输节点出现损毁时，数据采集节点将会自组织形成一个区域存储网络，每个数据采集节点上的数据通过编码的方式，分存到系统的各个节点中，当自组织存储网络的存储空间不足时，系统通过设定的数据覆盖规则，用新采集的数据按照一定的间隔将历史数据覆盖掉。该方法将大大提高系统存储数据的可靠性。具有推广应用的价值。

附图说明

图1是本发明所述传感数据编码存储示意图；

图2是本发明所述自适应编码存储参数调整示意图；

图3是本发明所述自适应存储方式变换示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明包括中心数据传输节点和多个无线传感数据采集节点，由以下步骤实现：

（1）若中心数据传输节点稳定工作，则无线传感数据采集节点将数据发送给中心数据传输节点，由中心数据传输节点将数据发送给远端服务器，若中心数据传输节点出现损毁，则进行下一步；

（2）若中心数据传输节点出现损毁，无线传感器数据采集节点将形成自组织网络，用于暂时存储各个无线传感器数据采集节点所采集的数据；

（3）当中心数据传输节点将数据上传成功后，将向无线传感器数据采集节点发送成功反馈信息；若无线传感器数据采集节点在设定时间内未接受到发送成功反馈信号，该节点将向中心数据传输节点发送询问信号，确定中心数据传输节点是否正常运行，若中心数据传输节点无应答，则进行下一步；

（4）若中心数据传输节点无应答，则该节点将启动与其他无线传感器数据采集节点的通信，并利用编码存储方法将本节点存储的数据采用编码数据均匀分发方法分发到系统中的各个节点中。

进一步，步骤（4）中所述编码存储方法包括以下步骤：

A：所述编码存储方法的二维码字为C＝[c_i,j]；1≤i≤m-1,1≤j≤m+m，元素c_i,j表示为第i行，第j列的信息位或校验位；

B：当1≤i≤m-1,1≤j≤m-1时，元素c_i,j为信息位，用于存放原文件数据；

C：当1≤i≤m-1，m≤j≤m+m时，元素c_i,j为校验位，用于存放校验数据；

D：根据以上三条步骤得出第一列校验位可以按照下述规则构造：

$c_{i,m}=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{c}_{i,j},1\&le;i<m-1$

E：第r列的冗余校验位如下公式表示，令公共调节因子为：

$S_r=\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{c}_{{<m-1+r\&CenterDot;j>}_m,j}$

F：根据步骤E得出第r列校验位为：

$c_{i,m+2}=S_r\&CirclePlus;\begin{array}{}\end{array}\left(\begin{array}{cc}\underset{\underset{{<i+r\&CenterDot;j>}_m\&NotEqual;m-1}{j=0}}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}& c_{{<i+r\&CenterDot;j>}_m,j}\end{array}\right)$

式中：1≤i＜m-1，1≤r≤m。

进一步，步骤（4）中所述编码数据均匀分发方法包括以下步骤：

a：每个数据采集节将随机把已经采集的环境数据与通过上述方法产生的冗余信息经分块后分发到其它数据采集节点；

b：当无线传感系统所处的环境较为恶劣，无线传感节点出现损毁时，若原始数据节点为2·m,与m相邻且小于m的素数用m_l表示；

c：则当损毁节点达到2×(m-m_l)时，即系统剩余节点数为2·m_l时，系统将对损毁数据进行恢复，同时，系统将对恢复出的原始数据进行再次编码，编码参数用m_l参数来进行；

d：新采集的节点也将按照该策略进行编码存储。

若系统由10个数据采集节点与一个远程无线数据传输节点构成，当系统正常运行时，数据采集节点将采集的数据通过短距离无线传输网络传给远程无线数据传输节点，远程无线传输节点将各个采集到的数据发送给中央服务器。当远程无线数据传输节点出现损毁时，每个数据采集节点将向其它数据采集节点发送建立链接请求。经过应答后，每两个采集节点之间将建立通信联系。

如图1所示：每个数据采集节点将采集到的环境数据，通过分块的方式，对数据进行分块，由于系统节点总数为10，则m＝5，则原始数据将被分为(m-1)·m个数据块，即为20个数据块。系统将根据权利要求中算法，计算出20个冗余数据块。节点将每竖排的数据块集合为一组，这样40个数据块将分为10组，该节点将留取一组数据块，把其余9组数据块分别发送给其余9个数据采集节点。同时，在存储中，每个节点将预留一部分存储空间，用于数据重构后，再次编码使用。其余数据采集节点也采用同样存储策略。

本系统中，当系统出现4个节点损毁时，即系统中剩余6个节点完好，此时，系统中的每个节点将使用新的编码规则，该编码规则参数为m=3。同时，对已经采集的数据进行重构，对重构出的原始数据按照参数为m=3的编码方法进行再次编码，重新编码后的数据将替换原来数据，进而保证系统数据的可靠性。其自适应编码参数调整方式如图2所示。此时若不进行编码参数的更改，根据编码规则，当编码参数m=5时，当系统中剩余完好节点为6个时，系统中再出现2个数据节点损毁时，数据采集节点中存储的数据将无法重构出与原始数据严格一致的数据。当系统采用m=3的编码方式，再次进行编码时，系统出现4个节点损毁时，数据才会出现丢失，因而，本策略提高了数据存储的可靠性。

当存储节点网络的存储空间出现不足时，系统将用新采集的数据，经编码后来替换最先存储的数据。若此时系统已经存储了k个数据。则每个数据采集节点都将具有k个数据块组，分别为f₁ f₂ f₃ … f_k-1 f_k，若此时采集的数据为f_k+1，则对f_k+1进行编码，然后将编码后的数据块替换掉f₁所对应的数据块。系统采集的后一数据f_k+2经编码后可以按照系统设置（如系统设置的替换间隔为2时）的替换规则替换掉f₄，以此类推。

如图3所示：当系统的中心数据传输节点被修复后，系统将自动检查系统内部是否有仍然未上传到远程服务器上的数据信息。若有，则将存储于传感器自组织网络上的数据上传到远程服务器，具体地，可以将编码数据与新采集的数据采用交替上传的方式进行。

Claims (1)

1.一种高可靠性生态环境参数无线传感系统，包括中心数据传输节点和多个无线传感数据采集节点，其特征在于，包括以下步骤：

(1)若中心数据传输节点稳定工作，则无线传感数据采集节点将数据发送给中心数据传输节点，由中心数据传输节点将数据发送给远端服务器，若中心数据传输节点出现损毁，则进行下一步；

(2)若中心数据传输节点出现损毁，无线传感器数据采集节点将形成自组织网络，用于暂时存储各个无线传感器数据采集节点所采集的数据；

(3)当中心数据传输节点将数据上传成功后，将向无线传感器数据采集节点发送成功反馈信息；若无线传感器数据采集节点在设定时间内未接受到发送成功反馈信号，该节点将向中心数据传输节点发送询问信号，确定中心数据传输节点是否正常运行，若中心数据传输节点无应答，则进行下一步；

(4)若中心数据传输节点无应答，则该节点将启动与其他无线传感器数据采集节点的通信，并利用编码存储方法将本节点存储的数据采用编码数据均匀分发方法分发到系统中的各个节点中；

步骤(4)中所述编码存储方法包括以下步骤：

A：所述编码存储方法的二维码字为C＝[c_i,j]；1≤i≤m-1,1≤j≤m+m，元素c_i,j表示为第i行，第j列的信息位或校验位；

B：当1≤i≤m-1,1≤j≤m-1时，元素c_i,j为信息位，用于存放原文件数据；

C：当1≤i≤m-1，m≤j≤m+m时，元素c_i,j为校验位，用于存放校验数据；

D：根据以上三条步骤得出第一列校验位按照下述规则构造：

$c_{i,m}=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{c}_{i,j},1\&le;i<m-1$

E：第r列的冗余校验位如下公式表示，令公共调节因子为：

$S_r=\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{c}_{<m-1+r\&CenterDot;j{>}_m,j}$

F：根据步骤E得出第r列校验位为：

$c_{i,m+2}=S_r\&CirclePlus;\left(\underset{<i+r\&CenterDot;j{>}_m\&NotEqual;m-1}{\overset{m-1}{\underset{j=0}{\&CirclePlus;}}}{c}_{<i+r\&CenterDot;j{>}_m,j}\right)$

式中：1≤i＜m-1，1≤r≤m；

步骤(4)中所述编码数据均匀分发方法包括以下步骤：

a：每个数据采集节将随机把已经采集的环境数据与通过上述方法产生的冗余信息经分块后分发到其它数据采集节点；

b：当无线传感系统所处的环境较为恶劣，无线传感节点出现损毁时，若原始数据节点为2·m,与m相邻且小于m的素数用m_l表示；

c：则当损毁节点达到2×(m-m_l)时，即系统剩余节点数为2·m_l时，系统将对损毁数据进行恢复，同时，系统将对恢复出的原始数据进行再次编码，编码参数用m_l参数来进行；

d：新采集的节点也将按照该编码存储方法进行编码存储。