具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白,下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
第一实施例:
图1为本发明实施例提供的实现同步采集的方法流程图,如图1所示:
步骤101:无线传感器网络系统的上位机发送采集命令到无线传感器网络系统的同步装置。
步骤102:同步装置接收到采集命令后,获取当前时间,并用当前时间加上预设时间作为采集时间,将采集时间和采集命令发送至各无线传感器网络节点。
本步骤中,同步装置获取当前时间可以采用以下方式之一来实现:
方式一:同步装置通过GPS获取当前的卫星时间,将所述当前的卫星时间作为当前时间。
方式二:同步装置通过以晶振搭建的时间基准电路获取当前的基准时间,将所述当前的基准时间作为当前时间。
方式三:同步装置通过以太网获取当前的以太网时间,将所述当前的以太网时间作为当前时间。
步骤103:各无线传感器网络节点接收到所述采集时间和采集命令后,在所述采集时间开始采集数据。
另外,在所述各无线传感器网络节点接收到所述采集时间和采集命令后,该方法可以进一步包括:
A、各无线传感器网络节点向所述同步装置返回同步结果。
其中,所述同步结果为确认消息,或者为失败消息,本步骤可以具体为:各无线传感器网络节点比较自身的本地时间是否小于接收到的采集时间,如果是,则向同步装置返回确认消息,并执行所述在所述采集时间时开始采集数据的步骤,否则,向同步装置返回失败消息。
B、同步装置接收来自各无线传感器网络节点的同步结果,并根据所述同步结果,在各无线传感器网络节点开始采集数据的同时,发送触发消息通知外部网络系统的各节点开始采集数据。
本步骤中,所述同步装置根据所述同步结果,在所述各无线传感器网络节点开始采集数据的同时,发送触发消息通知所述外部网络系统的各节点开始采集数据可以采用以下方式实现:
同步装置判断是否在预设时间内接收到所有无线传感器网络节点返回的确认消息,如果是,则向外部网络系统发送触发消息通知所述外部网络的各节点开始采集数据,否则,返回步骤101。
由于返回步骤101之后,上位机重新发送采集命令,各无线传感器网络节点在接收到采集命令时可能正在接收数据,为了解决该问题,在各无线传感器网络节点接收到所述采集时间和采集命令后,该方法还可以进一步包括:如果所述无线传感器网络节点正在采集数据,则清除已采集的数据。
另外,无线传感器网络节点返回失败消息可能是因为预设时间不准确,为此,在所述返回无线传感器网络系统的上位机发送采集命令到同步装置的步骤之前,该方法还可以进一步包括:同步装置重新设定所述预设时间。这就使得预设时间可以灵活调整,提高无线传感器网络节点的在预设时间内返回确认消息的概率。
触发消息可以采用触发脉冲来实现。
第二实施例:
图2为本发明实施例提供的实现同步采集的方法流程图,如图2所示:
步骤201:无线传感器网络系统的上位机发送采集命令到所述无线传感器网络系统的同步装置;
步骤202:所述同步装置接收到所述采集命令后,获取当前时间,并用当前时间加上预设时间作为采集时间,将采集时间和采集命令发送至各无线传感器网络节点。
本步骤中,可以采用以下任一一种方式来实现以上所述同步装置获取当前时间的步骤:
方式一:同步装置通过GPS获取当前的卫星时间,将所述当前的卫星时间作为当前时间。
方式二:同步装置通过以晶振搭建的时间基准电路获取当前的基准时间,将所述当前的基准时间作为当前时间。
方式三:同步装置通过以太网获取当前的以太网时间,将所述当前的以太网时间作为当前时间。
步骤203:无线传感器网络节点接收所述采集时间和采集命令。
本步骤中,如果所述无线传感器网络节点正在采集数据,则无线传感器网络节点先清除已采集的数据,再执行步骤204,否则,可以直接执行步骤204。
步骤204:无线传感器网络节点比较自身的本地时间是否小于接收到的采集时间,如果是,则执行步骤205,否则,执行步骤206。
步骤205:无线传感器网络节点向同步装置返回确认消息,执行步骤207,并在所述采集时间时开始采集数据。
本步骤中,本地时间小于接收到的采集时间,因此无线传感器网络节点可以等待采集时间的到来,在所述采集时间到来时,开始采集数据。由于发送给各无线传感器网络节点的采集时间是一致的,因此就实现了各无线传感器网络节点在同一时刻采集数据。
步骤206:无线传感器网络节点向同步装置返回失败消息,执行步骤207。
步骤207:无线传感器网络系统的同步装置接收各无线传感器网络节点返回的同步结果,如果所述同步结果为确认消息,则执行步骤208,如果所述同步结果为失败消息,则执行步骤210。
步骤208:同步装置判断是否在预设时间内接收到所有无线传感器网络节点返回的确认消息,如果是,则执行步骤209,否则,执行步骤210。
这里所述预设时间可以预先根据无线传感器网络的拓扑结构、节点数和跳数等信息计算得出。
步骤209:同步装置向外部网络系统发送触发消息通知所述外部网络的各节点开始采集数据,结束本流程。
通过采用触发的方式,使得本发明实施例提供的方法不仅能够实现无线传感器网络系统内部的各无线传感器网络节点在同一时刻采集数据,还可以实现无线传感器网络系统与外部网络系统的同步采集。
步骤210:同步装置重设所述预设时间,返回步骤201。
另外,对于允许部分无线传感器网络节点不参加采集的情况,可以通过设置采集命令重发的次数或允许不参加采集的无线传感器网络节点的数量,使整个网络快速在允许的时间内开始同步采集。由同步装置将不能参加采集的节点,通知上位机进而提醒使用者。这就解决了由于少部分无线传感器网络节点失效或断网等原因而不能在预设时间内返回确认消息,从而导致无法触发外部网络与无线传感器网络系统同步采集的问题。
例如,可以在步骤201之前,先判断采集命令重发次数是否大于预先设定的次数,如果是,则直接执行步骤209,否则,执行步骤201。
或者,可以将步骤207和步骤208替换为以下步骤:无线传感器网络系统的同步装置接收各无线传感器网络节点返回的同步结果,判定未参加采集的无线传感器网络节点的数量,即预设时间内接收到失败消息的次数,是否小于预先设定的允许不参加采集的无线传感器网络节点的数量,如果是,则将返回失败消息的无线传感器网络节点的信息发送至上位机,进而通过上位机来通知使用者,并执行步骤209,否则,执行步骤210。
第三实施例:
图3为本发明实施例提供的实现同步采集的无线传感器网络系统的结构图。如图3所示:
本发明实施例提供的实现同步采集的无线传感器网络系统包括:上位机301、同步装置302和无线传感器网络节点303。
上位机301用于发送采集命令到所述无线传感器网络系统的同步装置302。
同步装置302用于接收来自上位机301的采集命令,接收到所述采集命令后,获取当前时间,并用当前时间加上预设时间作为采集时间,将采集时间和采集命令发送至各无线传感器网络节点303。
无线传感器网络节点303用于接收来自同步装置302的采集时间和采集命令,接收到所述采集时间和采集命令后,在所述采集时间开始采集数据。
其中,同步装置302包括:时间模块3021和处理模块3022。
时间模块3021用于获取当前时间。
时间模块3021具体可以采用以下三种方式来实现:
方式一:时间模块3021为GPS,通过GPS获取当前的卫星时间,将所述当前的卫星时间作为当前时间。当然,还可以对获取的卫星时间进行周期性校正。
方式二:时间模块3021为采用晶振搭建的时间基准电路,这里所述晶振可以为高精度有源或无源晶振,用以提供基准时间,将所述基准时间作为当前时间。
方式三:时间模块3021为能够获取以太网时间的设备,通过以太网获取当前的以太网时间,将所述当前的以太网时间作为当前时间。例如,可以使用以太网绝对时间同步技术,获取以太网时间,将当前的以太网时间作为当前时间,并周期校正。
处理模块3022用于接收来自上位机的采集命令,接收到所述采集命令后,提取时间模块获取的当前时间,并将所述当前时间加上预设时间作为采集时间,将所述采集时间和所述采集命令发送至各无线传感器网络节点。
另外,本发明实施例提供的无线传感器网络系统还可以通过触发的方式,实现与外部网络的同步采集。
无线传感器网络节点303可以进一步用于,在接收到来自同步装置302的采集时间和采集命令后,向所述同步装置302返回同步结果,所述同步结果为确认消息,或者为失败消息。
处理模块3022可以进一步用于接收来自各无线传感器网络节点303的同步结果,判断是否预设时间内接收到所有无线传感器网络节点303返回的确认消息,如果是,则向触发模块3023发送触发消息,否则,向上位机301发送重新采集消息。
同步装置302进一步包括触发模块3023,触发模块3023用于将来自处理模块的触发消息发送至外部网络系统。
上位机301可以进一步用于接收来自处理模块3022的重新采集消息,接收到所述重新采集消息后,发送采集命令到同步装置302。
无线传感器网络节点303包括:时间判别模块3031和数据采集模块3032;
时间判别模块3031用于接收来自同步装置302的采集时间和采集命令,比较自身的本地时间是否小于接收到的采集时间,如果是,则向同步装置302返回确认消息,向数据采集模块3032发送采集消息,否则,向同步装置302返回失败消息。
数据采集模块3032用于接收来自时间判别模块3031的采集消息,接收到所述采集消息后,在所述采集时间开始采集数据。
另外,时间判别模块3031还可以进一步用于在接收到来自同步装置302的采集时间和采集命令后,先检测数据采集模块3032是否正在采集数据,如果是,则清除所述数据采集模块3032中已采集的数据,再执行所述比较自身的本地时间是否小于接收到的采集时间的操作,否则,直接执行所述比较自身的本地时间是否小于接收到的采集时间的操作。
处理模块3022进一步用于在向上位机301发送重新采集消息之前,重新设定预设时间。
以上所述无线控制器网络系统中,上位机301可以为采集控制计算机或者PDA,也可以为其他远距离通讯模块,比如GSM/CDMA或802.11等通讯模块。
处理模块3022可以由中心控制器、无线传感器网络通讯模块和上位机通讯接口组成。无线传感器网络通讯模块具有无线传感器网络网关的作用,用于处理模块与无线传感器网络节点之间的通讯;上位机通讯接口用于处理模块与上位机之间的通讯;中心控制器用于完成处理模块的所有处理操作。
无线传感器网络通讯模块可以采用基于IEEE802.15.4标准的无线协议进行数据传输和组网。无线传感器网络通讯模块可以包括802.15.4物理层协议控制与数据收发芯片和802.15.4MAC层协议解析芯片。
需要说明的是,无线传感器网络节点303中也包括无线传感器网络通讯模块,用于与处理模块3022的无线传感器网络通讯模块进行通讯,进而实现无线传感器网络节点303与处理模块3022之间的信息的传递。
802.15.4物理层协议控制与数据收发芯片,能够收发信机的扩频、编解码、正交移相键控(O-QPSK,Offset-Quadrature Phase Shift Keying)调制/解调、基带信号处理、信号上/下变频、数据射频发送与射频接收等。802.15.4
MAC层协议解析芯片,可以用于802.15.4MAC层协议解析,例如:建立网络拓扑结构连接;实现MAC层数据打包与解包功能;实现网络中的设备通过Coordinator、Router和End Device点对点数据互传;防止信号碰撞;对传感器节点实现时间同步;实现数据调理器和基站设备间数据链路的无缝接口;以及对数据实施保密控制等。
802.15.4物理层协议控制与数据收发芯片可以采用MC13192,802.15.4MAC层协议解析芯片采用MC9S08GT60来实现;也可以将802.15.4物理层协议控制与数据收发芯片与802.15.4MAC层协议解析芯片进行集成,如采用TI公司的802.15.4协议集成芯片CC2430来实现。
无线传感器网络通讯模块的网络拓扑结构可采用星型网络、点对点网络、簇状树或网状网络等连接方式,同一网络可以容纳65000个无线传感器网络节点,采用多跳的传输方式,从而覆盖广阔的范围;也可根据用户具体需要,定制适合的网络连接。
实际应用中,还可以在无线传感器网络通讯模块的发送通道和接收通道上设置射频功率放大器和低噪声放大器,对收发功率进行放大,以增大无线传感器网络节点间的通信距离。无线传感器网络通讯模块的发射接收天线可采用印刷电路板天线,也可以采用贴片天线或鞭状天线。
在组建无线传感器网络的同时,中心控制器可以通过无线传感器网络通讯模块把时间模块获取的当前时间发送给每一个无线传感器节点。无线传感器节点将会产生授时误差和节点内部时钟由于晶振偏差等因素造成的时间累计误差,使用现有的时间同步技术,比如RBS、FTSP或DMTS等算法,或者北京必创科技有限公司的时间同步技术,就可以消除上述的授时误差和时间累计误差,保证同步装置和无线传感器节点之间的时间同步。这里对这些时间同步技术将不再赘述。
上位机通讯接口,可以采用现有的计算机接口来实现,例如USB、RS232或以太网口,也可以采用工业总线接口来实现,比如MBUS或HART。
为了提高工业可靠性和抗干扰能力,还可以在触发模块3023的输入/输出端可以使用光电隔离芯片。
中心控制器可以是单片机、嵌入式计算机或者DSP数字信号处理芯片。
另外,以上所述外部网络可以为有线网络系统,也可以为无线传感器网络系统,当然,也可以为本发明实施例所提供的无线传感器网络系统。
在所述外部网络系统为有线网络系统的情况下,由于有线网络系统的实时性,可以实现在接收到来自无线传感器网络系统的触发消息时,立即进行数据采集。
从上述技术方案中可以看出,本发明实施例提供的实现同步采集的方法、无线传感器网络系统及同步装置,通过向各无线控制器网络节点发送采集时间和采集命令,使得各无线传感器网络节点在采集时间到来时采集数据,进而实现了各无线传感器网络节点在同一时刻采集数据。
另外,可以为无线传感器网络节点提供采集的绝对时间,如GPS卫星时间,或者以太网时间,进而保证各无线传感器网络节点在同一时间采集数据;不需要在无线传感器网络节点内增加额外的硬件,比如GPS模块,降低了节点的成本及功耗,减少了无线传感器节点额外的电源能量耗费及存储器资源浪费。
而且,本发明实施例提供的实现同步采集的方法、无线传感器网络系统及同步装置,还可以通过触发的方式,在无线传感器网络系统的各无线传感器网络节点于同一时间采集数据的同时,触发外部网络系统的各节点也进行数据采集,进而实现了无线传感器网络系统的各无线传感器网络节点和其它外部网络系统的节点进行同步采集,如果所述外部网络系统为有线网络系统,则可以实现无线传感器网络系统与有线网络系统的同步采集。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。