CN102209340A - 无线传感器网络系统 - Google Patents

Abstract

在本发明的具有多个被分散配置的无线通信子机的无线通信系统中，在系统未充分地工作时使再起动变容易。本发明所提供的无线传感器网络系统(400)，经由至少一台中继部(200)在发送无线信号的母机(100)与安装了传感器的测量部(300)之间进行无线通信。母机具有：发送无线信号的母机的无线终端(150)；使该母机的无线终端(210)的电源开闭的电源管理装置(140)；及对母机的无线终端以及电源管理装置进行控制的控制装置(130)。如果控制装置判断出在无线传感器网络中产生某种异常而需要复位，则使控制装置再起动，对母机的无线终端也复位。之后，将复位要求从母机的无线终端发送到子的无线终端，子的无线终端根据所接收到的复位要求对自己进行复位。

Description

无线传感器网络系统

技术领域

本发明涉及配置多个无线传感器而构筑了网络的无线传感器网络系统，特别涉及适合于多跳地传递信息的无线传感器网络系统。

背景技术

以往的无线通信系统中的复位处理的例子记载于专利文献1中。在该公报记载的移动体通信系统中，针对由于软件原因而无法正常运转的无线基站，尝试从远程可靠地执行系统复位控制。为此，在从上级站向无线基站具备的接口部发送了特定的MAC(Media Access Control，媒体访问控制)地址模式时，判断为针对本站的复位控制信号，向控制部发送该数据。在控制部中，根据发送来的数据进行复位处理。

在监视控制装置具有的处理器中产生了障碍时的处理方法的例子记载于专利文献2中。在该公报记载的系统中，监视盘对控制盘的处理器进行监视，如果监视盘的看门狗定时器检测到超时，则原因寄存器向处理器发送中断信号。与此同时，超时标志根据超时信号进行标志置位。如果变为正常动作则该标志被清零。如果超时标志的置位状态持续预定时间，则复位电路对处理器进行复位而重启。

专利文献1：日本特开2007-134839号公报

专利文献2：日本特开2004-86520号公报

发明内容

在所述专利文献1记载的无线通信系统中，关注于在利用了互联网等公共线路时在上级协议层中发生无法进行加密处理的解密这样的异常，利用没有加密的物理层的MAC层，执行复位处理的情况。但是，该专利文献1记载的系统以利用公共线路为前提，没有考虑配置多个中继站而多跳地发送接收信息的无需公共线路的系统。即，没有公开在多跳地发送接收信息的系统中，在产生异常现象时如何高效地再起动系统。

而在所述专利文献2记载的监视系统中，在无线通信系统中，在通过看门狗定时器等对机器的工作状态进行监视时，为了避免频繁的停止/再起动，而对处理器有无异常进行监视。在该公报记载的系统中，通过在处理器的重启前寻找自我恢复的可能性来判断保养人员有无进行恢复，所以即使是远程，保养也变得容易。但是，由于该无线通信系统并不是多跳地发送接收信息的系统，所以没有考虑由于复位时的次序而产生故障的缺点。

本发明是鉴于所述以往技术的缺点而完成的，其目的在于，在具有多个被分散配置的无线通信子机的无线通信系统中，在产生某种异常而系统无法充分地工作时容易进行再起动。

本发明另一目的在于，在多跳地进行通信的无线通信系统中，在产生某种异常而系统无法充分地起动时容易地进行再起动。本发明的又一目的在于，构筑通过在母机侧和子机侧中都具有大致相同的通信装置，谋求机器的标准化，并且在由于某种原因而系统无法充分地工作时，能够容易地修复的多跳地进行通信的无线通信系统。

为了达成所述目的，本发明提供一种无线传感器网络系统，经由至少一台中继部在发送无线信号的母机与安装了传感器的测量部之间进行无线通信，其特征在于，母机具有：母机的无线终端，发送无线信号；电源管理装置，使母机的无线终端的电源开闭；以及控制装置，对母机的无线终端以及电源管理装置进行控制，控制装置在母机的异常时对自己进行了复位之后，从电源管理装置对母机的无线终端进行复位。

为了达成所述目的，本发明提供一种无线传感器网络系统，经由至少一台中继部在发送无线信号的母机与安装了传感器的测量部之间进行无线通信，其特征在于，母机具有：母机的无线终端，发送无线信号；电源管理装置，使母机的无线终端的电源开闭；以及控制装置，对母机的无线终端以及电源管理装置进行控制，测量部以及中继部分别具有子的无线终端，在母机的控制装置判断为在子的无线终端中产生异常而需要复位时，母机的无线终端按照从自身开始的中继级数小的子的无线终端的顺序，发送复位要求，子的无线终端根据所接收到的复位要求，对自己进行复位。

另外，在所述无线传感器网络系统中，其特征在于，母机在使控制装置再起动而母机的无线终端被复位之后，发送复位要求，以使所有的子的无线终端依次复位。

在所述任意一个无线传感器网络系统中，优选为，母机的无线终端以及子的无线终端具有存储与自己相邻的无线终端的地址的单元，并优选为控制装置具有存储母机的无线终端至测量部具有的子的无线终端以及至中继部具有的无线终端的路径的存储部。另外，优选为分别具有多个测量部和中继部，将在测量部中安装的传感器检测出的检测数据经由中继部多跳地传送到母机，优选为在母机的无线终端与子的无线终端之间、以及子的无线终端彼此之间的通信中，使用由IEEE802.15.4规定的通信，使各个之间的距离成为1km以下。

根据本发明，当母机中包含的控制单元在母机自身的故障、子机所引起的通信断绝时等在无线传感器网络中探测到某种异常的情况下，指定子机和母机的复位顺序而复位，所以能够避免由于复位不良引起的再起动不良。另外，母机和子机都具有大致同一规格的通信装置，所以机器的标准化以及互换性增加而能够容易地进行重启指令，并且多跳地通信的无线通信系统的恢复变得容易。

附图说明

图1是本发明的无线传感器网络系统的示意图、框图。

图2是图1所示的无线传感器网络系统具备的无线终端的一个实施例的框图。

图3是图1所示的无线传感器网络系统具备的监视部的一个实施例的框图。

图4是示出在图1所示的无线传感器网络系统中，作为中继部或者测量部使用无线终端时的无线终端的各种方式的图。

图5是本发明的无线传感器网络系统的复位动作的流程图。

(符号说明)

20：输入端子(DC用)；21：输入适配器(AC用)；22：电源电路；30：无线部；31：天线；40：CPU；45：存储部；50：外部机器连接端子；51：串行通信部；52：脉冲计数器；53：A/D变换器；60：序列发生器；61：数字通信(串行通信、脉冲传送)；62：模拟输出；71：设备；72：配电板；100：母机(第1监视部)；120：监视器；121：显示数据；130：通用PC(控制装置)；131：通用COM端口；132：电源管理程序；133：监视器显示程序；134：数据测量程序；135：通用COM端口；136：数据库(DB)；140：电源管理装置；141：复位电路；142：功率发生电路；143：复位信号；144：功率供给；145：DC功率；150：无线终端；151：接收数据(串行通信)；162：LAN；163：通用PC；164：数据库访问程序；165：监视器显示程序；170：第2监视部；180：监视器；181：显示数据；190：无线通信；200：子机(中继装置)；210：子(机)的无线终端；300：子机(测量装置)；310：无线终端；320：外部机器；400：无线传感器网络系统。

具体实施方式

以下，使用附图，对本发明的无线传感器网络系统的一个实施例进行说明。图1是无线传感器网络系统400的示意图。在本系统中，使用具有多个被分散配置的基本规格相同的无线终端210、310的中继部200以及测量部300，多跳地进行通信，从而对外部机器320的状态进行监视。

此处，监视对象是例如生产工厂中设置的功率使用量。因此，作为外部机器320，使用了功率计。作为母机的监视部100对控制本系统400的动作的通用PC(Personal Computer，个人计算机)130，经由电源管理装置140连接了基本规格与子机200、300具备的无线终端210、310相同的无线终端150。进而，在通用PC130中，附设了显示监视结果、显示控制指令等的监视器120以及未图示的作为输入单元的键盘等。

作为子机的测量部300安装在各工厂建筑中且实质上分散配置。在从各测量部300起预定范围内、在本实施例中在1km的范围内，其也配置了作为子机的中继部200。以成为从测量部300或者其他中继部200、母机100的无线终端150起1km的范围内的方式，配置了多个该中继部200。

在各测量部300与中继部200之间、以及中继部200、200相互、中继部200与母机100之间，通过无线通信190传送数据以及指令。另外，相互的位置被决定成：能够通过多跳地通信将各测量部300测量出的数据可靠地传送到母机100的无线终端150。

接下来，使用图2至图4，详细说明这样配置的无线传感器网络系统中使用的监视装置100以及无线终端150、210、310。在图2中用框图示出无线终端150、210、310的一个例子。在图2中，有代表性地示出了母机100具备的无线终端150。

第1监视装置100具备的无线终端150形成为与子机200、300具备的无线终端210、310大致相同的外形以及结构。即，在无线终端150中，在高度约5.2cm＊宽度约7.2cm＊纵深约3.3cm的长方体的壳体内，内置了各种电路，在该壳体的两侧面，安装了输入端子20以及外部机器连接端子50。

在母机(第1监视部)100的无线终端150中，从上述的电源管理装置140供给DC功率，所以输入端子20成为DC电源输入端子。在配设了子机的场所中，一般离DC电源不近，所以代替DC电源输入端子，而安装了AC适配器21(参照图4)。

在外部机器连接端子50上，连接了用于输入输出各种传感器信息及来自第1监视部100的指令信息等的连接器。在该外部输入端子50中，选择了能够应对于仅数字通信的情况以及仅模拟通信的情况、数字通信和模拟通信混合存在的情况中的任意一个的连接器。

在从外部机器连接端子50输入数字信号的情况下，经由串行通信部51发送到CPU40。同样地，由脉冲计数器52也对脉冲信号进行计数，而发送到CPU40。在串行通信部51中，能够对RS232C、RS485、UART、USB、12C、SPI、以及ETHERNET(注册商标)形式的信号进行处理。另一方面，在如各种传感器信号那样输入了模拟信号的情况下，通过A/D变换器(模拟/数字变换器)53进行了数字变换之后，发送到CPU40。发送到CPU40的数据在实施了必要的处理之后，存储在附属于CPU40的存储部45中。

由无线终端150、210、310的CPU40进行一次处理后的数据被发送到无线部30。在无线部30中，产生依照IEEE802.15.4的规格的能够进行无线发送的信号。根据母机100的要求，从与无线部30连接的棒状的天线31发送所产生的信号。另外，从输入端子20、21输入的DC功率通过电源电路22变换为与该无线终端150、210、300内设置的各部30、40、51～53的要求规格对应的电压，而供给到各部30、40、51～53。

图3示出监视装置的一个例子。示出了除了无线传感器网络系统通常具备的第1监视装置100以外，还具有第2监视装置170的情况。在所述无线端子150的功率输入端子20上，与电源管理装置140进行了连接器连接，从电源管理装置140具有的功率发生电路142，供给(144)DC功率155。

电源管理装置140具有后文详细描述的复位电路141和上述的功率发生电路142。复位电路141按照来自通用PC130的通用COM端口131的复位要求信号137，产生复位信号143，控制无线终端150的再起动。另一方面，无线终端150的外部机器连接端子50与通用PC130的通用COM端口135进行连接器连接。

在通用PC130中，安装了各种程序。即，安装了：控制电源管理装置的动作的电源管理程序132；用于经由通用COM端口135取得子机300所取得的信息的数据测量程序134；以及在通用PC130中附设的监视器120中显示数据测量程序134的运算结果的监视器显示程序133。另外，具有为了有效地活用数据测量程序134而保存了过去的实际数据等的数据库(DB)136，能够将所取得的数据保存在数据库136中，并且用于测量结果的判断。

第2监视部170具有第2通用PC163，通过LAN162等与第1监视部100的通用PC130连接。第2监视部主要用于对取得数据进行监视，在功率消耗量的测量的情况下，用于通过在主要的部署中显示而唤起消耗量的意识。即，在通用PC170中，安装了数据库访问程序164、监视器显示程序165，能够通过访问数据库136，在监视器中显示与过去的数据的比较结果，酝酿节省浪费的能量消耗的意识。

使用图4，对作为子机200、300的无线终端210、310的作用进行说明。如上所述，本发明的无线终端为了提高通用性，测量部中使用的终端310和中继部中使用的终端210都是同一规格且同一形状。即，在中继部200和测量部300中使用同一机种，在用作中继部200的情况下，在外部机器连接端子50上什么都不连接，在用作测量部300的情况下，经由序列发生器60、或者直接将外部机器320与外部机器连接端子50进行连接器连接。在图4中，示出了经由序列发生器60连接外部机器320的情况，但未必一定需要序列发生器60。

在经由图4所示的序列发生器60的情况下，序列发生器60首先将外部机器320取得的信息记录在自身的记录部中。此处，外部机器320是例如在配电板72中设置的功率计、在设备71中安装的各种模拟传感器、数字机器。如果使用序列发生器60，则在1个外部机器320取得多种信息的情况或以预定时间间隔取得多个信息的情况下，是恰当的。在序列发生器60与无线终端310之间，执行数字通信(串行通信、脉冲传送)61。

在不经由序列发生器60的情况下，除了数字通信61以外还可以是模拟输出62。作为不经由该序列发生器60的例子，以下说明功率测量的例子。在功率测量中，针对电动机、各种机器的每一个设置配电板72，并在配电板72中配置表示功率消耗量的功率计320。另外，功率计320和无线终端310的外部机器连接端子50通过连接器连接。由此，从无线终端310通过串行通信向功率计320发送测量要求命令，从功率计320通过串行通信向无线终端310发送消耗功率数据。另外，功率计320的取得数据也可以是脉冲输出。

作为不经由序列发生器60的其他例，由模拟输出传感器320取得力、温湿度、振动、噪音、旋转速度、形变、以及变位等物理量的情况是有代表性的例子。在作为电动机、各种运转机器的设备71中，为了测量物理量而安装了模拟传感器320。这些模拟传感器320取得的数据作为模拟数据(电压、电流)，经由与无线终端310的外部机器连接端子50进行连接器连接的布线，发送到无线终端310的A/D变换器53。在该情况下，能够将模拟输出保持原样地输出到无线终端，所以能够实现通用性最高的测量。

作为不经由序列发生器的其他例，能够举出在外部机器320侧对所述物理量进行数字变换的情况的代表例。数字机器或者通用IO组件320安装于设备71。由于已经进行了数字化，所以无线终端310能够通过串行通信取得与外部机器连接端子50进行连接器连接的外部机器320所取得的信息。另外，还可以从无线终端310向数字机器320发送测量要求命令等各种指令。

以上是将无线终端310使用于测量部300中的各种例，但如果将无线终端210使用于中继部300中，则能够形成多跳(网眼状)的网络。作为其例子，对使用了由IEEE802.15.4规定的通信的网络系统中使用的情况进行说明。在相互的距离不超过1km的范围中，配置了多个中继部200。

但是，各无线终端150、210、310将能够进行通信的相邻的无线终端150、210、310的信息存储在存储部45中。所存储的信息是针对各无线终端150、210、310的每一个分配的无线终端识别地址、从其他无线终端150、210、310发送的信号的电波强度以及通信质量等。中继部200在发送从其他无线终端150、210、310发送的信号时，使在分组中包含：该信号是从哪个无线终端150、210、310发送的数据、该信号的发送源是哪个无线终端150、210、310、从该发送源的无线终端150、210、310起中继几级的无线终端210、210、...而到达自身的无线终端210、以及直到到达自身所中继的所有无线终端150、210、310是哪个地址的终端的信息，而发送到接下来的无线终端150、210、310。

接下来，对这样构成的无线传感器网络系统的复位动作进行说明。首先，对母机侧的复位动作进行说明。作为母机的第1监视部100具有自复位功能。在通用PC130中搭载的各程序没有正常地动作的情况下，通用PC130通过自复位功能，使程序再起动。此时，通过电源管理程序132的执行，复位要求信号137被发送到电源管理装置140。通过被发送到电源管理装置140的复位要求信号137，电源管理装置140内的复位电路141向电源发生电路142发送复位信号143。电源发生电路142接收复位信号143，而使功率产生暂时停止，之后再产生。由此，向无线终端150供给的DC功率145被暂时停止，无线终端150内的数据被清零而复位。

以下，说明在子机侧中存在故障的情况的复位方法。对各子机的无线终端210、310设定了地址。另外，在母机100具备的通用PC130中，使用子的无线终端210、310的地址，存储了该无线传感器网络系统400的各测量部300以及各中继部200至母机的无线终端150的路径，在母机的无线终端150以及子的无线终端210、310的复位动作中，该数据不消失。

另一方面，在母机的无线终端150以及各子机的无线终端210、310中，存储了相邻的无线终端150、210、310的地址信息。但是，该地址信息由于对无线终端150、210、310进行复位而丧失。因此，在各无线终端150、210、310再起动时，各无线终端150、210、310接收来自相邻的无线终端的信号，而识别相邻的无线终端150、210、310的存在，在自己的存储部45中存储该地址。

在这样设定的系统中，首先，对母机100设定母机100至终端的测量部300的路径以及至中继部200的径路。在系统起动时，从母机100向各子的无线终端210、310发送Ping命令(用于确认对象无线终端的连接以及到达性的命令)，根据从该Ping命令的发送对象终端回送分组内的信息，设定该路径。此处，在分组内的信息中，如上所述，包括中继级数、所中继的子的无线终端210、310的地址。

接下来，如果起动了系统400，则确认该路径(步骤S1)。如果进入到测量动作，则从母机100经由中继部200向测量部300多跳地发送数据发送指令(步骤S2)。

在测量部300中，将使用传感器预先测量出的、或者以来自母机100的发送指令为触发测量出的数据发送到相邻的中继部200。以下，重复从该中继部200向中继部200的传送，最终向母机100的无线终端150发送数据(步骤S3)。

在数据发送成功了的情况(步骤S4)下，直到经过预先决定的时间为止(步骤S5)，测量部300处于暂停状态，谋求了测量部300以及中继部200中的功率消耗降低。另外，无线终端210、310由于即使在暂停状态下也使自己的时钟继续动作，从而能够应对于来自母机100的接下来的指令。在结束测量的情况下，通过中断处理(步骤S9)而结束。

如果在无线传感器网络系统400中探测到某种异常，则通用PC130使自己再起动。与此同时，向电源管理装置140发送复位要求信号137。电源管理装置140暂时切断向无线终端150的供给功率，无线终端150被复位处理(步骤S6)。

通过这一连串的复位处理，通用COM端口135与无线终端150的连接正常化。即，在通用PC130的再起动后，对母机100具备的无线终端150进行复位，所以能够对通用PC135的、预定的通用COM131端口分配无线终端150，而正常地工作。

如果母机100被正常地复位，则之后，母机100根据预先设定的路径信息，对子机200、300进行复位。此时，首先，从母机100的无线终端150向与该无线终端150相邻的中继部200、即从母机100起中继级数最小的中继部200的无线终端210，发送复位要求命令(步骤S7)。

接收到来自母机100的复位要求命令的中继部200对自己的无线终端210具备的CPU进行复位处理。具体而言，如果子的无线终端210接收到复位要求命令，则通过CPU40使用软件取出复位命令，而对自己进行复位。在对自己进行了复位之后，中继部200将与自己相邻的无线终端150、210、310的地址存储在存储部45中。由于针对每个复位处理，更新与该各无线终端150、210、310相邻的地址的存储，所以能够确保多跳的发送路径。最后，中继部200向母机100通知自身的复位已正常地结束。

母机100如果接收到来自中继部200的复位正常结束通知，则在另外存在的子的无线终端210、310中，向中继级数其次小的中继部200、或者测量部300发送复位要求命令。之后，由各中继部200、或者测量部300重复所述动作(步骤S8)。此处，当另外存在中继级数与刚刚复位的无线终端210相同的无线终端210、310的情况下，在对它们进行了复位之后，对中继级数其次小的无线终端210、310进行复位。

在上述的实施例中，由通用PC控制了测量定时以及发送定时，但也可以由无线终端310具备的时钟基准进行测量、发送。在该情况下，能够降低数据传送丢失的可能性。另外，使子机的无线终端成为AC输入，但也可以设为无线终端具有电池。进而，也可以是DC输入。在这些情况下，子机的设置自由度增加。

Claims (11)

1.一种无线传感器网络系统，经由至少一台中继部在发送无线信号的母机与安装了传感器的测量部之间进行无线通信，其特征在于，

所述母机具有：

母机的无线终端，发送无线信号；

电源管理装置，使该母机的无线终端的电源开闭；以及

控制装置，对所述母机的无线终端以及电源管理装置进行控制，

其中，该控制装置在母机的异常时对自己进行了复位之后，从所述电源管理装置对所述母机的无线终端进行复位。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络系统，其特征在于，

所述控制装置具有存储所述母机的无线终端至所述测量部具有的子的无线终端、以及至所述中继部具有的子的无线终端的路径的存储部。

3.根据权利要求1所述的无线传感器网络系统，其特征在于，

分别具有多个所述测量部和所述中继部，

将在所述测量部中安装的传感器检测出的检测数据经由所述中继部多跳地传送到所述母机。

4.根据权利要求1所述的无线传感器网络系统，其特征在于，

在所述母机的无线终端与子的无线终端之间、以及子的无线终端彼此之间的通信中，使用由IEEE802.15.4规定的通信，

使各个之间的距离为1km以下。

5.一种无线传感器网络系统，经由至少一台中继部在发送无线信号的母机与安装了传感器的测量部之间进行无线通信，其特征在于，

所述母机具有：

母机的无线终端，发送无线信号；

电源管理装置，使该母机的无线终端的电源开闭；以及

控制装置，对所述母机的无线终端以及电源管理装置进行控制，

其中，所述测量部以及中继部分别具有子的无线终端，

在所述母机的控制装置判断出在子的无线终端中产生异常而需要复位时，

所述母机的无线终端按照从自身开始的中继级数小的子的无线终端的顺序，发送复位要求，

所述子的无线终端根据所接收到的复位要求，对自己进行复位。

6.根据权利要求5所述的无线传感器网络系统，其特征在于，

在再起动所述控制装置之后，所述母机向所述电源管理装置发送复位要求，以对所述母机的无线终端进行复位。

7.根据权利要求6所述的无线传感器网络系统，其特征在于，

所述母机在所述控制装置再起动、母机的无线终端被复位之后，发送复位要求，以使所述子的无线终端全部依次复位。

8.根据权利要求7所述的无线传感器网络系统，其特征在于，

所述母机的无线终端以及子的无线终端具有存储与自己相邻的无线终端的地址的单元。

9.根据权利要求5所述的无线传感器网络系统，其特征在于，

所述控制装置具有存储所述母机的无线终端至所述测量部具有的子的无线终端、以及至所述中继部具有的子的无线终端的路径的存储部。

10.根据权利要求5所述的无线传感器网络系统，其特征在于，

分别具有多个所述测量部和所述中继部，

将在所述测量部中安装的传感器检测出的检测数据经由所述中继部多跳地传送到所述母机。

11.根据权利要求5所述的无线传感器网络系统，其特征在于，

在所述母机的无线终端与子的无线终端之间、以及子的无线终端彼此之间的通信中，使用由IEEE802.15.4规定的通信，

使各个之间的距离为1km以下。

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