CN102547792A - 一种无线传感器网络节点协同工作的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络节点协同工作的方法、装置及系统。处于唤醒状态的传感器节点在设定的监听时间内接收来自其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息；解析无线信息，如果被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，采集被监测设备的物理信号；将采集的物理信号转换为数字信号，按照预先设置的间隔读取数字信号，生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，并进行发送；在确定工作完毕或任一被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态后，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点。应用本发明，可以提高传感器节点的工作效率。

Description

一种无线传感器网络节点协同工作的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)技术，特别涉及一种无线传感器网络节点协同工作的方法、装置及系统。

背景技术

无线传感器网络是以大量静止或移动的传感器节点通过自组织和多跳的方式构成的无线网络，通过数据采集、数据处理以及无线通信，其目的是协同工作以完成预设的应用任务，由于传感器节点可以实时传送采集的数据，并具有构建快速、部署方便的特点，且不易受到监测环境的限制，因此，在环境监测、城市交通管理、医疗监护、仓储管理、汽车电子等领域有较好的应用。

对于不同的无线传感器网络，其协同工作的方式也可能不同，例如，对于原始森林进行森林防火和环境监测的无线传感器网络，需要在面积有限的空间内，密集部署大量的传感器节点，即密集部署传感器节点，中心控制单元控制各传感器节点工作的启动及停止，各传感器节点在监测到采集的温度数据超出预先设置的温度数据阈值时，向中心控制单元发出温度告警信息；而对于大电流设备控制的无线传感器网络系统，通过在每台大电流设备上安装传感器节点，中心控制单元控制大电流设备工作的启动及停止，传感器节点在监测到大电流设备启动后，采集大电流设备的运行状态信息，输出至中心控制单元，中心控制单元根据接收的大电流设备的运行状态信息，控制该无线传感器网络中只有一台大电流设备处于运行状态，以避免系统负载过大，从而引起电路故障。

由上述可见，现有的传感器节点主要应用于数据采集及处理，传感器节点之间的协同工作通过中心控制单元进行协调和控制，传感器节点之间不具有彼此协调和控制的能力。这样，由中心控制单元控制各传感器节点进行协同工作，传感器节点需要与中心控制单元交互，受中心控制单元的控制，使得传感器节点对事件的响应灵敏度下降，从而降低了传感器节点的工作效率；进一步地，对于森林防火和环境监测的无线传感器网络，各传感器节点在监测的温度数据超过温度数据阈值时，向中心控制单元发出温度告警信息，而实际应用中，对于一定的地理范围内的传感器节点，只需要一个传感器节点发送温度告警信息进行通知即可，而现有的告警方法，增加了系统的功耗。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种无线传感器网络节点协同工作的方法，提高传感器节点的工作效率。

本发明的另一目的在于提出一种无线传感器网络节点协同工作的装置，提高传感器节点的工作效率。

本发明的再一目的在于提出一种无线传感器网络节点协同工作的系统，提高传感器节点的工作效率。

为达到上述目的，本发明提供了一种无线传感器网络节点协同工作的方法，该方法包括：

处于唤醒状态的传感器节点在预先设定的监听时间内接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息；

解析无线信息，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，采集被监测设备的物理信号；

将采集的物理信号转换为数字信号，按照预先设置的间隔读取数字信号，生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，并进行发送；

在确定工作完毕或任一无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态后，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点。

所述生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息包括：

将读取的数字信号封装为数据包；

获取被监测设备当前工作状态，并设置被监测设备当前工作状态标识；

将数据包以及被监测设备当前工作状态标识封装为无线信息。

所述被监测设备与传感器节点相连，在采集被监测设备的物理信号之前，进一步包括：

向被监测设备输出控制信号，触发被监测设备启动进入工作状态。

所述控制信号包括：电压信号、电流信号、脉宽调制器脉冲信号、开关信号或者RS-485/RS-232信号。

所述无线信息中进一步携带控制顺序标识，传感器节点在接收到控制顺序标识信息后，根据自身的控制顺序标识信息，确定输出控制信号的顺序。

所述无线信息发送时间周期小于监听时间。

进一步包括：

解析无线信息得到数字信号，融合解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号。

所述融合解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号包括：

如果解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号相同，删除存储的数字信号；

如果解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号不相同，获取待发送的数字信号中不相同的部分，以在无其它传感器节点工作时发送不相同的部分。

一种无线传感器网络节点协同工作的装置，该装置包括：无线通信模块、微处理器、电源管理模块以及信号调理模块，其中，

无线通信模块，在接收到微处理器发送的唤醒命令时，在预先设定的监听时间内，触发接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至微处理器；接收微处理器发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，并进行发送；

微处理器，用于解析接收的无线信息，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，触发信号调理模块进入工作状态，按照预先设置的无线信息发送时间周期读取信号调理模块存储的数字信号，生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至无线通信模块；如果任一无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，触发设置休眠计数器，并设置无线通信模块以及信号调理模块进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，向无线通信模块输出唤醒命令；

电源管理模块，用于为无线通信模块、微处理器以及信号调理模块提供工作电压；

信号调理模块，采集被监测设备的物理信号，并将采集的物理信号转换为微处理器可读取的数字信号。

所述无线通信模块进一步用于接收中心控制单元的唤醒命令或休眠命令，在接收到中心控制单元发送的唤醒命令时，向微处理器输出；在接收到中心控制单元发送的休眠命令时，输出至微处理器并将无线通信模块置于休眠状态。

所述装置安装在被监测设备上，所述微处理器在触发信号调理模块进入工作状态时，进一步用于向无线通信模块输出控制命令，无线通信模块接收控制命令，输出至相连的被监测设备，以使被监测设备进入工作状态。

一种无线传感器网络节点协同工作的系统，该系统包括：中心控制单元、无线网关以及传感器节点，其中，

中心控制单元，用于接收无线网关转发的无线信息，进行存储；

无线网关，用于接收传感器节点发送的无线信息，转发给中心控制单元；接收中心控制单元输出的命令，转发给传感器节点；

传感器节点，在唤醒时，接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带当前工作状态标识的无线信息，如果无线信息包含的当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，采集被监测设备的物理信号，并将采集的物理信号转换为数字信号，按照预先设置的间隔读取数字信号，生成包含当前工作状态标识的无线信息，并进行发送，在确定工作完毕后，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点；如果任一无线信息包含的当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点。

所述传感器节点包括：无线通信模块、微处理器、电源管理模块以及信号调理模块，其中，

无线通信模块，在接收到微处理器发送的唤醒命令时，在预先设定的监听时间内，触发接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至微处理器；接收微处理器发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，并进行发送；

微处理器，用于解析接收的无线信息，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，触发信号调理模块进入工作状态，按照预先设置的无线信息发送时间周期读取信号调理模块存储的数字信号，生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至无线通信模块；如果任一无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，触发设置休眠计数器，并设置无线通信模块以及信号调理模块进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，向无线通信模块输出唤醒命令；

电源管理模块，用于为无线通信模块、微处理器以及信号调理模块提供工作电压；

信号调理模块，采集被监测设备的物理信号，并将采集的物理信号转换为微处理器可读取的数字信号。

由上述的技术方案可见，本发明提供的一种无线传感器网络节点协同工作的方法、装置及系统，处于唤醒状态的传感器节点在预先设定的监听时间内接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息；解析无线信息，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，采集被监测设备的物理信号；将采集的物理信号转换为数字信号，按照预先设置的间隔读取数字信号，生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，并进行发送；在确定工作完毕或任一无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态后，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点。这样，无需与中心控制单元进行交互，提高了对事件的响应灵敏度，提高了传感器节点的工作效率；进一步地，传感器节点在未工作时，进入休眠状态，无需持续采集物理信号，降低了无线传感器网络系统的功耗。

附图说明

图1为本发明实施例的无线传感器网络节点协同工作的装置结构示意图。

图2为本发明实施例无线传感器网络节点协同工作的系统结构示意图。

图3为本发明实施例的无线传感器网络节点协同工作的方法总体流程示意图。

图4为本发明第一实施例的无线传感器网络节点协同工作的方法流程示意图。

图5为本发明第二实施例的无线传感器网络节点协同工作的方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

现有无线传感器网络节点的协同工作方式，具有两种方式，一种协同工作方式是传感器节点可以直接作为被监测设备工作，采集相关信息，例如，对于森林防火和环境监测的无线传感器网络，协同工作的传感器节点直接采集周围环境的温度信息，另一种协同工作方式是传感器节点安装在被监测设备上，例如，传感器节点安装在每台被监测的电动机上，采集被监测设备的运行状态信息，但上述两种方式的传感器节点之间的协同工作，都通过中心控制单元进行协调和控制，在传感器节点确定需要进入工作状态时，只能通过与中心控制单元的交互，在其他工作的传感器节点停止工作后才启动下一个传感器节点进入工作，被动地接收中心控制单元的协同工作命令，不能主动确定自身进入工作状态的时机；而且，对于传感器节点安装在被监测设备上的情形，中心控制单元直接输出控制命令至被监测设备，传感器节点需要持续采集被监测设备的运行状态信息，才能避免遗漏有效信息，增加了无线传感器网络系统的功耗，且传感器节点没有输出信号控制相连的被监测设备的能力。本发明应用实施例中，采用主动式的传感器节点协同工作方式，通过传感器节点监测其它传感器节点发送的包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，在根据无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识，确定其它传感器节点或与传感器节点相连的被监测设备未处于工作状态时，触发该传感器节点或与传感器节点相连的被监测设备进入工作状态以实现协同工作。

图1为本发明实施例的无线传感器网络节点协同工作的装置结构示意图。参见图1，该装置为传感器节点，包括：无线通信模块、微处理器、电源管理模块以及信号调理模块，其中，

无线通信模块，在接收到微处理器发送的唤醒命令时，在预先设定的监听时间内，触发接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至微处理器；接收微处理器发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，并进行发送；

本实施例中，无线通信模块可以采用TI的CC系列无线通信芯片，该无线通信芯片具有成本低廉、集成度高、抗干扰能力强等特点。

进一步地，无线通信模块还可以接收中心控制单元的唤醒命令或休眠命令，在接收到中心控制单元发送的唤醒命令时，向微处理器输出；在接收到中心控制单元发送的休眠命令时，输出至微处理器并将无线通信模块置于休眠状态。

微处理器，用于解析接收的无线信息，如果所有无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，触发信号调理模块进入工作状态，按照预先设置的无线信息发送时间周期读取信号调理模块存储的数字信号，生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至无线通信模块；如果任一无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，触发设置休眠计数器，并设置无线通信模块以及信号调理模块进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，向无线通信模块输出唤醒命令；

本发明实施例中，微处理器接收到其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息后，首先检测无线信息中的被监测设备当前工作状态标识：

如果被监测设备当前工作状态标识表示发送该无线信息的传感器节点正在工作，即无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，微处理器设置一个随机数，将该随机数值给休眠计数器，然后触发传感器节点进入休眠状态，休眠计数器进行计数，如果计数值超过设置的随机数值，触发唤醒该传感器节点，向无线通信模块输出唤醒命令，以使无线通信模块接收其他传感器节点发送的无线信息，并重新接收无线通信模块输出的无线信息，如果重新接收的任一无线信息中的被监测设备当前工作状态标识表示发送该无线信息的传感器节点正在工作，则重新产生一个随机数，并将随机数值赋给休眠计数器，然后触发传感器节点再次进入休眠状态，如此循环；

如果所有无线信息中包含的被监测设备当前工作状态标识表示所有发送无线信息的传感器节点处于休眠状态，即被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，表示可以定时发送数据包，则触发传感器节点进入工作状态，按照预先设置的间隔(发送时间周期)生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至无线通信模块，并在工作完毕后触发设置休眠计数器，进入休眠状态，如前所述，在休眠状态中，休眠计数器进行计数，以定时唤醒传感器节点，传感器节点再进行检测，确定是否需要进入工作状态。

当前工作状态是指被监测设备的当前工作状态，对于被监测设备是电动机等的情形，被监测设备的当前工作状态是指电动机等的当前工作状态，传感器节点采集数据，将采集的数据进行打包生成无线信息时，获取电动机的当前工作状态信息，如果电动机处于工作状态，设置待发送的无线信息中的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，表示在发送无线信息时，该电动机处于运转状态；如果电动机处于停止状态，设置待发送的无线信息中的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，表示在发送无线信息时，该电动机处于停止状态，但传感器节点仍可以发送采集的数据直至采集的数据被发送完。对于被监测设备是传感器节点本身的情形，被监测设备的当前工作状态是指传感器节点的当前工作状态，传感器节点处于数据采集状态时，设置待发送的无线信息中的当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，在传感器节点停止数据采集时，设置待发送的无线信息中的当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，但如前所述，仍可以发送采集的数据直至采集的数据被发送完。

在上述设置被监测设备的当前工作状态的过程中，是考虑到传感器节点的数据采集速率与无线信息发送速率不一致的情形，对于传感器节点的数据采集速率与无线信息发送速率一致的情形，可以直接在当前采集的数据形成的无线信息中，直接设置当前被监测设备的工作状态标识。

本发明实施例中，微处理器采用16位的MSP430单片机，该单片机具有超低功耗、外设丰富、运算能力强的特点。

微处理器负责传感器节点上所有事件的处理，包括无线通信、传感器节点的信号采集与处理、当前工作状态与传感器节点无线信息的打包与发送、中心控制单元发送的命令解析、传感器节点的低功耗管理等。

本发明实施例中，对于传感器节点安装在被监测设备上的情形，微处理器在触发信号调理模块进入工作状态时，进一步包括：向无线通信模块输出控制命令，无线通信模块接收控制命令，输出至相连的被监测设备，以使被监测设备进入工作状态。

电源管理模块，用于为无线通信模块、微处理器以及信号调理模块提供工作电压；

本实施例中，电源管理模块将外部输入电源稳压后，输出给无线通信模块、微处理器以及信号调理模块进行供电。

电源管理模块的稳压芯片可以采用TI的TPS780XX系列芯片，该系列芯片的静态功耗只有0.5uA，供电能力可达150mA，具有短路保护、过温保护功能，特别适合应用于低功耗设备中。

信号调理模块，采集被监测设备的物理信号，并将采集的物理信号转换为微处理器可读取的数字信号。

本发明实施例中，转换的数字信号与物理信号成正比，并存储于信号调理模块中。

较佳地，对于传感器节点安装在被监测设备上、且各传感器节点共电路回路的情形，信号调理模块还可以进一步用于采集电压、电流、声音或光等物理量，以判断是否有其他传感器节点正在工作。

图2为本发明实施例无线传感器网络节点协同工作的系统结构示意图。参见图2，该系统包括：中心控制单元、无线网关以及传感器节点，其中，

中心控制单元，用于接收无线网关转发的无线信息，进行存储；

本发明实施例中，中心控制单元运行管理无线传感器网络中传感器节点的程序，接收传感器节点发送的无线信息，保存到数据库中；进一步地，在向传感器节点输出唤醒命令时，向无线传感器网络中其它传感器节点输出休眠命令。

中心控制单元可以是PC机、PDA或手持终端。

较佳地，本实施例中的中心控制单元为PC机，通过GPRS与无线网关相连，远程发送命令或者接收传感器节点发送的无线信息。

无线网关，用于接收传感器节点发送的无线信息，转发给中心控制单元；接收中心控制单元输出的命令，转发给传感器节点；

本发明实施例中，无线网关可以通过USB或RS232与中心控制单元连接，也可以通过因特网(Internet)或GPRS与中心控制单元远程连接。

较佳地，本实施例中的无线网关通过GPRS与中心控制单元相连，接收中心控制单元的命令并发送给传感器节点，接收传感器节点发送的无线信息，转发给中心控制单元。

传感器节点，在唤醒时，接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，采集被监测设备的物理信号，并将采集的物理信号转换为数字信号，按照预先设置的间隔读取数字信号，生成包含当前工作状态标识的无线信息，并进行发送，在确定工作完毕后，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点；如果任一无线信息包含的当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点。

本发明实施例中，传感器节点的结构如图2所示，采集被监测设备的信息，在传感器节点处于工作状态时，将采集的信息打包输出至无线网关。进一步地，对于传感器节点安装在被监测设备上的情形，传感器节点在确定无线信息包含的当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态时，输出控制信号控制相连的被监测设备；接收来自中心控制单元的命令，唤醒、休眠或者控制相连的被监测设备。

图3为本发明实施例的无线传感器网络节点协同工作的方法总体流程示意图。参见图3，该流程包括：

步骤301，处于唤醒状态的传感器节点在预先设定的监听时间内接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息；

本步骤中，预先设定的监听时间可以根据实际需要进行设置。

被监测设备当前工作状态标识包括：传感器节点当前工作状态标识或与传感器节点相连的被监测设备的当前工作状态标识。

步骤302，解析无线信息，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，采集被监测设备的物理信号；

本步骤中，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，表明无线传感器网络内没有被监测设备处于工作状态，此时，可以启动被监测设备，即传感器节点或与传感器节点相连的被监测设备，从而采集被监测设备的物理信号。

步骤303，将采集的物理信号转换为数字信号，按照预先设置的间隔读取数字信号，生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，并进行发送；

本步骤中，为了保障在预先设置的监听时间内，传感器节点能够接收到其它传感器节点在无线信息发送时间周期内发送的无线信息，设置无线信息发送时间周期小于监听时间。

生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息包括：

将读取的数字信号封装为数据包；

获取被监测设备当前工作状态，并设置被监测设备当前工作状态标识；

将数据包以及被监测设备当前工作状态标识封装为无线信息。

步骤304，在确定工作完毕或任一无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态后，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点。

较佳地，该方法进一步包括：

解析无线信息，得到数字信号，融合解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号。

融合解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号包括：

如果解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号相同，删除存储的数字信号，退出唤醒状态，进入休眠状态以节省电能。

如果解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号不相同，获取待发送的数字信号中不相同的部分，以在无其它传感器节点工作时发送不相同的部分。这样，可以有效降低无线传感器网络传输资源。

对于传感器节点与被监测设备相连的情形，在采集被监测设备的物理信号之前，进一步包括：

向被监测设备输出控制信号，触发被监测设备启动进入工作状态。

本步骤中，控制信号包括：电压信号、4～20mA电流信号、脉宽调制器(PWM，Pulse Width Modulation)脉冲信号、开关信号或者RS-485/RS-232信号等。

进一步地，无线信息中还可以进一步携带控制顺序标识，传感器节点在接收到控制顺序标识信息后，根据自身的控制顺序标识信息，确定输出控制信号的顺序，实现排序输出控制信号功能。

由上述可见，本发明实施例的无线传感器网络节点协同工作的方法、装置及系统，传感器节点在处于唤醒状态时，通过监测其它传感器节点发送的包含被监测设备当前工作状态的无线信息，根据无线信息包含的被监测设备当前工作状态，确定其它传感器节点或与传感器节点相连的被监测设备未处于工作状态时，触发该传感器节点进入工作状态。这样，无需与中心控制单元进行交互，提高了对事件的响应灵敏度，提高了传感器节点的工作效率；进一步地，对于传感器节点安装在被监测设备上的情形，传感器节点在进入工作状态后，输出控制信号使被监测设备进入工作状态，无需持续采集，降低了无线传感器网络系统的功耗；而且，传感器节点利用自身资源进行协同工作处理，中心控制单元无需协调和控制各传感器节点，大大减轻了中心控制单元的工作负荷、增加了系统的稳定性；此外，可以保证一个无线传感器网络系统在同一时间只有一个传感器节点在工作，其它传感器节点处于监听或者休眠状态，减少了电能消耗。

以下举两个具体实施例，对本发明作进一步说明。

图4为本发明第一实施例的无线传感器网络节点协同工作的方法流程示意图。参见图4，该流程包括：

步骤401，处于工作预备状态的传感器节点监听来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态的无线信息；

本步骤中，当传感器从休眠状态被唤醒时，进入工作预备状态，进入工作预备状态的传感器节点首先监听无线传感器网络的无线信息。唤醒可以通过接收工作状态命令，或者，传感器节点通过检测需要进入工作状态。

步骤402，检测获取无线传感器网络内的物理量信息；

本步骤中，在无线传感器网络内，传感器节点可以通过两种方式确定被监测设备是否处于工作状态，一种是监听被监测设备上安装的传感器节点发送的无线信息，例如，森林中设置的火灾报警系统，传感器节点在采集到火灾报警信息后，通过无线传感器网络进行发送；另一种是监测系统内的物理量变化信息，以确定是否有被监测设备处于工作状态，例如，在多台大电流电动机控制的电动机控制系统中，不能同时启动其中的两台电动机，由于电动机的电压在启动电动机时会发生变化，安装在控制电路上的传感器节点通过检测系统电压是否发生变化，就可以获知是否有其他电动机处于工作状态。

物理量包括：电压、电流、声音或光等，这样，该传感器节点能够通过电压、电流、声音或光等物理量检测，从而可以确定是否有电动机处于工作状态。

所应说明的是，步骤402可以与步骤401同时执行，也可以在步骤401后执行。

步骤403，在预先设置的监听时间内，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态、以及，确定获取的物理量信息变化没有超出预先设置的物理量变化阈值，触发进入工作状态。

本步骤中，在预先设置的监听时间内，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，以及，确定获取的物理量信息变化没有超出预先设置的物理量变化阈值，例如，电压、电流信息的波动幅度在预先设置的波动范围内，则表明当前时间没有其他传感器节点或监测设备处于工作状态，该传感器节点可以进入工作状态。

在传感器节点进入工作状态后，可以进一步包括：

步骤404，按照预先设置的无线信息发送时间周期发送包含被监测设备当前工作状态的无线信息。

该方法还可以进一步包括：

传感器节点解析接收的数据包，判断正在工作的传感器节点发送的数据包信息与该传感器节点需要处理的数据包信息相同，退出工作预备状态，进入休眠状态以节省电能。

本步骤中，对于应用于火灾报警的无线传感器网络系统，如果接收到附近的传感器节点已经发出报警信息，则该传感器节点可以取消报警状态，进入休眠模式。

在上述步骤中，如果传感器节点判断正在工作的传感器节点发送的数据包信息与该传感器节点需要处理的数据包信息不相同时，将正在工作的传感器节点发送的数据包信息与本身需要处理的数据包信息融合，以在无其它传感器节点工作时发送融合的数据包信息。融合的数据包信息中，包含有各传感器节点的标识信息。

该方法进一步包括：如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态、和/或，确定获取的物理量信息变化超出预先设置的物理量变化阈值，设置延时时间后触发进入休眠状态，并在延时时间到时唤醒传感器节点进入工作预备状态。

本步骤中，延时时间可以随机设定。

较佳地，在传感器节点进入工作状态后，还可以进一步包括：

传感器节点确定能够改变电压、电流或者发出声音或光等物理量时，通过改变或发出这些物理量，以阻止其他处于工作预备状态的传感器节点进入工作状态。这样，传感器节点通过输出控制信号以控制其他设备或传感器节点，使得同一个无线传感器网络系统内的设备不能有2台同时工作(例如，用于多台大电流设备控制的无线传感器网络系统，不能同时启动其中两台设备时)，传感器节点在检测到有其它设备工作时，不输出控制信号，如果检测到其它设备停止工作，并确认没有其它设备工作时，触发传感器节点可以输出控制信号以控制其他设备进入工作状态。

控制信号包括电压信号、4～20mA电流信号、脉宽调制器(PWM，PulseWidth Modulation)脉冲信号、开关信号或者RS-485/RS-232信号等。

进一步地，传感器节点还可以根据预设位置或标识号顺序输出控制信号，实现排序输出控制信号功能。

图5为本发明第二实施例的无线传感器网络节点协同工作的方法流程示意图。参见图5，传感器节点采集数据的速率与发送无线信息的速率相同，该流程包括：

步骤501，传感器节点进入工作预备状态；

步骤502，监听来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态的无线信息；

步骤503，判断是否接收到无线信息，如果是，执行步骤511，否则，执行步骤504；

步骤504，判断监听是否超时，如果是，执行步骤505，否则，返回执行步骤502；

步骤505，继续监测可用物理量信息；

步骤506，根据可用物理量信息判断是否有其他传感器节点在工作，如果是，执行步骤511，否则，执行步骤507；

步骤507，判断监测是否超时，如果是，执行步骤508，否则，返回执行步骤505；

步骤508，传感器节点进入工作状态；

步骤511，传感器节点进入休眠状态；

步骤512，判断休眠是否超时，如果是，执行步骤502，否则，返回执行步骤511。

以上所述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、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种无线传感器网络节点协同工作的方法，其特征在于，该方法包括：

处于唤醒状态的传感器节点在预先设定的监听时间内接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息；

解析无线信息，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，采集被监测设备的物理信号；

将采集的物理信号转换为数字信号，按照预先设置的间隔读取数字信号，生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，并进行发送；

在确定工作完毕或任一无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态后，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息包括：

将读取的数字信号封装为数据包；

获取被监测设备当前工作状态，并设置被监测设备当前工作状态标识；

将数据包以及被监测设备当前工作状态标识封装为无线信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被监测设备与传感器节点相连，在采集被监测设备的物理信号之前，进一步包括：

向被监测设备输出控制信号，触发被监测设备启动进入工作状态。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制信号包括：电压信号、电流信号、脉宽调制器脉冲信号、开关信号或者RS-485/RS-232信号。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述无线信息中进一步携带控制顺序标识，传感器节点在接收到控制顺序标识信息后，根据自身的控制顺序标识信息，确定输出控制信号的顺序。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线信息发送时间周期小于监听时间。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

解析无线信息得到数字信号，融合解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述融合解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号包括：

如果解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号相同，删除存储的数字信号；

如果解析得到的数字信号与该传感器节点待发送的数字信号不相同，获取待发送的数字信号中不相同的部分，以在无其它传感器节点工作时发送不相同的部分。

9.一种无线传感器网络节点协同工作的装置，其特征在于，该装置包括：无线通信模块、微处理器、电源管理模块以及信号调理模块，其中，

无线通信模块，在接收到微处理器发送的唤醒命令时，在预先设定的监听时间内，触发接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至微处理器；接收微处理器发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，并进行发送；

微处理器，用于解析接收的无线信息，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，触发信号调理模块进入工作状态，按照预先设置的无线信息发送时间周期读取信号调理模块存储的数字信号，生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至无线通信模块；如果任一无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，触发设置休眠计数器，并设置无线通信模块以及信号调理模块进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，向无线通信模块输出唤醒命令；

电源管理模块，用于为无线通信模块、微处理器以及信号调理模块提供工作电压；

信号调理模块，采集被监测设备的物理信号，并将采集的物理信号转换为微处理器可读取的数字信号。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述无线通信模块进一步用于接收中心控制单元的唤醒命令或休眠命令，在接收到中心控制单元发送的唤醒命令时，向微处理器输出；在接收到中心控制单元发送的休眠命令时，输出至微处理器并将无线通信模块置于休眠状态。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置安装在被监测设备上，所述微处理器在触发信号调理模块进入工作状态时，进一步用于向无线通信模块输出控制命令，无线通信模块接收控制命令，输出至相连的被监测设备，以使被监测设备进入工作状态。

12.一种无线传感器网络节点协同工作的系统，其特征在于，该系统包括：中心控制单元、无线网关以及传感器节点，其中，

中心控制单元，用于接收无线网关转发的无线信息，进行存储；

无线网关，用于接收传感器节点发送的无线信息，转发给中心控制单元；接收中心控制单元输出的命令，转发给传感器节点；

传感器节点，在唤醒时，接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带当前工作状态标识的无线信息，如果无线信息包含的当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，采集被监测设备的物理信号，并将采集的物理信号转换为数字信号，按照预先设置的间隔读取数字信号，生成包含当前工作状态标识的无线信息，并进行发送，在确定工作完毕后，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点；如果任一无线信息包含的当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，触发设置休眠计数器，并设置传感器节点进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，唤醒传感器节点。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述传感器节点包括：无线通信模块、微处理器、电源管理模块以及信号调理模块，其中，

无线通信模块，在接收到微处理器发送的唤醒命令时，在预先设定的监听时间内，触发接收来自无线传感器网络内其他传感器节点发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至微处理器；接收微处理器发送的携带被监测设备当前工作状态标识的无线信息，并进行发送；

微处理器，用于解析接收的无线信息，如果无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点未处于工作状态，触发信号调理模块进入工作状态，按照预先设置的无线信息发送时间周期读取信号调理模块存储的数字信号，生成包含被监测设备当前工作状态标识的无线信息，输出至无线通信模块；如果任一无线信息包含的被监测设备当前工作状态标识为传感器节点处于工作状态，触发设置休眠计数器，并设置无线通信模块以及信号调理模块进入休眠状态，在休眠计数器计数到后，向无线通信模块输出唤醒命令；

电源管理模块，用于为无线通信模块、微处理器以及信号调理模块提供工作电压；

信号调理模块，采集被监测设备的物理信号，并将采集的物理信号转换为微处理器可读取的数字信号。

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