CN102724734A - 用于无线传感器网络的移动接入终端及系统 - Google Patents

Abstract

本发明披露了用于无线传感器网络的移动接入终端及系统，其中该终端包括：控制模块根据无线传感网的工作频率向传感网第一频通讯模块和/或传感网第二频通讯模块发出接收数据命令；传感网第一频通讯模块根据控制模块的接收数据命令以2.4GHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据；传感网第二频通讯模块根据控制模块的接收数据命令以433MHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据。本发明可使终端能够监听到不同频率下的数据，并能够根据环境的变化自动选择最优方式接入网络，从而保证数据的完整性。

Description

用于无线传感器网络的移动接入终端及系统

技术领域

本发明涉及无线通信和信息传播技术，尤其涉及用于无线传感器网络(以下简称无线传感网)进行无线传感网数据接入的移动接入终端及系统。

背景技术

现有的移动接入终端提供了网络接入功能，主要实现最基本的数据转发功能，包括从无线传感网接收数据并转发至互联网的远程数据中心(例如远程服务器或远程监控平台等)，从而实现对无线传感网的数据监控。

现有的移动接入终端存在以下一些问题：

(1)监听数据的工作频率单一而通用性差

通常无线传感网工作频率主要由2.4GHz和433MHz两种。其中，2.4GHz具有发射距离远及覆盖范围大的特点；433MHz具有较强的绕射能力及穿透能力。

但是，现有的移动接入终端通常仅能接受其中一种频率的数据，因而通用性较差。如果在一个传感器网络中同时具有上述两种工作频率的节点时，需要根据节点的分布部署433MHz或者2.4GHz的转发中继设备，才能接受无线传感网中全部节点的数据。

(2)单一的互联网接入方式难以保证数据的完整性

现有的移动接入终端大多只有一种互联网接入方式，如以太网，GPRS等。在部署网络接入方式时，需要根据实际情况来选择相应的终端进行网络接入。这样，当环境发生变化时无法及时更新接入方式，由此会造成节点数据的丢失。

(3)单一的数据转发功能无法适应现代网络的发展

现有的移动接入终端只能将接收的数据直接进行转发，不能进行其它任何预处理。当无线传输网中的传感器节点很多时，会对远程服务器造成极大的压力，会严重降低数据的实时性；而且，在大多时间范围内，传感器节点的监测的数据不会发生明显的变化，速度较快的变化往往意味着会出现数据报警或者硬件异常。所以传统的移动接入终端不能进行预处理的数据转发方式往往会转发大量无用的冗余数据。

针对以上现有技术存在的问题，需要提供一种用于无线传感器网络的移动接入终端，能够同时监听无线传感网多种频率的数据，并具有多种接入方式，能够根据环境的变化自动选择最优网络接入方式，从而保证数据的完整性；同时提供数据过滤、报警等多项智能控制功能，从而可有效地降低冗余数据的上传及减少远端设备的压力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于无线传感器网络的移动接入终端及系统，能够同时监听无线传感网多种频率的数据。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于无线传感器网络的接入系统，包括无线传感器网络中的多个传感器节点和移动接入终端，其中：

多个传感器节点，用于通过安装在本节点的传感器实时监测本节点的被测参数，并根据无线传感网的一个或多个工作频率转换成相应的数据发射；

移动接入终端，用于以无线传感网的一个或多个工作频率监听及接收传感器节点发射的数据。

进一步地，该接入系统还包括远程数据设备，其中：

移动接入终端还根据环境的变化选择有线接入或无线接入中的任意一种接入网络转发接收的数据；

远程数据设备，用于以有线接入或无线接入中的任意一种接入网络接收移动接入终端转发的数据。

进一步地，移动接入终端包括控制模块以及分别与该控制模块连接的传感网第一频通讯模块和传感网第二频通讯模块，其中：

控制模块，用于根据无线传感网的工作频率向传感网第一频通讯模块和/或传感网第二频通讯模块发出接收数据命令；

传感网第一频通讯模块，用于根据控制模块的接收数据命令以2.4GHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据；

传感网第二频通讯模块，用于根据控制模块的接收数据命令以433MHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据。

进一步地，移动接入终端还包括分别与该控制模块连接的有线接入模块、第一无线接入模块以及第二无线接入模块，其中：

控制模块还根据环境的变化选择向有线接入模块、第一无线接入模块以及第二无线接入模块中的一个或多个发送数据转发命令；

有线接入模块，用于根据控制模块的数据转发命令择通过互联网网线转发传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据；

第一无线接入模块根据控制模块的所述数据转发命令通过无线局域网将传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据转发到互联网上；

第二无线接入模块根据控制模块的所述数据转发命令通过第三代移动通信网或第四代移动通信网将传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据转发到互联网上。

进一步地，

控制模块还对传感网第一频通讯模块、传感网第二频通讯模块进行省功耗功能配置，根据配置文件若决定开启该功能，则定时扫描无线传感网的频段信号，当扫描到相应频段有数据时，则设置相应的传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块为激活状态，否则设置为休眠状态；

传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块在被控制模块设置为激活状态时监听及接收相应频段的数据，在被控制模块设置为休眠状态时停止监听及接收数据。

进一步地，控制模块还对接收的数据进行数据过滤、流量控制以及接受上位机智能控制以及数据报警中的一种或多种功能配置；其中，

若根据配置文件决定开启数据过滤功能，则将通过过滤确认正常的数据控制转发到互联网；针对通过过滤确认不正常的数据，则通过传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块重新接收相应频段的数据，并将第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块返回的数据控制转发到互联网；

或者，若根据配置文件决定开启所述流量控制功能，则将对所有接收的数据包进行分析及处理，如果确认数据有效则控制转发到互联网，如果确认数据无效则直接丢弃；

或者，若根据配置文件决定开启所述接受上位机智能控制功能，则接受上位机的控制指令集，通过指令集控制第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块对相应的传感器节点进行控制；

或者，若根据配置文件决定开启数据报警功能，则检测本终端自身运行数据，当检测出运行数据异常时向所述上位机发出报警信号，提示上位机进行相应的操作。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于无线传感器网络的移动接入终端，包括控制模块以及分别与该控制模块连接的传感网第一频通讯模块和传感网第二频通讯模块，其中：

控制模块，用于根据无线传感网的工作频率向传感网第一频通讯模块和/或传感网第二频通讯模块发出接收数据命令；

传感网第一频通讯模块，用于根据控制模块的接收数据命令以2.4GHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据；

传感网第二频通讯模块，用于根据控制模块的接收数据命令以433MHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据。

按进一步地，该移动接入终端还包括分别与所述控制模块连接的有线接入模块、第一无线接入模块以及第二无线接入模块，其中：

控制模块还根据环境的变化选择向有线接入模块、第一无线接入模块以及第二无线接入模块中的一个或多个发送数据转发命令；

有线接入模块，用于根据控制模块的数据转发命令择通过互联网网线转发传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据；

第一无线接入模块根据控制模块的数据转发命令通过无线局域网将传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据转发到互联网上；

第二无线接入模块根据控制模块的数据转发命令通过第三代移动通信网或第四代移动通信网将传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据转发到互联网上。

进一步地，

控制模块还对传感网第一频通讯模块、传感网第二频通讯模块进行省功耗功能配置，根据配置文件若决定开启该功能，则定时扫描无线传感网的频段信号，当扫描到相应频段有数据时，则设置相应的传感网第一频通讯模块或感网第二频通讯模块为激活状态，否则设置为休眠状态；

传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块在被控制模块设置为激活状态时监听及接收相应频段的数据，在被控制模块设置为休眠状态时停止监听及接收数据。

进一步地，控制模块还对接收的数据进行数据过滤、流量控制以及接受上位机智能控制以及数据报警中的一种或多种功能配置；其中，

若根据配置文件决定开启数据过滤功能，则将通过过滤确认正常的数据控制转发到互联网；针对通过过滤确认不正常的数据，则通过传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块重新接收相应频段的数据，并将第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块返回的数据控制转发到互联网；

或者，若根据配置文件决定开启流量控制功能，则将对所有接收的数据包进行分析及处理，如果确认数据有效则控制转发到互联网，如果确认数据无效则直接丢弃；

或者，若根据配置文件决定开启接受上位机智能控制功能，则接受上位机的控制指令集，通过指令集控制第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块对相应的传感器节点进行控制；

或者，若根据配置文件决定开启数据报警功能，则检测本终端自身运行数据，当检测出运行数据异常时向上位机发出报警信号，提示上位机进行相应的操作。

本发明根据无线传感网的工作频率在移动接入终端中设计相应的通信模块，使得该终端能够监听到无线传感网不同频率下的数据。通过为终端提供的多种接入方式，使得终端能够根据环境的变化自动选择最优方式接入网络，从而保证数据的完整性，同时能够大大降低软件维护成本。通过为终端额外提供包括数据过滤、数据报警以及智能控制等多项功能，使得终端可有效地降低冗余数据的上传，减少远端服务器的压力，从而为终端提供进一步的智能算法提供了可能性。

附图说明

图1为本发明的用于无线传感器网络的接入系统实施例的结构框图；

图2为本发明的用于无线传感器网络的移动接入终端实施例的结构框图；

图3为图2所示的移动接入终端实施例的电路连线图。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。应该理解，以下例举的实施例仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。

如图1所示，表示了本发明的用于无线传感器网络的接入系统实施例的结构，包括无线传感器网络中的多个传感器节点(1～n)、移动接入终端以及远程数据设备，其中：

多个传感器节点(1～n)，用于通过安装在本节点的传感器实时监测本节点的被测参数，并根据无线传感网的一个或多个工作频率转换成相应的数据发射；

移动接入终端，用于以无线传感网的一个或多个工作频率监听及接收传感器节点发射的数据。

上述系统实施例还包括，远程数据设备，其中：

移动接入终端还根据环境的变化选择有线接入或无线接入中的任意一种接入网络转发接收的数据；

远程数据设备，用于以有线接入或无线接入中的任意一种接入网络接收移动接入终端转发的数据。

在上述系统实施例中，当无线传感网中的传感器节点数量大到超过移动接入终端的覆盖能力时，上述系统实施例还包括一个或多个中继设备，其中：

每一中继设备接入在移动接入终端和该终端所能覆盖的多个传感器节点之间，用于以无线传感网的一个或多个工作频率监听及接收传感器节点发射的数据，并转发给移动接入终端。

在上述系统实施例中，本发明的用于无线传感器网络的移动接入终端实施例的结构表示在图2中，包括：控制模块以及分别与该控制模块连接的传感网第一频通讯模块、传感网第二频通讯模块、有线接入模块、第一无线接入模块以及第二无线接入模块，其中：

控制模块，用于根据无线传感网的工作频率向传感网第一频通讯模块和/或传感网第二频通讯模块发出接收数据命令，并根据环境的变化选择向有线接入模块、第一无线接入模块以及第二无线接入模块中的一个或多个发送数据转发命令；

传感网第一频通讯模块，用于根据控制模块的接收数据命令以2.4GHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据；

传感网第二频通讯模块，用于根据控制模块的接收数据命令以433MHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据；

有线接入模块，用于根据控制模块的数据转发命令通过互联网网线(例如局域网LAN网线)转发传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据；

第一无线接入模块，用于根据控制模块的数据转发命令通过无线局域网(WLAN)将传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据转发到互联网上；

第二无线接入模块，用于根据控制模块的数据转发命令通过第三代移动通信网(3G)或第四代移动通信网(4G)将传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据转发到互联网上。

在上述系统实施例中，

控制模块还对传感网第一频通讯模块、传感网第二频通讯模块进行省功耗功能配置，根据配置文件若决定开启该功能，则定时扫描无线传感网的频段信号，当扫描到相应频段有数据时，则设置相应的传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块为激活状态(alive)，否则设置为休眠状态(down)；

传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块在被控制模块设置为激活状态时监听及接收相应频段的数据，在被控制模块设置为休眠状态时停止监听及接收数据。

在上述系统实施例中，

控制模块还对接收的数据进行数据过滤功能配置，根据配置文件若决定开启该功能，则将通过过滤确认正常的数据控制转发到互联网；针对通过过滤确认不正常的数据，向传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块发出重新接收数据的指示，将第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块返回的数据控制转发到互联网；

传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块发根据控制模块的指示重新接收相应频段的数据，并返回给控制模块。

在上述系统实施例中，

控制模块还对接收的数据进行流量控制功能配置，根据配置文件若决定开启该功能，则将对所有接收的数据包进行分析及处理，如果确认数据有效则控制转发到互联网，如果确认数据无效则直接丢弃。

在上述系统实施例中，

控制模块还进行接受上位机(譬如远程客户端)智能控制功能配置，根据配置文件若决定开启该功能，则接受上位机的控制指令集，通过该指令集控制第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块对相应的传感器节点进行控制。

传统做法是，上位机通过网关直接向传感器节点发送控制命令。此种做法虽然简单直接，但是效率很低，实时性也比较差。本发明通过上述智能控制功能的配置，可减少上位机与传感器节点及移动接入终端之间频繁的下行命令数据的交互，相对传统做法，使得效率和实时性均有所提高。

在上述系统实施例中，

控制模块还对本终端进行数据报警功能配置，根据配置文件若决定开启该功能，则检测本终端自身运行数据(如运行的环境温度、内存使用率等数据)，当检测出运行数据异常时向上位机发出报警信号，提示上位机进行相应的操作，以避免本终端出现死机状况，并在出现该状况时及时被重启。

在上述系统实施例中，

控制模块是基于微处理器或基于微控制器的控制模块，例如为基于ARM的处理器模块；

远程数据设备为远程服务器或远程监控平台。

图2所示的用于无线传感器网络的移动接入终端实施例的具体电路连线表示在图3中，其中：

控制模块通过串口线连接传感网第一频通讯模块，通过串行外设接口(SPI，Serial Peripheral Interface)线连接传感网第二频通讯模块，通过系统总线连接有线接入模块，通过两个USB主线分别连接第一无线接入模块和第一无线接入模块。

该控制模块具体是采用基于ARM的处理器(AT91SAM9261)的模块，串口线包括向传感网第一频通讯模块发出控制命令的UART_TX线和从传感网第一频通讯模块接收数据的UART_RX线；SPI线包括向传感网第二频通讯模块发出控制命令的SPI_MOSI线、从传感网第二频通讯模块接收数据的SPI_MISO线、输入时钟信号的时钟线SPI_CLK以及模块选择线SPI_CS；系统总线包括数据线、地址线、读/写使能线以及片选线；USB主线包括USB正、负端线USB_D+、USB_D-。

对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，能够在不背离本发明的原理和范围的情况下，根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于无线传感器网络的接入系统，包括无线传感器网络中的多个传感器节点和移动接入终端，其中：

多个传感器节点，用于通过安装在本节点的传感器实时监测本节点的被测参数，并根据无线传感网的一个或多个工作频率转换成相应的数据发射；

移动接入终端，用于以无线传感网的一个或多个工作频率监听及接收传感器节点发射的数据。

2.按照权利要求1所述的接入系统，其特征在于，还包括远程数据设备，其中：

所述移动接入终端还根据环境的变化选择有线接入或无线接入中的任意一种接入网络转发接收的数据；

远程数据设备，用于以有线接入或无线接入中的任意一种接入网络接收移动接入终端转发的数据。

3.按照权利要求1或2所述的接入系统，其特征在于，所述移动接入终端包括控制模块以及分别与该控制模块连接的传感网第一频通讯模块和传感网第二频通讯模块，其中：

控制模块，用于根据无线传感网的工作频率向传感网第一频通讯模块和/或传感网第二频通讯模块发出接收数据命令；

传感网第一频通讯模块，用于根据控制模块的接收数据命令以2.4GHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据；

传感网第二频通讯模块，用于根据控制模块的接收数据命令以433MHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据。

4.按照权利要求2所述的接入系统，其特征在于，所述移动接入终端还包括分别与该控制模块连接的有线接入模块、第一无线接入模块以及第二无线接入模块，其中：

所述控制模块还根据环境的变化选择向有线接入模块、第一无线接入模块以及第二无线接入模块中的一个或多个发送数据转发命令；

有线接入模块，用于根据控制模块的所述数据转发命令择通过互联网网线转发传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据；

第一无线接入模块根据控制模块的所述数据转发命令通过无线局域网将传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据转发到互联网上；

第二无线接入模块根据控制模块的所述数据转发命令通过第三代移动通信网或第四代移动通信网将传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据转发到互联网上。

5.按照权利要求4所述的接入系统，其特征在于，

所述控制模块还对所述传感网第一频通讯模块、所述传感网第二频通讯模块进行省功耗功能配置，根据配置文件若决定开启该功能，则定时扫描无线传感网的频段信号，当扫描到相应频段有数据时，则设置相应的所述传感网第一频通讯模块或所述传感网第二频通讯模块为激活状态，否则设置为休眠状态；

所述传感网第一频通讯模块或所述传感网第二频通讯模块在被所述控制模块设置为激活状态时监听及接收相应频段的数据，在被所述控制模块设置为休眠状态时停止监听及接收数据。

6.按照权利要求4所述的接入系统，其特征在于，所述控制模块还对接收的数据进行数据过滤、流量控制以及接受上位机智能控制以及数据报警中的一种或多种功能配置；其中，

若根据配置文件决定开启所述数据过滤功能，则将通过所述过滤确认正常的数据控制转发到互联网；针对通过所述过滤确认不正常的数据，则通过传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块重新接收相应频段的数据，并将第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块返回的数据控制转发到互联网；

或者，若根据配置文件决定开启所述流量控制功能，则将对所有接收的数据包进行分析及处理，如果确认数据有效则控制转发到互联网，如果确认数据无效则直接丢弃；

或者，若根据配置文件决定开启所述接受上位机智能控制功能，则接受所述上位机的控制指令集，通过所述指令集控制第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块对相应的传感器节点进行控制；

或者，若根据配置文件决定开启所述数据报警功能，则检测本终端自身运行数据，当检测出所述运行数据异常时向所述上位机发出报警信号，提示上位机进行相应的操作。

7.一种用于无线传感器网络的移动接入终端，其特征在于，包括控制模块以及分别与该控制模块连接的传感网第一频通讯模块和传感网第二频通讯模块，其中：

控制模块，用于根据无线传感网的工作频率向传感网第一频通讯模块和/或传感网第二频通讯模块发出接收数据命令；

传感网第一频通讯模块，用于根据控制模块的接收数据命令以2.4GHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据；

传感网第二频通讯模块，用于根据控制模块的接收数据命令以433MHz频段监听及接收来自无线传感网的无线传感器节点发射的数据。

8.按照权利要求7所述的移动接入终端，其特征在于，还包括分别与所述控制模块连接的有线接入模块、第一无线接入模块以及第二无线接入模块，其中：

所述控制模块还根据环境的变化选择向有线接入模块、第一无线接入模块以及第二无线接入模块中的一个或多个发送数据转发命令；

有线接入模块，用于根据控制模块的所述数据转发命令择通过互联网网线转发传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据；

第一无线接入模块根据控制模块的所述数据转发命令通过无线局域网将传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据转发到互联网上；

第二无线接入模块根据控制模块的所述数据转发命令通过第三代移动通信网或第四代移动通信网将传感网第一频通讯模块或传感网第一频通讯模块接收的数据转发到互联网上。

9.按照权利要求7或8所述的移动接入终端，其特征在于，

所述控制模块还对所述传感网第一频通讯模块、所述传感网第二频通讯模块进行省功耗功能配置，根据配置文件若决定开启该功能，则定时扫描无线传感网的频段信号，当扫描到相应频段有数据时，则设置相应的所述传感网第一频通讯模块或所述传感网第二频通讯模块为激活状态，否则设置为休眠状态；

所述传感网第一频通讯模块或所述传感网第二频通讯模块在被所述控制模块设置为激活状态时监听及接收相应频段的数据，在被所述控制模块设置为休眠状态时停止监听及接收数据。

10.按照权利要求7或8所述的移动接入终端，其特征在于，所述控制模块还对接收的数据进行数据过滤、流量控制以及接受上位机智能控制以及数据报警中的一种或多种功能配置；其中，

若根据配置文件决定开启所述数据过滤功能，则将通过所述过滤确认正常的数据控制转发到互联网；针对通过所述过滤确认不正常的数据，则通过传感网第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块重新接收相应频段的数据，并将第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块返回的数据控制转发到互联网；

或者，若根据配置文件决定开启所述流量控制功能，则将对所有接收的数据包进行分析及处理，如果确认数据有效则控制转发到互联网，如果确认数据无效则直接丢弃；

或者，若根据配置文件决定开启所述接受上位机智能控制功能，则接受所述上位机的控制指令集，通过所述指令集控制第一频通讯模块或传感网第二频通讯模块对相应的传感器节点进行控制；

或者，若根据配置文件决定开启所述数据报警功能，则检测本终端自身运行数据，当检测出所述运行数据异常时向所述上位机发出报警信号，提示上位机进行相应的操作。

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