CN103457990A - 基于动态时隙分配的无线数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于动态时隙分配的无线数据采集方法属于数据采集、无线通信应用领域，涉及一种基于动态时隙分配的无线数据采集方法。无线数据采集方法中，在无线汇聚节点周围均匀分布有多个无线采集节点；无线汇聚节点根据各无线采集节点的采集数据量，动态控制各无线采集节点的传输时隙、时隙长度；为各无线采集节点分配的时隙长度正比于该节点采集的数据量；多个无线采集节点通过协作实现分布式数据采集，并将数据发送至无线汇聚节点；无线汇聚节点将数据发送至PC机，PC机上运行的数据处理软件对采集数据进行分析处理后显示结果。该方法便于布置安装，有效地提高了分布式数据采集系统的数据传输效率，在工业监测、军事等领域具有较广泛的应用前景。

Description

基于动态时隙分配的无线数据采集方法

技术领域

本发明属于数据采集、无线通信应用领域，涉及一种基于动态时隙分配的无线数据采集方法。

背景技术

数据采集系统在工业、军事、农业等领域有着广泛的应用前景。工业中经常需要对各种设备的参数进行在线测量，如：石油钻井平台需要实时监测平台多点的压力、转速等参数信息；煤炭掘进面需要实时监测掘进面多点的压力、气体浓度、位移等参数信息；大型桥梁需要实时监测其桥面振动、摆动、压力等参数信息；超高层建筑需要实时监测其楼梯振动、摆动等参数信息；医院需要实时监测病人的血压、呼吸、脉搏等参数信息等等。数据采集系统已经在人们的日常生活中得到了广泛的应用。在应用中均需要并行测量多点的多种参数信息，因此，涉及到多个参量的并行采集问题。典型的采集系统有：作者：解子亮,论文名：分布式无线数据采集的实现,期刊：中国科学技术大学硕士学位论文,年份：2011。该分布式无线数据采集系统可以很好地解决现场布线的问题，利用无线采集节点进行分布式数据采集；但是，该系统采用中心点查询各采集点的方式传输数据，数据传输效率较低，同时，没有充分考虑各采集节点数据量的差异，信道利用率有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，发明一种基于动态时隙时分多址的分布式高速无线数据采集方法。无线采集节点的传输时隙长度可以根据采集数据量调节，各节点基于时分多址方式进行数据无线传输，实现数据的高速汇聚。

本发明采用的技术方案是一种基于动态时隙分配的无线数据采集方法，其特征在于：无线数据采集方法中，在无线汇聚节点周围均匀分布N个无线采集节点；无线汇聚节点根据各无线采集节点的采集数据量，动态控制各无线采集节点的传输时隙、时隙长度；为各无线采集节点分配的时隙长度正比于该节点采集的数据量；N个无线采集节点通过协作实现分布式数据采集，并将数据发送至无线汇聚节点；无线汇聚节点将数据发送至PC机，PC机上运行的数据处理软件对采集数据进行分析处理后显示结果；无线数据采集的具体方法如下：

1）首先，无线汇聚节点定义了3种用于控制各无线采集节点的无线控制命令：无线控制命令A：采集数据量查询命令，用于查询各无线采集节点采集的数据量；无线控制命令A格式为：0xaa，0x55，0x01，节点号1个字节；其中，0xaa，0x55为包头；0x01为命令号；节点号,为查询的无线采集节点号，0x01代表第一无线采集节点N1，0x02代表第二无线采集节点N2，依此类推，0x0N代表第N无线采集节点NN；各节点接收到该命令后将其采集数据量发送给无线汇聚节点；

无线控制命令B：采集参数设置命令，用于设置各无线采集节点的无线传输时隙参数，各节点接收到该命令后获得各自的传输时隙长度与时隙位置；无线控制命令B格式为：0xaa，0x55，0x02，第一无线采集节点N1-第N无线采集节点NN时隙长度；其中，0xaa，0x55为包头；0x02为命令号；各无线采集节点的时隙长度由其采集的数据量决定；

无线控制命令C：采集命令，用于启动数据无线传输，各节点以该命令为同步信号，启动时分多址无线传输，在特定的时隙，无线发送特定时隙长度的数据；命令各无线采集节点开始数据采集，无线控制命令C格式为：0xaa，0x55，0x03。其中，0xaa，0x55为包头；0x03为命令号。

各无线采集节点将采集指令作为同步信号，在分配给自己的时隙内将采集的数据发送给无线汇聚节点2；在非数据传输时间段内，各无线采集节点进行数据的采集；

2）采用多个无线采集节点与无线汇聚节点通过无线信道通信，无线采集节点的无线通信工作频率、功率能调节，电池及外电源供电，宽带全向天线，通信距离大于100m，含有多路电流、电压模拟量采集接口，数字IO量采集接口；

3）无线汇聚节点动态查询各无线采集节点的待传输数据量，无线汇聚节点的无线通信工作频率能调节，电池及外电源供电，宽带全向天线，具有与PC机进行数据传输的USB接口或者通用串行接口，通信距离大于100m，根据各节点的数据量为其分配合适的时隙长度；

4）无线汇聚节点根据各无线采集节点的待传输数据量为其分配相应长度的传输时隙；

5）各无线采集节点将无线汇聚节点发送的采集指令作为同步信号，按照无线汇聚节点为其分配的时隙位置及时隙长度发送采集的数据；

6）无线汇聚节点将采集的信息发送给通用PC机，通用PC机通过数据处理与显示软件处理后，显示、存储测量的数据结果；通用PC机的主频1GHz以上，内存256M以上，具有与无线汇聚节点进行数据传输的USB接口或者通用串行接口。

无线数据采集方法采用的系统由均匀分布的N个无线采集节点N1，N2，......NN、无线汇聚节点2、通用PC机3、数据处理与显示软件构成。N个无线采集节点均匀分布在无线汇聚节点2周围，N个无线采集节点、无线汇聚节点与通用PC机之间进行无线通信。

本发明的有益效果在于：1）可以根据各无线采集节点的数据量动态为其分配合适长度的时隙。2）提高了采集数据的汇聚速度。3）实现多种采集任务的无线采集节点组网传输。4）数据的优化传输，提高信道利用效率。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图，图中：N1-第一个无线采集节点、N2-第二个、N3-第三个无线采集节点、N4-第一个无线采集节点、N5-第五个无线采集节点、N6-第六个无线采集节点、N7-第七个无线采集节点、N8-第八个无线采集节点；2-无线汇聚节点；3-通用PC机。

图2为本发明的时隙分配方法。图中：无线汇聚节点根据各无线采集节点采集的数据量为其分配合适长度的时隙：节点1时隙，节点2时隙....节点N时隙。

具体实施方式

下面结合具体技术方案和附图详细阐述本发明，但本发明并不局限于具体实施例。基于动态时隙分配的无线数据采集方法属于分布式无线数据采集方法，与传统分布式无线数据采集方法相比，它的特征是无线采集节点的传输时隙长度可以根据采集数据量动态调节，各节点基于动态时隙时分多址方式进行数据无线传输，实现数据的汇聚。

实施例：如附图1所示，通用PC机3用于运行数据处理与显示软件。系统中共有8个无线采集节点，即有第一至第八个无线采集节点N1、N2、.....N8。无线汇聚节点2均基于德州仪器公司的CC2530芯片设计，工作在2.45GHz频段。附图2为本发明的时隙分配方法，图中：无线汇聚节点根据各无线采集节点采集的数据量为其分配合适长度的时隙：节点1时隙，节点2时隙....节点N时隙。

实施例中，无线数据采集方法采用的系统由8个无线采集节点第一，第二，...第八个N1，N2，......N8以及1个无线汇聚节点2，通用PC机3和数据处理与显示软件构成。N个无线采集节点均匀分布在无线汇聚节点2周围，N个无线采集节点、无线汇聚节点与通用PC机之间进行无线通信。本实施例中，8个无线采集节点均匀分布在无线汇聚节点附近100m以内。其中，第一、第二、第三、第四无线采集节点N1、N2、N3、N4具有4路模数转换器，分辨率256位，可实现对0-3V电压信号的模拟量到数字量的转换；第五、第六、第七、第八无线采集节点N5、N6、N7、N4、N8具有8路模数转换器，分辨率256位，可实现对0-20mA电流信号的模拟量到数字量的转换。无线汇聚节点2首先发送无线控制命令1，对各无线采集节点的数据量进行查询。

无线控制命令1格式为：0xaa，0x55，0x01，节点号（1字节）。

其中，0xaa，0x55为包头；0x01为命令号；节点号（1字节）为查询的无线采集节点号，0x01代表第一无线采集节点N1，0x02代表第二无线采集节点、N2，依此类推，0x08代表第八无线采集节点N8。各无线采集节点收到无线控制命令1之后，返回各自的数据量。其中，第一、第二、第三、第四无线采集节点N1、N2、N3、N4数据量为4字节，第五、第六、第七、第八无线采集节点N5、N6、N7、N4、N8数据量为8字节。无线汇聚节点（2）收到各个无线采集节点回传的数据量之后，发送无线控制命令2，对各无线采集节点的采集参数进行设置。

无线控制命令2格式为：0xaa，0x55，0x02，节点N1时隙长度（1字节），节点N2时隙长度（1字节），节点N3时隙长度（1字节），节点N4时隙长度（1字节），节点N5时隙长度（1字节），节点N6时隙长度（1字节），节点N7时隙长度（1字节），节点N8时隙长度（1字节）。

其中，0xaa，0x55为包头；0x02为命令号；各无线采集节点的时隙长度由其采集的数据量决定。根据采集的数据量，无线汇聚节点（2）为N1至N4号无线采集节点分配时隙长度为T，为N5至N8号无线采集节点分配时隙长度为2T。分配完时隙后，无线汇聚节点（2）发送无线控制命令3，命令各无线采集节点开始数据采集。

无线控制命令3格式为：0xaa，0x55，0x03。其中，0xaa，0x55为包头；0x03为命令号。各无线采集节点将采集指令作为同步信号，在分配给自己的时隙内将采集的数据发送给无线汇聚节点（2）。在非数据传输时间段内，各无线采集节点进行数据的采集。无线汇聚节点（2）收到数据后，通过USB端口将数据发送至PC机（3），PC机上运行的数据处理与显示软件将测量的结果存储并显示。

实验表明，8个无线采集节点的平均无线传输数据速率可以达到160Kbps。

基于动态时隙分配的无线数据采集方法在很大程度上提高了数据传输的效率，实现了基于无线采集节点的高效率的分布式数据采集；同时，无线采集节点便于布置安装，可以快速构建出分布式数据采集系统。上述特点决定了基于动态时隙分配的无线数据采集方法有效地提高了分布式数据采集系统的数据传输效率，在工业监测、军事等领域具有较广泛的应用前景。

Claims (2)

1.一种基于动态时隙分配的无线数据采集方法，其特征在于：无线数据采集方法中，在无线汇聚节点周围均匀分布有多个无线采集节点；无线汇聚节点根据各无线采集节点的采集数据量，动态控制各无线采集节点的传输时隙、时隙长度；为各无线采集节点分配的时隙长度正比于该节点采集的数据量；多个无线采集节点通过协作实现分布式数据采集，并将数据发送至无线汇聚节点；无线汇聚节点将数据发送至PC机，PC机上运行的数据处理软件对采集数据进行分析处理后显示结果；无线数据采集的具体方法如下：

1）首先，无线汇聚节点定义了3种用于控制各无线采集节点的无线控制命令：

无线控制命令A：采集数据量查询命令，用于查询各无线采集节点采集的数据量；无线控制命令A格式为：0xaa，0x55，0x01，节点号1个字节；其中，0xaa，0x55为包头；0x01为命令号；节点号（1字节）为查询的无线采集节点号，0x01代表第一无线采集节点N1，0x02代表第二无线采集节点N2，依此类推，0x08代表第八无线采集节点N8；各节点接收到该命令后将其采集数据量发送给无线汇聚节点；

无线控制命令B：采集参数设置命令，用于设置各无线采集节点的无线传输时隙参数，各节点接收到该命令后获得各自的传输时隙长度与时隙位置；无线控制命令B格式为：0xaa，0x55，0x02，第一无线采集节点N1-第八无线采集节点N8时隙长度；其中，0xaa，0x55为包头；0x02为命令号；各无线采集节点的时隙长度由其采集的数据量决定；

无线控制命令C：采集命令，用于启动数据无线传输，各节点以该命令为同步信号，启动时分多址无线传输，在特定的时隙，无线发送特定时隙长度的数据；命令各无线采集节点开始数据采集，无线控制命令C格式为：0xaa，0x55，0x03。其中，0xaa，0x55为包头；0x03为命令号。

各无线采集节点将采集指令作为同步信号，在分配给自己的时隙内将采集的数据发送给无线汇聚节点（2）；在非数据传输时间段内，各无线采集节点进行数据的采集；

2）采用多个无线采集节点与无线汇聚节点通过无线信道通信，无线采集节点的无线通信工作频率、功率能调节，电池及外电源供电，宽带全向天线，通信距离大于100m，含有多路电流、电压模拟量采集接口，数字IO量采集接口；

3）无线汇聚节点动态查询各无线采集节点的待传输数据量，无线汇聚节点的无线通信工作频率能调节，电池及外电源供电，宽带全向天线，具有与PC机进行数据传输的USB接口或者通用串行接口，通信距离大于100m，根据各节点的数据量为其分配合适的时隙长度；

4）无线汇聚节点根据各无线采集节点的待传输数据量为其分配相应长度的传输时隙；

5）各无线采集节点将无线汇聚节点发送的采集指令作为同步信号，按照无线汇聚节点为其分配的时隙位置及时隙长度发送采集的数据；

6）无线汇聚节点将采集的信息发送给通用PC机，通用PC机进行数据处理与显示软件处理后，显示、存储测量的数据结果；通用PC机的主频1GHz以上，内存256M以上，具有与无线汇聚节点进行数据传输的USB接口或者通用串行接口。

2.如权利要求1所述的基于动态时隙分配的无线数据采集方法，其特征在于：无线数据采集方法采用的系统由均匀分布的N个无线采集节点（N1，N2，……NN）、无线汇聚节点（2）、通用PC机（3）、数据处理与显示软件构成；N个无线采集节点均匀分布在无线汇聚节点（2）周围，N个无线采集节点、无线汇聚节点与通用PC机之间进行无线通信。

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