CN104113892A - 一种传感器网络中传感器节点的管理方法、系统及网关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器网络中传感器节点的管理方法、系统及网关，该系统包括：收集模块用于收集传感器网络内所有处于激活态的传感器节点上报的电量信息和采集信息；上报模块用于将所述传感器节点的采集信息上报给节点管理模块，并在至少一个传感器节点的电量信息满足上报条件时，将满足上报条件的传感器节点的电量信息上报给节点管理模块；节点管理模块用于根据所述上报模块上报的传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。本发明基于判断节点电量以及采集信息，实现了灵活地控制传感器节点的工作状态，合理利用传感器节点资源，控制传感器节点数量，做到“不缺乏，不浪费”，提高节点采集效率。

Description

一种传感器网络中传感器节点的管理方法、系统及网关

技术领域

本发明涉及无线传感器网络通信领域，具体涉及一种传感器网络中传感器节点的管理方法、系统及网关。

背景技术

近年来随着无线通信、集成电路、传感器以及微机电系统(MEMS)等技术的飞速发展，使得低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器的大量生产成为可能，这些微型无线传感器具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能，无线传感器网络(以下简称传感器网络)就是由许多这些传感器节点协同组织起来的。传感器网络的节点可以随机或者特定地布置在目标环境中，它们之间通过特定的协议自组织起来，能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。

在传感器网络中，每个节点的功能都是相同的，大量传感器节点被布置在整个被观测区域中，各个节点采集信息，通过事先搭建好的传感器网络传输采集到的信息至汇聚节点(或网关)，由网关进行初步的处理如数据压缩整合或协议转换后，上传至后台服务器，供应用后台所用。

传感器网络内传感器节点采集效率的重要性不言而喻，在复杂多变的采集区域内，单位时间内(可设定，如几小时)满足采集需要的节点个数随环境因素变化着，一种情况，为了保证采集数据的完整及准确，在某个区域内放置大数量的传感器节点，或以超过需求的数量采集到物理信息，造成了传感器节点的浪费。还有一种情况是，为了节省成本，在区域内布置有限的传感器节点，平时可基本满足采集需求，在物理环境发生变化，采集数据增多的情况下，传感器节点进入“忙时”，导致无源(电池供电)的传感器节点工作负荷增大，电量消耗加速，容易在一个采集周期结束前电量耗尽自动关闭，不能满足采集需求或直接导致采集信息出错。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种传感器网络中传感器节点的管理方法、系统及网关，灵活地控制传感器节点的工作状态，合理利用传感器节点资源，提高节点采集效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种传感器网络中传感器节点的管理方法，包括：

网关收集传感器网络内所有处于激活态的传感器节点上报的电量信息和采集信息，将所述传感器节点的采集信息上报给后台服务器，并在至少一个传感器节点的电量信息满足上报条件时，将满足上报条件的传感器节点的电量信息上报给后台服务器；

所述后台服务器根据所述网关上报的传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息控制所述网关对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。

进一步地，所述传感器节点的电量信息满足所述上报条件的情况包括以下任一种：

所述网关收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；

所述网关连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值；

所述将所述传感器节点的电量信息上报给后台服务器，包括：

如果所述网关持续收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；或者，所述网关连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值，则所述网关在将收集到的该传感器节点的电量信息上报给所述后台服务器的同时，在上报的数据包中增加标记字段，以标识满足的上报条件。

进一步地，所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息控制所述网关对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息向所述网关发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令；

所述网关根据所述后台服务器的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活。

进一步地，所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息向所述网关发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述后台服务器根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出所述传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值，则向所述网关发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；

所述网关根据所述后台服务器的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述网关关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所关闭的传感器节点最近的一相邻节点。

进一步地，所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息和采集信息向所述网关发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述后台服务器根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出连续若干次收集到某一传感器节点的电量差值均超过预设的电量差值阈值时，判断与所述电量上报同一时间段上报的采集信息是否明显增加，如果没有明显增加，则向所述网关发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；如果明显增加，则向所述网关发出激活所述传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点的群节点激活指令；

所述网关根据所述后台服务器的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

若所述网关接收到关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所述关闭的传感器节点最近的一相邻节点；

若所述网关接收到群节点激活指令，则下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点。

进一步地，在所述网关下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点的步骤之后，还包括：

当所述后台服务器收到的传感器网络内所有的传感器节点的采集信息均趋于正常时，则下发关闭指令给网关；

所述网关收到所述关闭指令后，根据传感器网络内所述传感器节点周期性上报的电量信息，选择关闭一部分电量低于预设阈值的传感器节点，并将更新后的传感器网络的节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种传感器网络中传感器节点的管理方法，包括：

网关收集传感器网络内所有处于激活态的传感器节点上报的电量信息和采集信息，根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。

进一步地，所述根据所述传感器节点的电量信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活，包括：

当所述网关收集到所述传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所关闭的传感器节点最近的一相邻节点。

进一步地，所述根据所述传感器节点的电量信息和采集信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活，包括：

当所述网关连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值时，判断与收集所述电量同一时间段收集的采集信息是否明显增加，如果没有明显增加，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所述关闭的传感器节点最近的一相邻节点；

如果明显增加，则下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点。

进一步地，在所述网关下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点的步骤之后，还包括：

当所述网关收集到的传感器网络内所有的传感器节点的采集信息均趋于正常时，则根据传感器网络内所述传感器节点周期性上报的电量信息，选择关闭一部分电量低于预设阈值的传感器节点，并将更新后的传感器网络的节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种传感器网络中传感器节点的管理系统，包括：

收集模块，用于收集传感器网络内所有处于激活态的传感器节点上报的电量信息和采集信息；

上报模块，用于将所述传感器节点的采集信息上报给节点管理模块，并在至少一个传感器节点的电量信息满足上报条件时，将满足上报条件的传感器节点的电量信息上报给节点管理模块；

节点管理模块，用于根据所述上报模块上报的传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。

进一步地，传感器节点的电量信息满足所述上报条件的情况包括以下任一种：

所述收集模块收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；

所述收集模块连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值；

所述上报模块，用于将所述传感器节点的电量信息上报给节点管理模块，包括：

如果所述收集模块持续收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；或者，所述收集模块连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值，则所述上报模块在将收集到的该传感器节点的电量信息上报给所述节点管理模块的同时，在上报的数据包中增加标记字段，以标识满足的上报条件。

进一步地，所述节点管理模块包括控制模块和执行模块，其中：

所述控制模块，用于根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息向所述执行模块发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令；

所述执行模块，用于根据所述控制模块的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活。

进一步地，所述控制模块，用于根据所述传感器节点的电量信息向所述执行模块发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述控制模块根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出所述传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值，则向所述执行模块发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；

所述执行模块，用于根据所述控制模块的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述执行模块关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所关闭的传感器节点最近的一相邻节点。

进一步地，所述控制模块，用于根据所述传感器节点的电量信息和采集信息向所述执行模块发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述控制模块根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出连续若干次收集到某一传感器节点的电量差值均超过预设的电量差值阈值时，判断与所述电量上报同一时间段上报的采集信息是否明显增加，如果没有明显增加，则向所述执行模块发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；如果明显增加，则向所述执行模块发出激活所述传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点的群节点激活指令；

所述执行模块，用于根据所述控制模块的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述执行模块若接收到关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所述关闭的传感器节点最近的一相邻节点；

若接收到群节点激活指令，则下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种网关，包括：如上所述的传感器网络中传感器节点的管理系统，其中：

所述执行模块，还用于接收到被激活的传感器节点的确认激活信息，更新所述传感器网络的节点路由拓扑结构，将更新后的传感器网络节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

与现有技术相比，本发明提供的传感器网络中传感器节点的管理方法、系统及网关，基于判断节点电量以及采集信息，实现了灵活地控制传感器节点的工作状态，合理利用传感器节点资源，控制传感器节点数量，做到“不缺乏，不浪费”，提高节点采集效率。

附图说明

图1是实施例中一种传感器网络中传感器节点的管理方法流程图；

图2是实施例中另一种传感器网络中传感器节点的管理方法流程图；

图3是实施例中传感器网络中传感器节点的管理系统的结构图；

图4是实施例中无线传感器网络的结构图；

图5是一个应用示例中传感器网络中传感器节点的管理方法流程图；

图6是另一个应用示例中传感器网络中传感器节点的管理方法流程图。

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明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例：

如图1所示，本实施例提供了一种传感器网络中传感器节点的管理方法，包括以下步骤：

S101：网关收集所有处于激活态的传感器节点上报的电量信息和采集信息；

S102：网关将所述传感器节点的采集信息上报给后台服务器，并在至少一个传感器节点的电量信息满足上报条件时，将满足上报条件的所述传感器节点的电量信息上报给后台服务器；

其中，传感器节点的电量信息满足上报条件的情况包括以下任一种：

所述网关收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值(例如，节点电量低至20％)；或者，

所述网关连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值(例如，近三次电量搜集(间隔20分钟)收集到某一传感器节点的电量信息差距较大，譬如每两次搜集到电量相差20％以上)；

此外，作为一种优选的方式，所述网关还可以在持续收集到该传感器节点的电量信息超过预设时间长度(可设定，如10分钟)时，将所述传感器节点的电量信息上报给后台服务器，以便于管理工作人员通过后台服务器对整体传感器节点的电量进行监控。

所述将所述传感器节点的电量信息上报给后台服务器，包括：

如果所述网关持续收集到该传感器节点的电量信息超过预设时间长度，则所述网关将收集到的该传感器节点的电量信息上报给所述后台服务器；

如果所述网关持续收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；或者，所述网关连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值，则所述网关在将收集到的该传感器节点的电量信息上报给后台服务器的同时，在上报的数据包中增加标记字段，以标识满足的上报条件，即标识本次上报的情况属于持续收集到某一传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值，还是属于连续若干次收集到某一传感器节点的电量差值均超过预设的电量差值阈值。

S103：所述后台服务器根据所述网关上报的传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息控制所述网关对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。

其中，步骤S103具体包括：

S103a：所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息向所述网关发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令；

S103b：所述网关根据所述后台服务器的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活。

其中，作为一种优选的方式，在S103a中，所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息向所述网关发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述后台服务器根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出所述传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值，则向所述网关发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；

步骤S103b，所述网关根据所述后台服务器的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述网关关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与关闭的所述传感器节点最近的一相邻节点。

节点路由拓扑结构可以理解为节点路由表，显示了整个传感器网络内传感器节点的状态(激活、未激活)以及节点的路由关系，即某节点的下一节点是哪个，汇聚节点是哪个，网关地址是多少。根据传感器网络的节点路由拓扑，优先激活最近节点，如果最近节点不是路由最短节点，则选择路由最短的最近节点，基本原则是尽量减少路由开销。

其中，作为另一种优选的方式，在S103a中，所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息和采集信息向所述网关发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：当所述后台服务器根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出连续若干次收集到某一传感器节点的电量差值均超过预设的电量差值阈值时，判断与所述电量上报同一时间段上报的采集信息是否明显增加，如果没有明显增加，则向所述网关发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；如果明显增加，则向所述网关发出激活所述传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点的群节点激活指令。其中，传感器节点处于未激活态是传感器节点指休眠或关闭。

所述电量上报同一时间段上报的采集信息是否明显增加，是指该时间段上报的采集信息是否远远超过上报的平均采集信息的值，例如超过平均采集信息值的2倍甚至更多。譬如水域监测，1个传感器节点的采集区域是1立方米，1000立方米水域内要设置有1000个传感器节点在工作，另外，还需预置500～1000个未激活的节点，当当前1000个节点不够用时，再多开启其他未激活的节点，例如，近期降雨量增多，河水涨至原来的1.5倍(1500立方米)，水量增加就会引起同一水域的含氧量就会增大，例如，同一时间上报的含氧量超过正常含氧量的2倍，即可判断为明显增加，说明水量增大，原来处于工作状态的1000个传感器节点已经不够当前水域的采集需求，因此，需要增加传感器节点，例如再开启500个传感器节点工作。

实际上，现场环境的变化都会引起采集信息发生变化，所以，可以通过判断采集信息是否明显增加或趋于正常(一段时间的平均采集信息的值)来了解现场环境是否发生变化。

此外，根据传感器本身工作的特性，也可以了解现场环境是否发生变化。传感器一般是较均匀的分布在采集区域中的，当某一传感器节点发现与邻近的节点距离变大的时候(例如，原1立方米水域中有一个传感器节点工作，当水域水量增至1500立方米时，就变成1.5立方米中有一个传感器，每个传感器节点之间的距离都会增大)，传感器节点会按照预设置增大其采集半径，这样传感器节点的耗电量也会随之增大；或者，由于下雨水量增大，单位立方米内的含氧量变化速度变快，传感器会按照预设置增大采集频率，也会导致传感器耗电增速。因此，现场环境的变化也会引起传感器节点的耗电量发生变化，所以，如果某传感器节点的电量信息相差很大(例如，近三次电量搜集(间隔20分钟)收集到某一传感器节点的电量信息差距较大，譬如每两次搜集到电量相差20％以上)，可以说明现场环境发生变化。因此，可以通过电量信息差异结合采集信息明显增加或趋于正常来判断是否需要增加或减少传感器节点。

步骤S103b，所述网关根据所述后台服务器的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

若所述网关接收到关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络节点路由拓扑结构，激活与关闭的所述传感器节点最近的一邻居节点；

若所述网关接收到群节点激活指令，则下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点。

其中，步骤S103b中在激活与关闭的所述传感器节点最近的一邻近节点或者所述处于未激活态的传感器节点之后，所述方法还包括：

所述网关接收到被激活的传感器节点的确认激活信息，更新所述传感器网络的节点路由拓扑结构，并将更新后的传感器网络的节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

作为一种优选的方式，在所述网关下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点的步骤之后，还包括：

当所述后台服务器收到的传感器网络内所有的传感器节点的采集信息均趋于正常时，则下发关闭指令给网关；

所述传感器网络内所有的传感器节点的采集信息均趋于正常是指传感器节点的采集信息降至正常采集信息值。还是以水域监测为例，如果上报的含氧量恢复至正常含氧量，说明河水水位下降，不再需要原来那么多的传感器节点，所以可以关闭部分传感器节点，以节能减耗。

所述网关收到所述关闭指令后，根据传感器网络内所述传感器节点周期性上报的电量信息，选择关闭一部分电量低于预设阈值的传感器节点，并将更新后的传感器网络的节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

如图2所示，本实施例提供了一种传感器网络中传感器节点的管理方法，包括以下步骤：

S201：网关收集传感器网络内所有处于激活态的传感器节点上报的电量信息和采集信息；

S202：网关根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。

其中，作为一种优选的方式，所述根据所述传感器节点的电量信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活，包括：

当所述网关收集到所述传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值(例如，节点电量低至20％)，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所关闭的传感器节点最近的一相邻节点。

作为一种优选的方式，所述根据所述传感器节点的电量信息和采集信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活，包括：

当所述网关连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值(例如，近三次电量搜集(间隔20分钟)收集到某一传感器节点的电量信息差距较大，譬如每两次搜集到电量相差20％以上)时，判断与收集所述电量同一时间段收集的采集信息是否明显增加，如果没有明显增加，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所述关闭的传感器节点最近的一相邻节点；

如果明显增加，则下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点。

其中，在激活与关闭的所述传感器节点最近的一邻近节点或者所述处于未激活态的传感器节点之后，所述方法还包括：

所述网关接收到被激活的传感器节点的确认激活信息，更新所述传感器网络的节点路由拓扑结构，并将更新后的传感器网络的节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

作为一种优选的方式，该方法还包括：

当所述网关收集到的传感器网络内所有的传感器节点的采集信息均趋于正常时，则根据传感器网络内所述传感器节点周期性上报的电量信息，选择关闭一部分电量低于预设阈值的传感器节点，并将更新后的传感器网络的节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

作为一种优选的方式，该方法还包括：

在所述网关下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点的步骤之后，还包括：

当所述网关收集到的传感器网络内所有的传感器节点的采集信息均趋于正常时，则根据传感器网络内所述传感器节点周期性上报的电量信息，选择关闭一部分电量低于预设阈值的传感器节点，并将更新后的传感器网络的节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

所述传感器网络内所有的传感器节点的采集信息均趋于正常是指传感器节点的采集信息降至正常采集信息值。还是以水域监测为例，如果上报的含氧量恢复至正常含氧量，说明河水水位下降，不再需要原来那么多的传感器节点，所以可以关闭部分传感器节点，以节能减耗。

如图3所示，本实施例提供了一种传感器网络中传感器节点的管理系统，包括：收集模块、上报模块和节点管理模块，其中：

收集模块，用于收集传感器网络内所有处于激活态的传感器节点上报的电量信息和采集信息；

上报模块，用于将所述传感器节点的采集信息上报给节点管理模块，并在至少一个传感器节点的电量信息满足上报条件时，将满足上报条件的传感器节点的电量信息上报给节点管理模块；

其中，传感器节点的电量信息满足所述上报条件的情况包括以下任一种：

所述收集模块收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；所述收集模块连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值；

所述上报模块，用于将所述传感器节点的电量信息上报给节点管理模块，包括：

如果所述收集模块持续收集到该传感器节点的电量信息超过预设时间长度，则所述上报模块将收集到的该传感器节点的电量信息上报给所述节点管理模块；

如果所述收集模块持续收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；或者，所述收集模块连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值，则所述上报模块在将收集到的该传感器节点的电量信息上报给所述节点管理模块的同时，在上报的数据包中增加标记字段，以标识满足的上报条件。

节点管理模块，用于根据所述上报模块上报的传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。

其中，所述节点管理模块包括控制模块和执行模块，其中：

所述控制模块，用于根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息向所述执行模块发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令；

所述执行模块，用于根据所述控制模块的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活。

其中，作为一种优选的方式，所述控制模块，用于根据所述传感器节点的电量信息向所述执行模块发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述控制模块根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出所述传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值，则向所述执行模块发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；

所述执行模块，用于根据所述控制模块的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述执行模块关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所关闭的传感器节点最近的一相邻节点。

其中，作为另一种优选的方式，所述控制模块，用于根据所述传感器节点的电量信息和采集信息向所述执行模块发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述控制模块根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出连续若干次收集到某一传感器节点的电量差值均超过预设的电量差值阈值时，判断与所述电量上报同一时间段上报的采集信息是否明显增加，如果没有明显增加，则向所述执行模块发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；如果明显增加，则向所述执行模块发出激活所述传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点的群节点激活指令；

所述执行模块，用于根据所述控制模块的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述执行模块若接收到关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所述关闭的传感器节点最近的一相邻节点；

若接收到群节点激活指令，则下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点。

其中，所述传感器网络中传感器节点的管理系统可以集成在网关中，也可以将所述收集模块、上报模块和节点管理模块的执行模块集成于网关中，而将节点管理模块的控制模块集成于后台服务器中，即，节点管理模块的控制模块既可以集成于网关中也可以集成于后台服务器中，当集成于网关中时，由网关控制对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活后，将更新后的传感器网络节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。所述执行模块，还用于接收到被激活的传感器节点的确认激活信息，更新所述传感器网络的节点路由拓扑结构，将更新后的传感器网络节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

当集成于后台服务器中时，由后台服务器控制对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。

本实施例还提供了一种网关，包括：如上所述的传感器网络中传感器节点的管理系统，其中：

所述执行模块，还用于接收到被激活的传感器节点的确认激活信息，更新所述传感器网络的节点路由拓扑结构，将更新后的传感器网络节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

在一个应用示例中，如图4所示，无线传感器网络内部署一定数量的传感器节点，可按历史记录或经验值判断该区域至少需要节点数为N，则在该区域部署M个节点，M大于N并可设置M具体数值(例如M＝1.2N)；采集过程中只随机启用N个节点(工作节点)，其余节点为未激活态节点(休眠/关闭节点)，工作节点(激活态节点)上传采集信息和电量信息至网关，网关再上报至后台服务器。本应用示例提供了一种传感器网络中传感器节点的管理方法，如图5所示，包括以下步骤：

S301：采集过程中只随机启用N个节点，设置采集节点上传采集信息的同时，定期上传自身电量信息至网关，譬如每隔5分钟上传一次自身电量信息至网关，并由网关记录并存储；

S302：在三种情况触发网关上传该节点的电量信息：1)持续收集电量信息超过一定时间(可设定，如1小时)；2)节点电量低至20％，3)近三次电量搜集(间隔20分钟)电量信息搜集差距较大，譬如每两次搜集到电量相差20％以上；后两种情况在上报时会在数据包增加标记字段；

S303：后台将节点采集信息与网关上传的节点电量信息分别存储，当后台收到步骤S302中情况2)的标记字段时，说明该节点电量将耗完，下发关闭该节点指令给网关；

S304：网关收到后台下发的关闭指令后，关闭该节点，并返回关闭成功信息给后台；

S305：后台收到关闭信息后，下发激活临近节点命令；

S306：网关收到激活命令，按之前存储的M个节点的传感器网络节点路由拓扑结构，激活与被关闭节点最近的临近节点(休眠或已关闭节点)；

S307：新节点被激活后按预置的网关地址发送确认激活信息给网关，网关收到信息后更新传感网路由拓扑，广播给传感网内所有节点，并将新拓扑上传后台服务器。

在另一个应用示例中，步骤S401～S402与步骤S301～S302相同；

S403：当后台收到步骤S302中情况3)的标记字段时，对比同时(或同一时间段)上传的采集信息，如果采集信息无明显变化则考虑该节点为故障节点，下发关闭节点指令；S404～S407与步骤S304～S307相同。

在另一个应用示例中，如图6所示，步骤S501～S502与步骤S301～S302相同；

S503：当后台收到步骤S302中情况3)的标记字段时，对比同时(或同一时间段)上传的采集信息，如果采集信息明显增大或增多(譬如含氧量突然增加)，说明监测区域物理环境发生较大变化导致节点超负荷工作，此时后台直接下发群节点激活指令给网关；

S504：网关接收到后台下发的群节点激活指令后，下发激活指令至传感网内所有关闭或休眠状态的节点(可能是之前已经部署的M-N个)；

S505：新节点被激活后按预置的网关地址发送确认激活信息给网关，网关收到信息后更新传感网路由拓扑，广播给传感网内所有节点，并将新拓扑上传后台；

S506：当后台系统收集到的采集信息趋于正常时，则下发关闭指令给网关；

S507：网关根据传感网内部节点定期发送的节点电量信息，选择性关闭M-N个电量较低的节点，保留N个工作节点，并更新传感网路由拓扑；

S508：网关将更新后的路由拓扑广播至传感网内节点，并上传至后台服务器。

从上述实施例可以看出，相对于现有技术，上述实施例中提供的传感器网络中传感器节点的管理方法及系统，基于判断节点电量以及采集信息，当采集区域节点电量不足时远程实现关闭旧节点、激活新节点，实现了灵活地控制传感器节点的工作状态，而且，当采集区域采集信息明显增大或增多时激活全部关闭或休眠的节点，当采集区域采集信息趋于正常时，则选择关闭一部分节点，合理利用传感器节点资源，控制传感器节点数量，做到“不缺乏，不浪费”，提高节点采集效率。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。根据本发明的发明内容，还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，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。

Claims (16)

1.一种传感器网络中传感器节点的管理方法，包括：

网关收集传感器网络内所有处于激活态的传感器节点上报的电量信息和采集信息，将所述传感器节点的采集信息上报给后台服务器，并在至少一个传感器节点的电量信息满足上报条件时，将满足上报条件的传感器节点的电量信息上报给后台服务器；

所述后台服务器根据所述网关上报的传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息控制所述网关对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述传感器节点的电量信息满足所述上报条件的情况包括以下任一种：

所述网关收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；

所述网关连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值；

所述将所述传感器节点的电量信息上报给后台服务器，包括：

如果所述网关持续收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；或者，所述网关连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值，则所述网关在将收集到的该传感器节点的电量信息上报给所述后台服务器的同时，在上报的数据包中增加标记字段，以标识满足的上报条件。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息控制所述网关对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息向所述网关发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令；

所述网关根据所述后台服务器的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活。

4.如权利要求3述的方法，其特征在于：

所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息向所述网关发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述后台服务器根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出所述传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值，则向所述网关发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；

所述网关根据所述后台服务器的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述网关关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所关闭的传感器节点最近的一相邻节点。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述后台服务器根据所述传感器节点的电量信息和采集信息向所述网关发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述后台服务器根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出连续若干次收集到某一传感器节点的电量差值均超过预设的电量差值阈值时，判断与所述电量上报同一时间段上报的采集信息是否明显增加，如果没有明显增加，则向所述网关发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；如果明显增加，则向所述网关发出激活所述传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点的群节点激活指令；

所述网关根据所述后台服务器的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

若所述网关接收到关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所述关闭的传感器节点最近的一相邻节点；

若所述网关接收到群节点激活指令，则下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

在所述网关下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点的步骤之后，还包括：

当所述后台服务器收到的传感器网络内所有的传感器节点的采集信息均趋于正常时，则下发关闭指令给网关；

所述网关收到所述关闭指令后，根据传感器网络内所述传感器节点周期性上报的电量信息，选择关闭一部分电量低于预设阈值的传感器节点，并将更新后的传感器网络的节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

7.一种传感器网络中传感器节点的管理方法，包括：

网关收集传感器网络内所有处于激活态的传感器节点上报的电量信息和采集信息，根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。

8.如权利要求7述的方法，其特征在于：

所述根据所述传感器节点的电量信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活，包括：

当所述网关收集到所述传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所关闭的传感器节点最近的一相邻节点。

9.如权利要求7述的方法，其特征在于：

所述根据所述传感器节点的电量信息和采集信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活，包括：

当所述网关连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值时，判断与收集所述电量同一时间段收集的采集信息是否明显增加，如果没有明显增加，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所述关闭的传感器节点最近的一相邻节点；

如果明显增加，则下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：

在所述网关下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点的步骤之后，还包括：

当所述网关收集到的传感器网络内所有的传感器节点的采集信息均趋于正常时，则根据传感器网络内所述传感器节点周期性上报的电量信息，选择关闭一部分电量低于预设阈值的传感器节点，并将更新后的传感器网络的节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。

11.一种传感器网络中传感器节点的管理系统，包括：

收集模块，用于收集传感器网络内所有处于激活态的传感器节点上报的电量信息和采集信息；

上报模块，用于将所述传感器节点的采集信息上报给节点管理模块，并在至少一个传感器节点的电量信息满足上报条件时，将满足上报条件的传感器节点的电量信息上报给节点管理模块；

节点管理模块，用于根据所述上报模块上报的传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息对传感器网络内的传感器节点进行关闭或激活。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于：

传感器节点的电量信息满足所述上报条件的情况包括以下任一种：

所述收集模块收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；

所述收集模块连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值；

所述上报模块，用于将所述传感器节点的电量信息上报给节点管理模块，包括：

如果所述收集模块持续收集到该传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值；或者，所述收集模块连续多次收集到的该传感器节点的电量信息之间的差值均超过预设的电量差值阈值，则所述上报模块在将收集到的该传感器节点的电量信息上报给所述节点管理模块的同时，在上报的数据包中增加标记字段，以标识满足的上报条件。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于：

所述节点管理模块包括控制模块和执行模块，其中：

所述控制模块，用于根据所述传感器节点的电量信息或者，电量信息和采集信息向所述执行模块发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令；

所述执行模块，用于根据所述控制模块的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于：

所述控制模块，用于根据所述传感器节点的电量信息向所述执行模块发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述控制模块根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出所述传感器节点的电量低至一预设的电量最低阈值，则向所述执行模块发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；

所述执行模块，用于根据所述控制模块的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述执行模块关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所关闭的传感器节点最近的一相邻节点。

15.如权利要求13所述的系统，其特征在于：

所述控制模块，用于根据所述传感器节点的电量信息和采集信息向所述执行模块发出关闭或激活相应传感器节点的控制指令，包括：

当所述控制模块根据所述标记字段以及所述传感器节点的电量信息识别出连续若干次收集到某一传感器节点的电量差值均超过预设的电量差值阈值时，判断与所述电量上报同一时间段上报的采集信息是否明显增加，如果没有明显增加，则向所述执行模块发出关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令；如果明显增加，则向所述执行模块发出激活所述传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点的群节点激活指令；

所述执行模块，用于根据所述控制模块的控制指令，对所述传感器网络的传感器节点进行关闭或激活，包括：

所述执行模块若接收到关闭所述传感器节点激活相邻节点的指令，则关闭所述传感器节点，并根据传感器网络的节点路由拓扑结构，激活与所述关闭的传感器节点最近的一相邻节点；

若接收到群节点激活指令，则下发群节点激活指令至传感器网络内所有处于未激活态的传感器节点，激活所述处于未激活态的传感器节点。

16.一种网关，包括：如权利要求11～15任一项所述的传感器网络中传感器节点的管理系统，其中：

所述执行模块，还用于接收到被激活的传感器节点的确认激活信息，更新所述传感器网络的节点路由拓扑结构，将更新后的传感器网络节点路由拓扑结构广播至传感器网络内所有节点，并上传至后台服务器。