CN111372214A

CN111372214A - 一种433MHz的无线MESH共享物流托盘节点自组网系统

Info

Publication number: CN111372214A
Application number: CN202010169895.7A
Authority: CN
Inventors: 施奇君
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-07-03

Abstract

本发明公开了一种433MHz的无线MESH共享物流托盘节点自组网系统，应用在物流共享托盘采用传感器节点自适应组网，包括433MHz网络管理中心、协调器、内置物流共享托盘传感器节点、第一时间判断模块、第二时间判断模块、第一次数判断模块、第二次数判断模块和定时器；所述网络管理中心、协调器、物流共享托盘传感器节点、基站节点依次连接，所述基站节点与上位机相连接，所述定时器与第二时间判断模块连接。该系统能有效降低物流共享托盘传感器节点组网的能量消耗，减少通信演示，提供Mesh自组网网络的稳定性。技术领域：本发明涉及无线传感器自适应组网网络，特别是智慧物流共享托盘。

Description

一种433MHz的无线MESH共享物流托盘节点自组网系统

技术领域：

本发明涉及无线传感器自适应组网网络，特别是智慧物流共享托盘。

背景技术：

目前物联网近年来以突飞猛进的趋势发展，目前市场上的主要技术是ZigBee、蓝牙、WiFi，他们都是基于2_4G的频率发射，传输距离近。WiFi是目前2.4G无线传输中应用的最多的一种技术，但WiFi面临的最大问题是安全性低，且功耗大，远距离传输成本较高、组网复杂，很难满足智慧物流行业对距离要求高的场所。相反的，物流行业应用场景空旷地带，433MHz的传输距离最远可达数千米，穿墙能力强、设计简单、功耗低、可快速组网、覆盖范围广、没有使用授权限制、不存在与其他频段之间的干扰。当前无线传感器网络开始在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域，被广泛地应用于多种应用场景，如智慧物流、智慧农业养殖、生态监测、工业智能制造、自然灾害预测、智能交通、智能家居及军事场合等。无线传感器网络常用的拓扑结构主要有星型、树型、网状等拓扑结构。其中树型拓扑为分层结构，具有方便分支管理、易于扩展(容易加入新的分支或新的节点、故障隔离容易等优点。针对智慧物流共享托盘使用，具有固定数据采集周期、数据传输量小频率低、通讯范围大且需要分区域管理的无线传感器网络应用领域，使用树型拓扑相比其他拓扑结构更为合适。

自组网是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，网络的信息交换采用计算机网络中的分组交换机制，用户终端是可以移动的便携式终端，自组网中每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机，终端需要运行各种面向用户的应用程序，如编辑器、浏览器等；作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表完成数据分组的转发和路由维护工作，故要求节点实现合适的路由协议。自组网路由协议的目标是快速、准确和高效，要求在尽可能短的时间内查找到准确可用的路由信息，并能适应网络拓扑的快速变化，同时减小引入的额外时延和维护路由的控制信息，降低路由协议的开销，以满足移动终端计算能力、储存空间以及电源等方面的限制。

发明内容：

发明的目的在于提供一种433MHz的无线MESH共享物流托盘节点自组网系统。

其具体技术方案为：一种433MHz的无线MESH共享物流托盘节点自组网系统，包括网络管理中心、协调器、物流共享托盘的传感器节点、基站节点、第一时间判断模块、第二时间判断模块、第一次数判断模块、第二次数判断模块和定时器；所述网络管理中心、协调器、物流共享托盘传感器节点、基站节点依次连接，所述基站节点与上位机相连接，所述定时器和第二时间本发判断模块连接；

所述监控中心用于物流共享托盘传感器节点建立自组网络的过程，接收数据；

所述协调器负责建立网络，并对加入网络的传感器节点进行通信、接收数据、发布控制以及把数据传送给网络管理中心；

所述物流共享托盘传感器节点用于向基站节点发送请求分配级别的请求指令；

所述基站节点接收物流共享托盘传感器节点发送的分配级别的请求，并向共享托盘传感器节点发送分配级别指令。

第一时间判断模块，用于判断在第一预设时间内是否收到基站节点的分配级别指令；

第一次数判断模块，用于判断在第一预设时间内未收到分配级别指令时，判断所述物流共享托盘传感器节点发送请求分配级别的次数是否达到第一预设次数；

第二时间判断模块，用于判断发送广播命令的时间是否达到第二预设时间；

第二次数判断模块，用于在达到第二预设时间时，判断所述物流共享传感器节点发送广播命令的次数是否达到第二预设次数；

所述定时器用于设定物流共享托盘传感器节点保持低功耗状态的时间。

进一步，所述协调器建立的网络采用Mesh拓扑结构。

进一步，所述协调器建立网络过程中采用基于簇头优先级的聚类组网。

进一步，所述物流共享托盘的无线传感器节点硬件包括处理器单元、射频通信单元、电源单元、传感器单元、外部存储器单元。再进一步，所述处理控制器采用的集成射频单元的CC1350集成电路芯片。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的物流共享托盘无线传感器网络节点自组网系统采用Mesh拓扑结构，构建一个大数据采集与处理系统，Mesh拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式通信；该拓扑结构还可以组成复杂的网络，具备自组织、自愈功能。采用基于簇头优先级的聚类组网方案能有效地降低移动节点的组网能耗，减少移动物流托盘传感器节点与协调器节点的通信时延，提高了无线传感器网络的稳定性。该系统有效地降低节点的组网能量消耗，减小通信时延，提高了433MHz无线自组网络的稳定性。

附图说明：

图1是一种433MHz的无线MESH共享物流托盘节点自组网系统原理图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

如图1所示，一种433MHz的无线MESH共享物流托盘节点自组网系统，包括网络管理中心、协调器、物流共享托盘的传感器节点、基站节点、第一时间判断模块、第二时间判断模块、第一次数判断模块、第二次数判断模块和定时器；所述网络管理中心、协调器、传感器节点、基站节点依次连接，所述基站节点与上位机相连接，所述定时器和第二时间判断模块连接；

所述网络管理中心用于物流共享托盘传感器节点建立网络的过程，接收数据；

所述协调器负责建立Mesh自组网络，并对加入网络的共享托盘传感器节点进行通信、接收数据、发布控制以及把数据传送给网络管理中心；

加入Mesh自组网络的物流共享托盘传感器节点包括精简传感器节点、簇头传感器节点。

协调器要实现的功能是:首先要完成协调物流共享托盘的传感器节点底板上各个芯片的初始化工作，然后协调器要能够完成Mesh自组网。传感器网络中存在着多个协调器，当打开协调器后，它能够自组网，随时等待精简传感器节点的加入。精简传感器节点的主要功能是:首先要完成各个单元的初始化，然后要完成申请加入网络，加入成功后，重复着采集数据并发送到协调器的工作。本发明采用基于簇头传感器节点优先级的聚类组网方案，当簇头传感器节点成功加入协调器网络中，分别获得各自的短地址空间用来组建扩展下级网络。在移动节点入网之前，根据簇头节点到达协调器节点的可靠路由路径长短，分别对簇头节点进行优先级编址。路径越短，优先级越高。当移动节点超出所在簇头的通信范围，它退出现在的簇，选择它所能接收信号范围内，优先级最高的簇头，然后更新其相关信息。基于优先级的聚类方案相对于最近聚类方案进出集群频率较小，移动节点的一个簇群能尽可能保持，移动节点聚类能耗得到减少。本方案能显著地降低通信时延。

所述基站节点接收传感器节点发送的分配级别的请求，并向传感器节点发送分配级别指令。

第一次数判断模块，用于判断在第一预设时间内未收到分配级别指令时，判断所述共享托盘传感器节点发送请求分配级别的次数是否达到第一预设次数；

第二次数判断模块，用于在达到第二预设时间时，判断所述物流共享托盘传感器节点发送广播命令的次数是否达到第二预设次数；

所述协调器建立的自组网络采用Mesh拓扑结构。

所述协调器建立自组网络过程中采用基于簇头优先级的聚类组网。所述物流共享托盘的无线传感器节点硬件包括处理器单元、射频通信单元、电源单元、传感器单元、外部存储器单元。

所述处理控制器部分采用的集成433MHz射频CC1350集成电路芯片。它是一种超低功耗的32位混合信号控制器，能够在低电压下以超低功耗状态工作，在1.8～3.6V电压、1MHz的时钟条件下运行，并且具有省电模式以及很短的唤醒时间。

所述CC1350集成射频通信单元。符合IEEE802.15.4规范的433MHz和2.4GHz双频射频收发器，处理器ARM CortexM3，7毫米X7毫米封装，30个通用GPIO，片上内部DCDC转换器，远距离模式下数据速率达50kbps。使用SPI串行可编程接口协议与微控制器进行通讯。

本发明在具体应用过程中，基站节点上电初始化后就进入低功耗模式。物流共享托盘传感器节点上电初始化后，共享托盘传感器节点首先会向基站节点发出请求分配级别的命令第一时间判断模块，用于判断在第一预设时间内是否收到基站节点的分配级别指令；物流托盘传感器节点首先会向基站节点发出请求分配级别的命令。第一次数判断模块判断在第一预设时间内未收到分配级别指令时，判断所述传感器节点发送请求分配级别的次数是否达到第一预设次数；第二时间判断模块判断发送广播命令的时间是否达到第二预设时间；物流共享托盘传感器节点再次向基站节点发出请求分配级别的命令；在达到第二预设时间时，第二次数判断模块判断所述物流共享托盘传感器节点发送广播命令的次数是否达到第二预设次数；若在第二预设时间内收到基站节点分配的级别该传感器节点就会向基站节点发送自组织信息的数据包。如果在第二预设时间内没有收到基站节点分配的级别该节点会从低功耗状态唤醒再次发送请求分配级别的命令，如此循环，当物流共享托盘传感器节点发出请求基站分配级别的命令达到设定上限后，但仍然没有确定自己在网络中的级别时，该传感器节点就会向全网发出广播命令，然后进入低功耗状态并打开定时器。定时时间到节点重新回到发射广播命令状态。当传感器节点发射广播的次数达到设定值时，该节点就会将接收到的应答信息进行整理，确定自己在网络中的级别，并确定上级、同级和下级节点的相关信息。该节点再向上级节点发送包含这些信息的数据包，直到数据包传送到基站节点，从而确定整个网络的拓扑结构。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种433MHz的无线MESH共享物流托盘节点自组网系统，其特征在于，包括网络管理中心、协调器、传感节点、基站节点、第一时间判断模块、第二时间判断模块、第一次数判断模块、第二次数判断模块和定时器；所述网络管理中心、协调器、传感节点、基站节点依次连接，所述基站节点与上位机相连接，所述定时器和第二时间判断模块连接；所述网络管理中心用于侦听建立网络的过程，接收数据；所述协调器负责建立网络，并对加入网络的节点进行433MHz通信、接收数据、发布控制以及把数据传送给网络管理中心；所述放置共享物流托盘传感器节点用于向基站节点发送请求分配级别的请求指令；所述基站节点接收来自共享物流托盘传感器节点发送的分配级别的请求，并向传感器节点发送分配级别的指令；第一时间判断模块用于判断在第一预设时间内是否收到来自基站节点的分配级别指令；第一次数判断模块，用于判断在第一预设时间内未收到分配级别指令时，判断所述传感器节点发送请求分配级别的次数是否达到第一预设的次数；第二时间判断模块用于判断发送广播命令的时间是否达到第二预设时间；第二次数判断模块用于在达到第二预设时间时，判断所述传感节点发送广播命令次数是否达到第二预设次数；所述定时器用于设定共享物流托盘内传感器节点保持低功耗的时间。

2.根据权利要求1所述的433MHz无线Mesh共享物流托盘节点自组网系统，其特征在于所述协调器建立网路采用Mesh拓扑结构。

3.根据权利要求1所述的433MHz无线Mesh共享物流托盘节点自组网系统，其特征在于所述协调器建立网络采用基于簇头优先级的聚类组网。

4.根据权利要求1所述的433MHz无线Mesh共享物流托盘节点自组网系统，其特征在于所述共享物流托盘传感器节点硬件包括处理器单元，射频单元，电源及电池模组，传感器单元，外部存储单元。

5.根据权利要求4所述的433MHz无线Mesh共享物流托盘节点自组网系统，其特征在于所述处理器单元采用CC1350集成电路芯片，并且CC1350内部集成433MHz射频通信单元。