[發明專利]無線傳感器網絡信號同步采集及準實時傳輸系統

無效

• 申請號: 200810010239.1
• 申請日: 2008-01-25
• 公開（公告）號: CN101222397A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 王瑩;左華華
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H04L12/28
• 分類號: H04L12/28;H04L29/08;H04J3/06;G08C17/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及一種信號同步采集及測量數據的準實時傳輸技術，具體地說是在一種適用于大型土木結構振動狀態檢測的多跳無線傳感器網絡中，實現無線傳感器節點間進行同步采樣，并將傳感器節點的測量數據以準實時的方式回傳至檢測中心的傳輸系統。

背景技術

大型土木結構在人們的生活、工作中有著舉足輕重的作用，但是在幾十年甚至上百年的使用過程中，大型土木結構經受著惡劣環境的侵蝕，材料的自然老化，會不可避免地形成損傷積累，導致抵抗自然災害、甚至是正常載荷的能力下降，對人們的生命財產安全和國家的經濟建設造成威脅，因此，對大型土木結構進行狀態檢測就成為其安全使用的有力保障。

目前廣泛使用的大型結構狀態檢測系統，需要將安置在結構上不同測點的傳感器輸出信號用金屬導線傳送到信號采集單元，由于傳感器常常遠離信號采集單元，造成連接電纜長度增加，這一方面增加系統的安裝時間，還給系統的穩定性和抗干擾增加了難度，特別是傳輸信號和電源的電纜費用將達到檢測系統總體費用的相當大一部分，使得傳統的大型結構狀態檢測系統可靠性差、投入大、效率低。

近年來隨著無線通信，微處理器和MEMS等技術的發展，使無線傳感器網絡有了巨大的發展，廣泛應用于軍事，環境，健康，家用和一些商業領域的檢測，并且隨著技術的成熟，會有更大的利用空間。無線傳感器網絡有許多優點，首先，采用無線的傳輸方式，不需要布置電纜，系統的安裝和維護變得簡單易行。其次，系統容錯率提高，不會因為中間的某一個節點故障而影響整個網絡的運行。因此，無線傳感和無線傳輸技術為大型土木結構的狀態檢測提供了新的解決的方案。但大型結構的狀態檢測具有其固有的一些特點，如測點分布范圍大、振動信號的采樣頻率一般低于200Hz、各測點的振動信號必須同步采樣，測量數據必須及時傳送回檢測中心等。這些特點對基于無線傳感器網絡的結構狀態檢測系統的設計提出了具體的要求。無線傳感器節點由電池供電，如何延長使用壽命？針對大型結構狀態檢測測點分布范圍大的特點，無線傳感器網絡如何布置？為了滿足測點間振動信號同步采樣的要求，無線傳感器網絡的時鐘如何實現同步？及如何調好數據傳輸、信號采樣、時鐘同步等多項任務，以避免出現丟失數據、失去同步等問題都需要解決。目前IEEE?802.11協議、Zigbee協議、藍牙協議是目前無線網絡廣泛使用的通信協議方式，這些協議都比較復雜，并且在多跳網絡拓撲情況下，全局時鐘同步、實時業務的處理和公平性等方面存在問題，而且需要專用芯片來實現，不能完全適應大型土木結構狀態檢測的特殊性的需要。

發明內容

本發明針對所要解決的技術問題，提供一種基于無線傳感器網絡的振動信號同步采集和準實時傳輸的系統。具體地說，提供一種多跳無線傳感器網絡，并在數據傳輸的過程中自動完成節點間時鐘同步，可實現最高采樣頻率為200Hz的16位高精度振動信號同步采集和準實時數據傳輸，以克服現有網絡通信協議存在的不足，滿足大型土木結構狀態檢測的特殊性需要。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種無線傳感器網絡，其特征在于將無線傳感器網絡中的無線節點分為三類：中心節點、中繼節點和無線傳感器節點；

所述中心節點與檢測中心計算機相連接，用于從無線傳感器網絡中收集網絡拓撲信息和測量數據，發送給計算機進行數據處理，并從計算機中接收控制指令，以無線的方式傳送給無線傳感器網絡中的無線節點；

所述中繼節點同中心節點組成一個多跳鏈式拓撲結構的數據遠程傳輸網絡，同時從自己負責的檢測單元內收集來自無線傳感器節點的數據，將收集到的數據經所述鏈式拓撲結構傳送檢測中心計算機中進行處理；

所述無線傳感器節點根據接收到的來自中繼節點的信息，選擇加入某個中繼節點控制的檢測單元，以便將自己的采集數據發送給該中繼節點。

一種利用權利要求1所述無線傳感器網絡而進行信號同步采集及準實時傳輸的方法，其特征在于該無線傳感器網絡具有兩種工作模式：振動信號采樣開始前的初始化模式和振動信號采樣開始后的準實時數據傳輸模式；

所述無線傳感器網絡在初始化模式包括如下步驟：

a、識別出鏈式拓撲結構的跳數和每個中繼節點控制的檢測單元內無線傳感器節點的數目和它們的ID號，

b、為無線傳感器節點分配通信時隙，并實現所有無線節點與中心節點的同步；

當無線傳感器網絡初始化結束后，由檢測中心計算機通過中心節點向無線傳感器網絡發送采樣控制指令，包括采樣開始時刻、采樣頻率和采樣持續時間；