[發明專利]基于Zigbee無線傳感器網絡的低能耗數據采集方法

有效

• 申請號: 201110362678.0
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102340855A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 王艷;唐秀芳;高春能;紀志成
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種無線傳感器網絡中的數據采集方法，尤其是一種基于Zigbee無線傳感器網絡的低能耗數據采集方法。

背景技術

無線傳感器網絡WSN(wireless?senor?network)是有若干個具有感知、處理和無線通信能力的傳感器節點通過自組織方式形成的網絡。ZigBee技術是近年來快速發展的WSN的規范之一，而且定義的技術要比其他WPANs更簡單、實現成本更低，也更適合于低數據速率、低功耗并且安全的無線網絡。

ZigBee無線網絡主要由ZigBee協調器、ZigBee路由器和ZigBee終端設備組成。現有的技術中，ZigBee可以實現支持多種網絡拓撲結構的功能，考慮到降低系統運行中的能量消耗，IEEE.802.15.4定義了兩種設備，一種是具有全功能設備(Full?Function?Device，FFD)，另一種是精簡功能設備(Reduced?Function?Device，RFD)。在PAN(Personal?Area?Network)中，全功能設備可以作為PAN的協調器，路由器或作為一個終端設備。一個全功能設備可以同時和多個精簡功能設備或全功能設備通信；對于一個精簡功能設備來說，它只能和一個全功能設備進行通信。為了達到節能的目的，現有很多技術采用ZigBee在無線網絡路由功能的支持，而如果需要大規模布置數據源節點，采用ZigBee終端方式，則ZigBee協議的網絡路由策略在數據采集系統應用中降低能耗的作用將明顯降低。所以無線數據采集系統如何在利用ZigBee無線網絡在數據傳輸中各種便利的同時進一步降低大量的數據源節點的工作能耗及提高采集有效數據效率仍然是一個沒有得到很好解決的問題。

現有技術的主要缺點是：在需要布置大量傳感器節點的檢測環境中，數據源節點多采用精簡功能設備，這就需要大量的全功能設備作為路由節點，利用ZigBee協議的網絡路由策略，達到最優數據傳播路徑，雖然未收到數據采集命令數據源節點會定時的進入休眠狀態，但是數據源節點處于采集和路由節點路由數據的數目遠大于休眠狀態的數目，而無線通信消耗的能量占傳感器節點能量總消耗的80％。雖然目前無線傳感器網絡技術比較成熟，但是具體應用在檢測環境中的數據采集領域還存在著一定的技術缺陷。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種基于ZigBee無線傳感器網絡的低能耗數據采集方法，該方法是在現有的成熟的ZigBee無線傳感器網絡技術的基礎上，對ZigBee終端設備的數據采集方法進行人性化的改進，針對不同的檢測環境，通過減少與匯聚節點或ZigBee路由節點之間通信的數據源節點數目的方法，既要滿足一定的檢測精確度，又要能夠降低網絡的能耗。

按照本發明提供的技術方案，所述基于Zigbee無線傳感器網絡的低能耗數據采集方法，包括以下步驟：

第1步：初始化網絡參數：首先設置信息壓縮因子q，信息壓縮因子q表示允許采集的信息值偏離理想值的范圍；其次，設定輪詢全部數據源節點的時間或次數；

第2步：對數據源節點進行區域劃定：對全部數據源節點發送數據采集命令，把數據源節點所采集的數據及節點號打包為規定的網絡數據上傳，經過服務器進行處理和儲存篩選出采集的最大數據S_max和最小數據S_min及各自的節點號，由公式n＝(S_max-S_min)/q計算出要劃分出的區域數量n；將整個ZigBee無線傳感器網絡劃分為n個區域；服務器將每個數據源節點的控制命令、節點號及區域號打包，下傳至每個數據源節點，這樣劃定了無線傳感器網絡的檢測范圍；

第3步：篩選出劃定的區域內參與數據采集的代表節點：在已經劃定的區域內，經過對數據源節點的數據采集后，服務器記入每個數據源節點的剩余能量Q和一次采集數據的消耗能量ΔE，根據公式Q′＝Q-ΔE，選擇Q′最大的節點作為該區域內的代表節點對該區域的信息進行采集，該區域內的其他節點進入休眠狀態；

第4步：動態變換所劃定的區域及該區域采集數據的代表節點：經過多次數據采集，當超過第1步中設定的輪詢次數或者輪詢時間時，則進行一次全部數據源節點的數據采集命令，再重復第2步。

第1步中，根據檢測環境里要求的數據采集頻率的高低，決定進行輪詢次數k的設定還是進行輪詢時間Δt的設定。

由公式n＝(S_max-S_min)/q計算出的n若有余數則只進不舍。