[發明專利]高速列車脈動壓力高速無線數據采集方法與裝置

無效

• 申請號: 201310057632.7
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN103198636A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 肖友剛;張平;楊群;李建
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高速無線數據采集方法，特別涉及一種通過高速自組織無線傳感器網絡，高效無線傳輸協議和智能采樣策略，實現高速列車脈動壓力高速無線數據采集的方法及裝置。

背景技術

目前高速數據采集一直依賴于有線網絡，無線數據采集一直無法滿足高速數據采集要求。低速的無線監測網絡已經出現較長時間，這種基于本地的分布式數據采集裝置受到計算能力和存儲空間的限制，也很難將采集到的大量數據在有限的無線帶寬中傳輸至上位機，通常采樣頻率還不到1Hz。雖然可以應用于環境監測及智能家居等實時性要求不高場合，但無法滿足高速無線數據采集的需要。隨著近年來無線電子設備的飛速發展，市場上能采購到的無線單片機模塊已經可以在單信道下達到高達2.5Mbit/s的傳輸速度，結合高效的數據采集方法，高速無線數據采集就可能實現。高速無線數據采集方法的關鍵在于無線網絡協議及網絡拓撲結構，當前所有主流的無線網絡協議和拓撲結構主要是針對路由優化和網絡維持，對于多節點高速數據處理的請求沒有進行優化設計，無法滿足高速數據采集要求。在測試環境惡劣，條件苛刻、布線不方便的情況下，高速無線數據采集與有線數據采集相比，具有無可比擬的優勢。高速列車表面脈動壓力的數據采集就是其中之一。

發明內容

針對上述問題和不足，本發明公布了一種高速列車脈動壓力高速無線數據采集方法和裝置，該裝置通過無線數據傳輸協議將無線傳感器組成多個無線傳感器網絡，并由多個匯聚節點按策略對數據進行采樣融合，最后傳輸到高性能計算機進行處理和分析，實現對高速列車脈動壓力的高速無線數據采集。

為實現上述目的，所述的高速列車脈動壓力高速無線數據采集方法和裝置，具體包括如下步驟：

步驟A、組建無線高速數據采集傳感器網絡

以無線路由協議及數據傳輸協議為基礎，將無線傳感器組成多個無線傳感器網絡。所述的無線傳感器網絡是一系列小型無線局域網，各個相鄰局域網生成時，利用信道檢測，使相鄰局域網使用不同信道，以避免隱藏終端和暴露終端的問題；所述的小型無線局域網采用基于自動優先級調整和帶簇主節點的廣播網絡，是以簇主節點為中心、一跳區域內的、節點數限制為8個的小型局域網，網內節點通過廣播共享數據信息；所述的無線傳感器網絡可以提供16個通信信道，所有節點在這16個信道中隨機進行選擇，并通過競爭產生各個信道的主節點。在一跳范圍內布置的節點數上限為16×8個。

所述的無線路由協議，其特征在于：通過隨機延時競爭，產生臨時主節點，由臨時主節點開始組建星形分布式網絡。在該臨時主節點信道內的節點逐個競爭加入網絡，直至達到該信道節點數上限或超過最大競爭延時，臨時主節點為該信道內各節點編號，編號地址為：信道號+加入序號。其余未加入該信道網絡的節點，繼續掃描信道，競爭臨時主節點，直到加入某個信道網絡。臨時主節點在完成組網工作后，給所有本信道內的節點廣播信標幀和節點列表信息，實現信道內節點同步，同時自身轉化為普通節點，各節點開始按順序輪流廣播采集到的數據。臨時主節點并維護一個可配置的路由表，通過限制單個網絡的節點數量，避免隱藏終端和暴露終端的問題，實現高速輪詢。所述的數據傳輸協議，其特征在于，通過由主節點同步信道內所有節點，以定制數據幀結構按順序發送數據；所述的網絡拓撲結構由臨時主節點控制，采取分布式分簇形式，普通節點通過退避競爭加入以主節點為中心的網絡。

步驟B、組建嵌入式匯聚網絡

組建嵌入式匯聚網絡，目的在于獲取各個信道中各個無線傳感器節點的數據。所述的嵌入式匯聚網絡由獨立匯聚節點構成，可以移動或靜止于某個區域，與計算機或者路由器，通過有線網絡互連。匯聚網絡包含無線路由協議和數據傳輸協議。根據無線路由協議，收集臨時主節點路由表信息、融合所有信道內路由表信息、維護已組建的路由表、為高性能信息處理計算機提供路由表信息；根據數據傳輸協議，匯聚節點協同掃描到的繁忙信道收集網絡中的廣播信息，并維護一份全網的節點列表；這些節點可以設置為固定信道和多信道輪流檢測，若為多信道輪流檢測，每個信道收集一個無線網絡廣播周期的信息；對所收集的信息進行數據融合后，通過穩定連續的有線鏈路發送至高性能計算機。在必要的時候，利用每個無線傳感器網絡發送周期間的時隙發送控制幀。在嵌入式匯聚網絡中，可以將不同的無線傳感器節點按需要設置為不同優先級，具有高優先級的節點可以獲得高采樣頻率。匯聚節點將接收的廣播信息發送給基站時，在數據幀中增加時間信息，為信息的實時性、有效性提供依據。將這些數據壓入堆棧，依次發送至高性能計算機終端。