專利名稱：基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗數(shù)據(jù)采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)采集方法，尤其是一種基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗數(shù)據(jù)采集方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(wireless senor network)是有若干個(gè)具有感知、處理和無線通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式形成的網(wǎng)絡(luò)。ZigBee技術(shù)是近年來快速發(fā)展的 WSN的規(guī)范之一，而且定義的技術(shù)要比其他WPANs更簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)成本更低，也更適合于低數(shù)據(jù)速率、低功耗并且安全的無線網(wǎng)絡(luò)。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)主要由ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器和ZigBee終端設(shè)備組成?，F(xiàn)有的技術(shù)中，ZigBee可以實(shí)現(xiàn)支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能，考慮到降低系統(tǒng)運(yùn)行中的能量消耗，IEEE. 802. 15. 4定義了兩種設(shè)備，一種是具有全功能設(shè)備(Full Function Device，F(xiàn)FD)，另一種是精簡(jiǎn)功能設(shè)備(Reduced Function Device, RFD) 在 PAN (Personal Area Network)中，全功能設(shè)備可以作為PAN的協(xié)調(diào)器，路由器或作為一個(gè)終端設(shè)備。一個(gè)全功能設(shè)備可以同時(shí)和多個(gè)精簡(jiǎn)功能設(shè)備或全功能設(shè)備通信；對(duì)于一個(gè)精簡(jiǎn)功能設(shè)備來說，它只能和一個(gè)全功能設(shè)備進(jìn)行通信。為了達(dá)到節(jié)能的目的，現(xiàn)有很多技術(shù)采用ZigBee 在無線網(wǎng)絡(luò)路由功能的支持，而如果需要大規(guī)模布置數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)，采用ZigBee終端方式， 則ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)路由策略在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用中降低能耗的作用將明顯降低。所以無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如何在利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸中各種便利的同時(shí)進(jìn)一步降低大量的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的工作能耗及提高采集有效數(shù)據(jù)效率仍然是一個(gè)沒有得到很好解決的問題?，F(xiàn)有技術(shù)的主要缺點(diǎn)是在需要布置大量傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)環(huán)境中，數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)多采用精簡(jiǎn)功能設(shè)備，這就需要大量的全功能設(shè)備作為路由節(jié)點(diǎn)，利用ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)路由策略，達(dá)到最優(yōu)數(shù)據(jù)傳播路徑，雖然未收到數(shù)據(jù)采集命令數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)會(huì)定時(shí)的進(jìn)入休眠狀態(tài)，但是數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)處于采集和路由節(jié)點(diǎn)路由數(shù)據(jù)的數(shù)目遠(yuǎn)大于休眠狀態(tài)的數(shù)目，而無線通信消耗的能量占傳感器節(jié)點(diǎn)能量總消耗的80%。雖然目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較成熟，但是具體應(yīng)用在檢測(cè)環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域還存在著一定的技術(shù)缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗數(shù)據(jù)采集方法，該方法是在現(xiàn)有的成熟的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)ZigBee終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行人性化的改進(jìn)，針對(duì)不同的檢測(cè)環(huán)境，通過減少與匯聚節(jié)點(diǎn)或ZigBee路由節(jié)點(diǎn)之間通信的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)數(shù)目的方法，既要滿足一定的檢測(cè)精確度，又要能夠降低網(wǎng)絡(luò)的能耗。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗數(shù)據(jù)采集方法，包括以下步驟
第1步初始化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)首先設(shè)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(shè)定輪詢?nèi)繑?shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的時(shí)間或次數(shù)；第2步對(duì)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域劃定對(duì)全部數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，把數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)及節(jié)點(diǎn)號(hào)打包為規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)上傳，經(jīng)過服務(wù)器進(jìn)行處理和儲(chǔ)存篩選出采集的最大數(shù)據(jù)Smax和最小數(shù)據(jù)Smin及各自的節(jié)點(diǎn)號(hào)，由公式η = (Smax-Smin)/q計(jì)算出要?jiǎng)澐殖龅膮^(qū)域數(shù)量η ；將整個(gè)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為η個(gè)區(qū)域；服務(wù)器將每個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的控制命令、節(jié)點(diǎn)號(hào)及區(qū)域號(hào)打包，下傳至每個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)，這樣劃定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)范圍；第3步篩選出劃定的區(qū)域內(nèi)參與數(shù)據(jù)采集的代表節(jié)點(diǎn)在已經(jīng)劃定的區(qū)域內(nèi)，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集后，服務(wù)器記入每個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的剩余能量Q和一次采集數(shù)據(jù)的消耗能量ΔΕ，根據(jù)公式Q' =Q_AE，選擇Q'最大的節(jié)點(diǎn)作為該區(qū)域內(nèi)的代表節(jié)點(diǎn)對(duì)該區(qū)域的信息進(jìn)行采集，該區(qū)域內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)；第4步動(dòng)態(tài)變換所劃定的區(qū)域及該區(qū)域采集數(shù)據(jù)的代表節(jié)點(diǎn)經(jīng)過多次數(shù)據(jù)采集，當(dāng)超過第1步中設(shè)定的輪詢次數(shù)或者輪詢時(shí)間時(shí)，則進(jìn)行一次全部數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集命令，再重復(fù)第2步。第1步中，根據(jù)檢測(cè)環(huán)境里要求的數(shù)據(jù)采集頻率的高低，決定進(jìn)行輪詢次數(shù)k的設(shè)定還是進(jìn)行輪詢時(shí)間At的設(shè)定。由公式η = (Sfflax-Sfflin)/q計(jì)算出的η若有余數(shù)則只進(jìn)不舍。每次執(zhí)行數(shù)據(jù)采集命令時(shí)都重復(fù)第3步來動(dòng)態(tài)的選擇劃定區(qū)域內(nèi)的代表節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明提出的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗數(shù)據(jù)采集方法可以靈活的應(yīng)用于不同的應(yīng)用環(huán)境和不同對(duì)象的檢測(cè)中。獨(dú)特的信息壓縮因子的設(shè)置可以在滿足檢測(cè)精度的基礎(chǔ)上最大限度的降低網(wǎng)絡(luò)能耗。在該低能耗數(shù)據(jù)采集方法中，動(dòng)態(tài)的區(qū)域劃分、動(dòng)態(tài)的代表節(jié)點(diǎn)的選擇及以剩余能量與采集信息消耗能量之差來選擇區(qū)域內(nèi)代表節(jié)點(diǎn)的方法，都達(dá)到了平衡無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗、延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的目的。


圖1是基于zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖。圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作流程圖。圖3是zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)工作流程圖。圖4是數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的工作流程圖。圖5(a)是數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)在多次信息采集中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化示意圖第一張和第一張。圖5(b)是數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)在多次信息采集中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化示意圖第三張和第 k張。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示是一個(gè)基于zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，比如溫濕度采集系統(tǒng)。將本發(fā)明所述方法應(yīng)用于該系統(tǒng)中。該系統(tǒng)包括檢測(cè)界面顯示部分、服務(wù)器、Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)以及多個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)。 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器、三個(gè)Zigbee路由器節(jié)點(diǎn)和四個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)。在該實(shí)施環(huán)境中隨機(jī)播撒18個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)。在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的無線收發(fā)模塊采用由STMicroelectronics公司提供的S擬60。該芯片集成了一個(gè)符合IEEE 802. 15. 4的2. 4GHz射頻收發(fā)器，其內(nèi)嵌高性能、 高可靠性的Zigbee2007堆棧以及用來運(yùn)行該堆棧的16位微處理器(XAP2b核)。SN260實(shí)現(xiàn)了物理層至用戶接口層的所有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，同時(shí)對(duì)外提供高速SPI/UART接口連接微處理器(如 STM32)。數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)中的傳感器模塊為溫濕度傳感器，是由Sensirion傳感器公司推出的新型集成數(shù)字式溫濕度傳感器。該傳感器采用CMOkns專利技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器及數(shù)字接口無縫結(jié)合，使傳感器具有體積小、響應(yīng)速度快、接口簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等特點(diǎn)。微控制器采用由STMicroelectronics公司提供的32位ARM Cortex_M3核微處理器 STM32F103C6T6，微控制器與通訊模塊之間采用SPI接口通訊。在Zigbee通用無線網(wǎng)絡(luò)模塊中，STM32微控制器承擔(dān)了控制S擬60的主要任務(wù)。服務(wù)器主要負(fù)責(zé)處理和存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)，同時(shí)發(fā)送指定的采集命令。服務(wù)器管理終端上位機(jī)界面顯示部分采用VC++6. 0編寫監(jiān)控平臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的收發(fā)，對(duì)串口的波特率、奇偶校驗(yàn)方式等的設(shè)定通過VC++6. 0軟件訪問sqlserverfOOO數(shù)據(jù)庫(kù)，用ODBC 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫(kù)。根據(jù)需要設(shè)計(jì)可視化的控制命令，使之簡(jiǎn)單易懂且更為人性化的界面。如圖2所示，對(duì)無線收發(fā)模塊、傳感器等上電，初始化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，在可視化的顯示界面上設(shè)置串口的波特率、奇偶校驗(yàn)方式、信息壓縮因子q、輪詢時(shí)間Δ t等值。服務(wù)器把數(shù)據(jù)采集的控制命令和參與數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)號(hào)打包通過串行口發(fā)送給zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包拆包分析確定參與數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湮恢?，把控制采集命令打包成zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送至zigbee路由節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)。zigbee路由節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后，拆包將其控制命令及其參與采集數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)號(hào)打包成無線收發(fā)模塊規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過SPI高速串行口發(fā)送給無線收發(fā)模塊，該節(jié)點(diǎn)無線收發(fā)模塊從中提出參與數(shù)據(jù)采集的節(jié)點(diǎn)號(hào)，并向參與數(shù)據(jù)采集的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)采集控制命令。數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的命令執(zhí)行采集數(shù)據(jù)或是轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)把其傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)和該數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)號(hào)通過無線收發(fā)模塊發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)或zigbee路由節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)或zigbee路由節(jié)點(diǎn)的無線收發(fā)模塊通過SPI 高速串行口發(fā)給微控制器，拆包分析處理重新打包為zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送至zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后，將數(shù)據(jù)包拆包，提取出采集數(shù)據(jù)及其采集節(jié)點(diǎn)號(hào)，通過高速串行口發(fā)送至服務(wù)器，進(jìn)行處理和儲(chǔ)存，同時(shí)在監(jiān)控顯示界面上顯示出采集的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)號(hào)及采集節(jié)點(diǎn)所屬的區(qū)域號(hào)及區(qū)域內(nèi)各個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)號(hào)。圖3是圖1所示的zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)工作流程圖。在本實(shí)施例中，采用基于zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，Zigbee是一種建立在IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)上的低速數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在zigbee無線網(wǎng)絡(luò)中zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)的功能，只有當(dāng)設(shè)備處于網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的狀態(tài)時(shí)，才會(huì)在網(wǎng)絡(luò)層上傳輸數(shù)據(jù)幀，如果不處于網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)接收到幀的傳輸請(qǐng)求，則會(huì)丟棄該幀并向高層匯報(bào)錯(cuò)誤。Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)根據(jù)高層的要求初始化路由發(fā)現(xiàn)。圖4是數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)采集方法的工作流程圖。在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的工作流程為步驟1，初始化參數(shù)設(shè)置。根據(jù)檢測(cè)環(huán)境里要求的數(shù)據(jù)采集頻率的高低，決定進(jìn)行輪詢次數(shù)k的設(shè)定還是進(jìn)行輪詢時(shí)間At的設(shè)定。根據(jù)檢測(cè)環(huán)境里的信息采集要求，若是采集頻率高，則對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行輪詢次數(shù)k的設(shè)定，若是采集頻率低，則對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行輪詢時(shí)間At的設(shè)定。設(shè)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。步驟2，判斷是否有采集命令，如果沒有則使所有數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠。如果接收到數(shù)據(jù)采集命令，則執(zhí)行步驟3。步驟3，判斷采集信息的次數(shù)是否達(dá)到k或者采集信息的輪詢時(shí)間達(dá)到Δ t，若是沒有，則執(zhí)行步驟6，如是達(dá)到了，則執(zhí)行步驟4。步驟4，參數(shù)采集信息的次數(shù)或采集信息的輪詢時(shí)間清零，重新計(jì)數(shù)。全部數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，把采集的數(shù)據(jù)及各個(gè)節(jié)點(diǎn)號(hào)上傳至服務(wù)器。步驟5，服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)，篩選出采集的最大數(shù)據(jù)Smax和最小數(shù)據(jù)Smin 及各自的節(jié)點(diǎn)號(hào)，由公式n= (Smax-Smin)/q計(jì)算出要?jiǎng)澐殖龅膮^(qū)域數(shù)量η，η若有余數(shù)則只進(jìn)不舍，分別給予區(qū)域號(hào)，把各個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的區(qū)域號(hào)打包發(fā)送至每個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)。步驟6，服務(wù)器根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的剩余能量Q與一次采集信息所消耗的能量AEjg 據(jù)公式Q' =Q_AE，選擇Q'最大的節(jié)點(diǎn)作為該區(qū)域內(nèi)再次執(zhí)行數(shù)據(jù)采集的代表節(jié)點(diǎn)。步驟7，Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)重新組建網(wǎng)絡(luò)。各個(gè)區(qū)域的代表節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠。步驟8，代表節(jié)點(diǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集命令。圖5(a) (b)所示是數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)在多次信息采集中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化示意圖。在本實(shí)施例中，經(jīng)過一次全部的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的信息采集后，服務(wù)器把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析處理劃分出不同的區(qū)域，并且選擇出各個(gè)區(qū)域的代表節(jié)點(diǎn)，在圖5中用雙圓表示代表該區(qū)域執(zhí)行數(shù)據(jù)采集的節(jié)點(diǎn)，單圓表示該區(qū)域不參與本次的數(shù)據(jù)采集的節(jié)點(diǎn)，處于完全休眠狀態(tài)。圖5中的第1幅圖是執(zhí)行全部數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)采集信息后的zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)，其中大量節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)能耗。第2幅圖是在采集次數(shù)未達(dá)到參數(shù)輪詢次數(shù) k或未達(dá)到輪訓(xùn)時(shí)間At時(shí)第二次信息采集的zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，劃定的區(qū)域未變，但是各個(gè)區(qū)域的代表節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了重新的篩選，所以部分區(qū)域的代表節(jié)點(diǎn)發(fā)生了變化。進(jìn)而使 zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)重新組網(wǎng)改變了 zigbee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在未達(dá)到網(wǎng)絡(luò)參數(shù)k或At 之前，每次信息采集時(shí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化過程類似于第2幅圖的變化過程。當(dāng)采集次數(shù)達(dá)到k次(或輪詢時(shí)間達(dá)到At)將重新對(duì)全部的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，以便重新劃定區(qū)域和選擇代表節(jié)點(diǎn)，該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5中第k幅圖所示。
權(quán)利要求
1.基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗數(shù)據(jù)采集方法，其特征是包括以下步驟第1步初始化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)首先設(shè)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(shè)定輪詢?nèi)繑?shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的時(shí)間或次數(shù)；第2步對(duì)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域劃定對(duì)全部數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，把數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)及節(jié)點(diǎn)號(hào)打包為規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)上傳，經(jīng)過服務(wù)器進(jìn)行處理和儲(chǔ)存篩選出采集的最大數(shù)據(jù)Smax和最小數(shù)據(jù)^llin及各自的節(jié)點(diǎn)號(hào)，由公式η = (Smax-Smin)/q計(jì)算出要?jiǎng)澐殖龅膮^(qū)域數(shù)量η ；將整個(gè)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為η個(gè)區(qū)域；服務(wù)器將每個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的控制命令、節(jié)點(diǎn)號(hào)及區(qū)域號(hào)打包，下傳至每個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)，這樣劃定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)范圍；第3步篩選出劃定的區(qū)域內(nèi)參與數(shù)據(jù)采集的代表節(jié)點(diǎn)在已經(jīng)劃定的區(qū)域內(nèi)，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集后，服務(wù)器記入每個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的剩余能量Q和一次采集數(shù)據(jù)的消耗能量ΔΕ，根據(jù)公式Q' =Q_AE，選擇Q'最大的節(jié)點(diǎn)作為該區(qū)域內(nèi)的代表節(jié)點(diǎn)對(duì)該區(qū)域的信息進(jìn)行采集，該區(qū)域內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)；第4步動(dòng)態(tài)變換所劃定的區(qū)域及該區(qū)域采集數(shù)據(jù)的代表節(jié)點(diǎn)經(jīng)過多次數(shù)據(jù)采集，當(dāng)超過第1步中設(shè)定的輪詢次數(shù)或者輪詢時(shí)間時(shí)，則進(jìn)行一次全部數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集命令，再重復(fù)第2步。
2.如權(quán)利要求1所述基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗數(shù)據(jù)采集方法，其特征是， 第1步中，根據(jù)檢測(cè)環(huán)境里要求的數(shù)據(jù)采集頻率的高低，決定進(jìn)行輪詢次數(shù)k的設(shè)定還是進(jìn)行輪詢時(shí)間At的設(shè)定。
3.如權(quán)利要求1所述基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗數(shù)據(jù)采集方法，其特征是， 由公式η = (Smax-Smin) /q計(jì)算出的η若有余數(shù)則只進(jìn)不舍。
4.如權(quán)利要求1所述基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗數(shù)據(jù)采集方法，其特征是， 每次執(zhí)行數(shù)據(jù)采集命令時(shí)都重復(fù)第3步來動(dòng)態(tài)的選擇劃定區(qū)域內(nèi)的代表節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗數(shù)據(jù)采集方法，該方法對(duì)ZigBee終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)不同的檢測(cè)環(huán)境，通過減少與匯聚節(jié)點(diǎn)或ZigBee路由節(jié)點(diǎn)之間通信的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)數(shù)目的方法，既滿足一定的檢測(cè)精確度，又能夠降低網(wǎng)絡(luò)的能耗。該數(shù)據(jù)采集方法可以靈活的應(yīng)用于不同的應(yīng)用環(huán)境和不同對(duì)象的檢測(cè)中。獨(dú)特的信息壓縮因子的設(shè)置可以在滿足檢測(cè)精度的基礎(chǔ)上最大限度的降低網(wǎng)絡(luò)能耗。在該低能耗數(shù)據(jù)采集方法中，動(dòng)態(tài)的區(qū)域劃分、動(dòng)態(tài)的代表節(jié)點(diǎn)的選擇及以剩余能量與采集信息消耗能量之差來選擇區(qū)域內(nèi)代表節(jié)點(diǎn)的方法，都達(dá)到了平衡無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗、延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的目的。
文檔編號(hào)H04W52/02GK102340855SQ201110362678
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者唐秀芳, 王艷, 紀(jì)志成, 高春能 申請(qǐng)人:江南大學(xué)