專利名稱：一種無線傳感網絡中的能耗監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機網絡技木，尤其涉及一種無線傳感網絡中的能耗監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks)是由多個微型傳感器節(jié)點組成的新型網絡，它集合了計算機網絡技術、通信技術、傳感器技術和嵌入式計算技術等多種先進技木通過該網絡能夠相互協(xié)作地感知、采集和處理網絡覆蓋區(qū)域內監(jiān)測對象的信息，信息經過節(jié)點的計算和處理后通過無線通信的方式傳送給用戶系統(tǒng)。無線傳感器網絡是新型的傳感器網絡，是21世紀較為重要的一項技術之一，它的出現引起了人們的廣泛關注。由于環(huán)境因素影響，無線傳感器網絡節(jié)點位置不易預先精確設定，網絡中節(jié)點之間的距離一般在幾十到幾百米范圍內，因此若想準確監(jiān)測周圍環(huán)境的信息需要部署大量的 節(jié)點。在無線傳感器網路中，多數傳感器節(jié)點靠電池供電，傳感器節(jié)點本身的設計雖然節(jié)省能耗，但電池的能量仍然有限，且在很多應用場景下，由于條件的限制，維護人員難以更換電池，甚至不能更換。這樣網絡生存壽命和網絡整體性能的問題成為我們使用無線傳感器網絡做部署時首要考慮的問題。在無線傳感器網絡中，有效使用片上有限的各項資源，尤其是能量資源，使節(jié)點盡可能長時間的工作便成了急需解決的核心問題。

發(fā)明內容
基于上述問題，本發(fā)明提出一種從能量監(jiān)測的角度分析無線傳感器網絡能耗情況從而可以監(jiān)測無線傳感網絡中的能耗使用情況的系統(tǒng)。本發(fā)明的技術方案如下
ー種無線傳感網絡的能耗監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括節(jié)點能耗檢測守護模塊、能耗監(jiān)測模塊和主控端應用模塊，其中
能耗檢測守護模塊運行于傳感器節(jié)點層，用于能耗數據的檢測、處理和轉發(fā)；
能耗監(jiān)測模塊運行在嵌入式網關層，用于能耗數據的接收、存儲、顯示和同傳；
主控端模塊運行在任意類型的PC機上，用于數據的接收、存儲、分析和處理并顯示以及整個能耗監(jiān)測系統(tǒng)的控制。其中傳感器節(jié)點與網關節(jié)點的連接采用串ロ連接的方式，網關設備應該至少包含一個串行通信接ロ。主控端控制模塊控制能耗監(jiān)測系統(tǒng)的運行，主控端在接收到能耗數據后將其存儲到數據庫中。本發(fā)明還提供了一種無線傳感網絡中的能耗監(jiān)測方法，包括
檢測傳感器節(jié)點能耗數據，監(jiān)測各個節(jié)點的能耗值數據并通過串ロ轉發(fā)出去；
存儲、顯示與轉發(fā)網關節(jié)點能耗數據，包括傳感器節(jié)點的能耗監(jiān)測、能耗數據在網關節(jié)點的存儲以及能耗與電流值的實時顯示；
控制主控端PC機系統(tǒng)，接收和存儲能耗數據，以及比較多個節(jié)點能耗。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的部分實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它附圖。圖I示出了根據本發(fā)明的一個實施例的能耗監(jiān)測系統(tǒng)結構圖。
具體實施例方式
·
下面結合附圖來詳細地描述本發(fā)明的具體實施例。下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍?；赯igBee的無線傳感器網絡能耗監(jiān)測系統(tǒng)由以下三個模塊組成傳感器節(jié)點上的能耗檢測守護模塊、網關節(jié)點上的能耗監(jiān)測模塊和主控端PC機上的控制模塊。能耗檢測守護模塊負責客觀檢測數據傳輸模塊在發(fā)送數據時的瞬時能耗，并通過串ロ將能耗值發(fā)送到網關節(jié)點上；能耗監(jiān)測模塊接收傳感器節(jié)點發(fā)送過來的能耗數據，并將數據轉換成電量值的形式存儲到開發(fā)板上，并通過Wifi傳輸的方式將記錄在網關節(jié)點上的數據傳輸到主控端PC機上；主控端控制模塊控制能耗監(jiān)測系統(tǒng)的運行，主控端在接收到能耗數據后將其存儲到數據庫中，最終實現可通過該模塊比較多個節(jié)點的能耗，主控端不僅可以完成數據的接收和比較，還可以控制能耗監(jiān)測系統(tǒng)的開啟與關閉。在能耗監(jiān)測系統(tǒng)三層的體系結構中，傳感器-網關-主控端三層分別完成以下功倉泛
傳感器節(jié)點層。設計并實現帶有能耗檢測功能的傳感器節(jié)點，檢測傳感器節(jié)點的能耗，并對檢測到的數據分析處理，最后通過串ロ轉發(fā)出去；
網關層。收集傳感器節(jié)點發(fā)送過來的能耗數據，并判斷數據的有效性，并將大量有效數據以固定格式存儲在網關節(jié)點上，最后通過無線Wifi將數據傳送至主控端控制節(jié)點上；
主控端控制層。控制系統(tǒng)的開啟與關閉，通過控制網關節(jié)點來完成整個能耗數據采集的過程，最終在主控端模塊上能進行能耗的對比和分析，將采集到的數據進行分析、處理，并輸出用戶想要的結果。圖I為模擬的能耗監(jiān)測系統(tǒng)結構圖。能耗監(jiān)測系統(tǒng)的實驗環(huán)境包括其中多個ZigBee節(jié)點組成的無線傳感器網絡，多個與ZigBee節(jié)點通信的嵌入式網關以及一臺主控端PC機，能耗數據的采集從節(jié)點到網關在到主控端PC機，能耗檢測守護模塊運行在ZigBee節(jié)點上，能耗監(jiān)測模塊運行在網關節(jié)點上，主控端模塊運行在主控端PC機上，傳感器節(jié)點與網關節(jié)點通信采用串ロ，網關節(jié)點與主控端的連接則采用無線Wifi。系統(tǒng)主要包含節(jié)點能耗檢測守護模塊、能耗監(jiān)測模塊和主控端應用模塊。能耗檢測守護模塊運行于傳感器節(jié)點層，主要負責能耗數據的檢測、處理和轉發(fā)；能耗監(jiān)測模塊運行在嵌入式網關層，主要負責能耗數據的接收、存儲、顯示和同傳；而主控端模塊運行在任意類型的PC機上，主要負責數據的接收、存儲、分析和處理并顯示以及整個能耗監(jiān)測系統(tǒng)的控制。為了能方便直觀的查看節(jié)點的能耗情況，網關節(jié)點需要帶有ー個塊顯示屏，能耗監(jiān)測模塊需帶有圖形化顯示界面，模塊在屏幕上可以顯示傳感器節(jié)點從開始記錄數據到停止記錄數據時消耗的能耗、時長等信息，介于更周全的考慮，圖形化界面上還可以包含臨時能耗值以及能耗、電流的實時圖形顯示。能耗監(jiān)測模塊不僅可以作為檢測傳感器節(jié)點能耗的工具，未來還可以作為傳感器節(jié)點故障檢測的工具?？紤]數據采集的準確性，本系統(tǒng)傳感器節(jié)點與網關節(jié)點的連接采用串ロ連接的方式，傳感器節(jié)點上有ー塊數據轉換芯片MAX3223，因此網關設備應該至少包含一個串行通信接ロ。主控端應用模塊主要與網關節(jié)點進行交互，不僅要控制整個能耗監(jiān)測網絡運行，還要對后期獲取的數據進行分析處理。綜合上述內容，基于ZigBee的無線傳感器網絡能耗監(jiān)測系統(tǒng)主要實現以下功能 傳感器節(jié)點能耗數據的檢測。監(jiān)測各個節(jié)點的能耗值數據并通過串ロ轉發(fā)出去； 網關節(jié)點能耗數據的存儲、顯示與轉發(fā)。包括傳感器節(jié)點的能耗監(jiān)測、能耗數據在網關 節(jié)點的存儲以及能耗與電流值的實時顯示等；
主控端PC機系統(tǒng)的控制，能耗數據的接收和存儲，以及多個節(jié)點能耗的比較等等。包括能耗監(jiān)測網絡的控制，數據的傳輸，數據的分析、處理等。需要說明的是，以上實施例僅是對本發(fā)明技術方案的示例性描述，而并不是對本發(fā)明的限制；盡管參照上面的實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當可以完全理解的是，在不脫離由本發(fā)明的權利要求書限定的保護范圍已經精神的前提下，可以對上述實施例所記載的技術方案進行修改或者對其中部分技術特征進行等同替換，這些都應該屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種無線傳感網絡的能耗監(jiān)測系統(tǒng)，包括節(jié)點能耗檢測守護模塊、能耗監(jiān)測模塊和主控端應用模塊，其特征在于 能耗檢測守護模塊運行于傳感器節(jié)點層，用于能耗數據的檢測、處理和轉發(fā)； 能耗監(jiān)測模塊運行在嵌入式網關層，用于能耗數據的接收、存儲、顯示和同傳； 主控端模塊運行在任意類型的PC機上，用于數據的接收、存儲、分析和處理并顯示以及整個能耗監(jiān)測系統(tǒng)的控制。
2.權利要求I所述的能耗監(jiān)測系統(tǒng)，其中傳感器節(jié)點與網關節(jié)點的連接采用串口連接的方式，網關設備應該至少包含一個串行通信接口。
3.權利要求I所述的能耗監(jiān)測系統(tǒng)，其中主控端控制模塊控制能耗監(jiān)測系統(tǒng)的運行，主控端在接收到能耗數據后將其存儲到數據庫中?！?br> 4.一種無線傳感網絡中的能耗監(jiān)測方法，包括 檢測傳感器節(jié)點能耗數據，監(jiān)測各個節(jié)點的能耗值數據并通過串口轉發(fā)出去； 存儲、顯示與轉發(fā)網關節(jié)點能耗數據，包括傳感器節(jié)點的能耗監(jiān)測、能耗數據在網關節(jié)點的存儲以及能耗與電流值的實時顯示； 控制主控端PC機系統(tǒng)，接收和存儲能耗數據，以及比較多個節(jié)點能耗。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無線傳感網絡的能耗監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括節(jié)點能耗檢測守護模塊、能耗監(jiān)測模塊和主控端應用模塊，其中能耗檢測守護模塊運行于傳感器節(jié)點層，用于能耗數據的檢測、處理和轉發(fā)；能耗監(jiān)測模塊運行在嵌入式網關層，用于能耗數據的接收、存儲、顯示和同傳；主控端模塊運行在任意類型的PC機上，用于數據的接收、存儲、分析和處理并顯示以及整個能耗監(jiān)測系統(tǒng)的控制。本發(fā)明提供的該系統(tǒng)從能量監(jiān)測的角度分析無線傳感器網絡能耗情況從而可以監(jiān)測無線傳感網絡中的能耗使用情況。
文檔編號H04W84/18GK102857944SQ20121035243
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權日2012年9月21日
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