本實(shí)用新型涉及無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尤其涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)以及系統(tǒng)中的支點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)。

背景技術(shù)：

無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器支點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在智能交通、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)見圖1，其分為傳感支點(diǎn)與中繼支點(diǎn)兩大類，中繼支點(diǎn)只是通訊上的信息中轉(zhuǎn)，傳感支點(diǎn)只做數(shù)據(jù)采集與信息傳輸，沒有信息中轉(zhuǎn)的能力，故支點(diǎn)之間是星狀網(wǎng)絡(luò)形式存在。這種架構(gòu)需要針對(duì)應(yīng)用場景的實(shí)際情況進(jìn)行專門的布置設(shè)計(jì)，較為復(fù)雜和繁瑣，且一旦場景發(fā)生變化就會(huì)影響監(jiān)控效果；如果中繼支點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能出現(xiàn)癱瘓，無法完成數(shù)據(jù)傳輸，而且中繼支點(diǎn)需要持續(xù)保持工作狀態(tài)，能耗較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)上述問題提出了一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，包括多個(gè)支點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程服務(wù)器，其特征在于：

多個(gè)支點(diǎn)組成多跳網(wǎng)絡(luò)，用于采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)關(guān)；

網(wǎng)關(guān)，用于將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)程服務(wù)器；

遠(yuǎn)程服務(wù)器，用于接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行后續(xù)處理；

該多跳網(wǎng)絡(luò)形成多層拓?fù)?，每層包括一個(gè)或多個(gè)支點(diǎn)。

進(jìn)一步地，該多層拓?fù)浒ňW(wǎng)狀、樹狀、星狀和線狀拓?fù)洹?/p>

進(jìn)一步地，該多層拓?fù)涫莿?dòng)態(tài)變化的。

進(jìn)一步地，該多層拓?fù)錇?0層拓?fù)洹?/p>

進(jìn)一步地，支點(diǎn)在沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)進(jìn)入休眠模式。

進(jìn)一步地，組成多跳網(wǎng)絡(luò)的方式為：網(wǎng)關(guān)發(fā)出第一組網(wǎng)幀；能夠收到第一組網(wǎng)幀的支點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)作為第一層支點(diǎn)，再發(fā)出第二組網(wǎng)幀；收到第二組網(wǎng)幀的支點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)作為第二層支點(diǎn)，再發(fā)出第三組網(wǎng)幀，依次類推形成多層拓?fù)?；滿足預(yù)設(shè)條件，組網(wǎng)完畢。

進(jìn)一步地，支點(diǎn)收到組網(wǎng)幀時(shí)根據(jù)信號(hào)門限值，確認(rèn)自身是否具備入網(wǎng)條件，如果具備則加入網(wǎng)絡(luò)，否則不加入網(wǎng)絡(luò)。

進(jìn)一步地，所述確認(rèn)自身是否具備入網(wǎng)條件包括比較組網(wǎng)幀信號(hào)強(qiáng)度與信號(hào)門限值，當(dāng)大于門限值時(shí)則具備。

進(jìn)一步地，采用隔層同傳的工作模式，即當(dāng)?shù)谝粚又c(diǎn)在上傳數(shù)據(jù)時(shí)，單數(shù)層支點(diǎn)同時(shí)傳輸；當(dāng)?shù)诙又c(diǎn)在上傳數(shù)據(jù)時(shí)，雙數(shù)層支點(diǎn)同時(shí)傳輸。

進(jìn)一步地，系統(tǒng)應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測，支點(diǎn)分布于基礎(chǔ)設(shè)施上。

本實(shí)用新型還提出了一種上述無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)中的支點(diǎn)，其特征在于包括：

傳感模塊，用于采集數(shù)據(jù)，包括雙傾角傳感模塊和/或激光測距傳感模塊；

接口模塊，用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；

MCU控制器，具有嵌入式系統(tǒng)，用于控制支點(diǎn)中其它模塊以及執(zhí)行組成多跳網(wǎng)絡(luò)的功能。

進(jìn)一步地，傳感模塊包括主傳感模塊和輔助傳感模塊。

進(jìn)一步地，主傳感模塊兼容數(shù)據(jù)接口，包括MEMS類型傾角傳感器、高精度激光傳感器、0-20mA類型傳感器、0-5V類型傳感器、400-6000Hz類型振弦式傳感器、電阻類型傳感器。

進(jìn)一步地，接口模塊包括無線通信模塊。

進(jìn)一步地，還包括供電模塊、存儲(chǔ)模塊和/或時(shí)鐘控制模塊。

進(jìn)一步地，所述供電模塊用于提供整個(gè)支點(diǎn)的電源與管理，內(nèi)置于支點(diǎn)之中，為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)電池。

本實(shí)用新型還提出了一種上述無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括：

接口模塊，用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；

MCU控制器，具有嵌入式系統(tǒng)，用于控制支點(diǎn)中其它模塊以及執(zhí)行組成多跳網(wǎng)絡(luò)的功能。

進(jìn)一步地，接口模塊包括與支點(diǎn)通信的MESH無線模塊與遠(yuǎn)程服務(wù)器通信的移動(dòng)通信無線模塊。

進(jìn)一步地，接口模塊還包括標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)接口。

進(jìn)一步地，還包括存儲(chǔ)模塊、電源模塊、與電源模塊連接的低功耗供電模塊和/或時(shí)鐘控制模塊。

進(jìn)一步地，電源模塊用于提供整個(gè)網(wǎng)關(guān)的電源與管理，內(nèi)置于網(wǎng)關(guān)之中，為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)電池。

進(jìn)一步地，還包括用于監(jiān)測網(wǎng)關(guān)健康狀況的健康模塊和輔助傳感模塊。

進(jìn)一步地，MCU控制器包括彼此連接的第一MCU控制器和第二MCU控制器，第一MCU控制器連接MESH無線模塊、低功耗供電模塊、健康模塊、輔助傳感模塊、時(shí)鐘控制模塊；第二MCU控制器連接接口模塊、存儲(chǔ)模塊、低功耗供電模塊、時(shí)鐘控制模塊。

由上可見，本實(shí)用新型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)中沒有嚴(yán)格意義上的中繼功能支點(diǎn)，因?yàn)橹c(diǎn)組成了多層拓?fù)涞亩嗵W(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)支點(diǎn)都同時(shí)具備功能作用與中繼作用，這樣使得復(fù)雜空間中(如地下復(fù)雜空間，尤其會(huì)受到無線信號(hào)傳輸中所產(chǎn)生的多路徑效應(yīng)影響)的監(jiān)測部署更加便捷、可靠；即使有支點(diǎn)發(fā)生故障也不會(huì)影響其它支點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集和上傳；并可對(duì)于故障支點(diǎn)通過其自身所攜帶的支點(diǎn)健康模塊、輔助傳感模塊，根據(jù)其歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，明確現(xiàn)場維護(hù)的工作內(nèi)容；而且這種架構(gòu)允許支點(diǎn)進(jìn)入休眠模式以降低能耗，延長使用時(shí)間；系統(tǒng)中的支點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)采用處理器與嵌入式系統(tǒng)的結(jié)合，能夠有利于功能的配置和執(zhí)行。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定，在附圖中：

圖1為現(xiàn)有的無線傳感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的示意圖；

圖2為根據(jù)本實(shí)用新型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)的示意圖；

圖3為根據(jù)本實(shí)用新型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)中支點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為根據(jù)本實(shí)用新型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型，在此本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本實(shí)用新型，但并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。

圖2為根據(jù)本實(shí)用新型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)的示意圖。其中包括多個(gè)支點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程服務(wù)器，多個(gè)支點(diǎn)組成多跳網(wǎng)絡(luò)，用于采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)關(guān)，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)程服務(wù)器以進(jìn)行后續(xù)處理。在本實(shí)用新型的監(jiān)測系統(tǒng)中，多個(gè)支點(diǎn)形成了具有多層拓?fù)涞亩嗵W(wǎng)絡(luò)，每層可以包括一個(gè)或多個(gè)支點(diǎn)，最下層的支點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)向上面一層支點(diǎn)發(fā)送，最上層的支點(diǎn)將收到的數(shù)據(jù)和自身采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，其它層的支點(diǎn)接收來自下層支點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并與本支點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)一并發(fā)送給上層支點(diǎn)。多層拓?fù)浒ňW(wǎng)狀、樹狀、星狀、線狀拓?fù)?，并且可以根?jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況、信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)干擾或支點(diǎn)數(shù)量增減等而動(dòng)態(tài)變化，例如當(dāng)存在外界物體的干擾(如列車通過，金屬類障礙物阻隔等)、網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)支點(diǎn)的信號(hào)變強(qiáng)或變?nèi)?如天線受損)、網(wǎng)絡(luò)中增加(例如監(jiān)測規(guī)模增大而添加新的支點(diǎn))或減少支點(diǎn)(例如支點(diǎn)出現(xiàn)故障)或者滿足其它預(yù)定的條件時(shí)，該多層拓?fù)涞男螤钜约巴負(fù)鋵訑?shù)都可以相應(yīng)改變以適應(yīng)新的場景和網(wǎng)絡(luò)狀況。這種動(dòng)態(tài)改變也可以是定期執(zhí)行的或者滿足某種條件超過一定時(shí)間閾值時(shí)執(zhí)行，以避免暫時(shí)和偶然情況引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁改變。該多層拓?fù)涞膶訑?shù)優(yōu)選地為10層。支點(diǎn)在沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可以進(jìn)入休眠模式，在收到喚醒幀或有數(shù)據(jù)要傳輸或者到達(dá)預(yù)定時(shí)間時(shí)恢復(fù)工作模式。該無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以應(yīng)用于橋梁、隧道、樓宇等基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測，其中支點(diǎn)分布于基礎(chǔ)設(shè)施上，網(wǎng)關(guān)可以設(shè)置在便于與支點(diǎn)進(jìn)行通信以及與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的位置或者為可移動(dòng)的形式，例如手持智能終端。

圖3為根據(jù)本實(shí)用新型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)中支點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。支點(diǎn)包括用于采集數(shù)據(jù)的傳感模塊，包括主傳感模塊和輔助傳感模塊，主傳感模塊兼容數(shù)據(jù)接口，包括MEMS類型傾角傳感器、高精度激光傳感器、0-20mA類型傳感器、0-5V類型傳感器、400-6000Hz類型振弦式傳感器、電阻類型傳感器；接口模塊包括無線通信模塊，用于與網(wǎng)關(guān)和/或其它支點(diǎn)連接以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；供電模塊用于提供整個(gè)支點(diǎn)的電源與管理，內(nèi)置于支點(diǎn)之中，為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)電池，典型地可采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)1號(hào)電池；FLASH存儲(chǔ)模塊用于數(shù)據(jù)和程序的存儲(chǔ)；還包括時(shí)鐘控制模塊和支點(diǎn)健康模塊，其中支點(diǎn)健康模塊用于判斷自身健康，具體地可包括電量監(jiān)測與溫度傳感電路，當(dāng)電量過低或溫度過高時(shí)，則認(rèn)為支點(diǎn)處于不健康狀態(tài)；各模塊的工作由具有嵌入式系統(tǒng)的MCU控制器進(jìn)行統(tǒng)一控制，以執(zhí)行包括參數(shù)配置、數(shù)據(jù)收發(fā)和中繼、功耗管理、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)、監(jiān)測支點(diǎn)健康、支點(diǎn)定位等功能，其還執(zhí)行組成多跳網(wǎng)絡(luò)的功能使得支點(diǎn)能夠與其它支點(diǎn)一起組成網(wǎng)絡(luò)。其中，參數(shù)配置包括監(jiān)測周期、無線頻段、入網(wǎng)門限、中繼時(shí)間等參數(shù)的配置。

傳感模塊可以為雙傾角傳感模塊或激光測距傳感模塊，采用雙傾角傳感模塊的傾角傳感支點(diǎn)內(nèi)置一節(jié)2/3A工業(yè)級(jí)電池，整機(jī)尺寸51x50x40mm，監(jiān)測頻率為1小時(shí)時(shí)，通過其無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及硬件方面的低功耗設(shè)計(jì)理念，可持續(xù)工作3年以上；采用激光測距傳感模塊的激光測距支點(diǎn)內(nèi)置一節(jié)D型工業(yè)級(jí)電池，整機(jī)尺寸100x100x60mm，監(jiān)測頻率為1小時(shí)時(shí)，通過其無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及硬件方面的低功耗設(shè)計(jì)理念，可持續(xù)工作5年以上。

圖4為根據(jù)本實(shí)用新型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。網(wǎng)關(guān)包括接口模塊、電源模塊、存儲(chǔ)模塊、供電模塊、時(shí)鐘控制模塊、健康模塊、輔助傳感模塊和MCU控制器。接口模塊有多個(gè)，MESH無線模塊用于與支點(diǎn)通信，移動(dòng)通信無線模塊用于與遠(yuǎn)程服務(wù)器通信，移動(dòng)通信無線模塊為可更換式移動(dòng)基站網(wǎng)絡(luò)模塊，兼容2/3/4/5G網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)不同地理區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)制式差異，做相應(yīng)的配置，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)接口用于以有線方式與現(xiàn)場工控機(jī)連接。電源模塊包括電池供電主模塊和DC模塊，可以根據(jù)情況選擇不同的供電方式，低功耗供電模塊與電源模塊連接，存儲(chǔ)模塊為SD卡，健康模塊包括電量監(jiān)測與溫度傳感器，可以有效感知網(wǎng)關(guān)自身的健康狀態(tài)。在該實(shí)施例中，MCU控制器包括彼此連接的第一MCU控制器和第二MCU控制器，第一MCU控制器連接MESH無線模塊、低功耗供電模塊、健康模塊、輔助傳感模塊、時(shí)鐘控制模塊；第二MCU控制器連接接口模塊、存儲(chǔ)模塊、低功耗供電模塊、時(shí)鐘控制模塊。MCU控制器具有嵌入式系統(tǒng)，用于控制網(wǎng)關(guān)中其它模塊的工作，包括與服務(wù)器間的無線聯(lián)網(wǎng)和TCP/IP連接、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、能耗管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自定位、健康監(jiān)測、參數(shù)配置。其中，參數(shù)配置包括監(jiān)測周期，無線頻道，數(shù)據(jù)回傳時(shí)間等參數(shù)的配置。通過與支點(diǎn)的信息交互，MCU控制器控制支點(diǎn)組成多跳網(wǎng)絡(luò)。所述供電模塊用于提供整個(gè)網(wǎng)關(guān)的電源與管理，內(nèi)置于網(wǎng)關(guān)之中，為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)電池。典型地，網(wǎng)關(guān)可內(nèi)置四節(jié)D型工業(yè)級(jí)電池，整機(jī)尺寸180x140x60mm，監(jiān)測頻率為1小時(shí)，通過其無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上增添與網(wǎng)絡(luò)連接次數(shù)為N(N可設(shè)置為1-99倍的實(shí)際監(jiān)測頻率)，進(jìn)而減少了網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程服務(wù)器的聯(lián)通頻次，以及硬件方法的低功耗設(shè)計(jì)理念，可持續(xù)工作3年以上。

以上對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只適用于幫助理解本實(shí)用新型實(shí)施例的原理；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，在具體實(shí)施方式以及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。