本發(fā)明屬于信息通信領(lǐng)域，具體涉及一種新型樹狀結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著信息與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在人們?cè)絹碓郊鼻械匦枰獙?duì)外界信息進(jìn)行感知、檢測(cè)以及監(jiān)控，以便及時(shí)調(diào)整自己的工作方式，從而提高工作效率。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個(gè)概念正是基于此而提出的。無線傳感網(wǎng)技術(shù)是一門多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)，綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等，無線傳感網(wǎng)絡(luò)將這些技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)信息的采集以及數(shù)字量化、無線信息傳輸、智能信息處理以及系統(tǒng)的互聯(lián)，是一項(xiàng)非常有潛力的前沿?zé)衢T技術(shù)。

無線傳感網(wǎng)是由部署在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)無線傳感器節(jié)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)，目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知的對(duì)象信息，并發(fā)送給觀察者。傳感網(wǎng)有感知自然界的數(shù)據(jù)的采集功能，能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸，甚至有執(zhí)行的功能，是無線通信領(lǐng)域促進(jìn)信息和通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。美國(guó)《商業(yè)周刊》預(yù)測(cè)未來技術(shù)發(fā)展報(bào)告中將無線傳感網(wǎng)技術(shù)列為21世紀(jì)最有影響的10大技術(shù)之首。無線傳感網(wǎng)技術(shù)將成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，將成為各國(guó)占領(lǐng)信息技術(shù)領(lǐng)域新的制高點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，被視為信息技術(shù)的一次歷史性機(jī)遇。因此，無線傳感網(wǎng)技術(shù)其發(fā)展備受關(guān)注，各國(guó)也正大力投入，積極發(fā)展，都是看中了其廣闊的應(yīng)用前景和對(duì)社會(huì)生活的巨大影響，以期改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式，并借此促進(jìn)未來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

無線傳感網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，可以借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置的各種各樣的傳感器測(cè)量所在周邊環(huán)境中的熱量、聲波和雷達(dá)等信號(hào)，從而探測(cè)包括溫度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力和土壤成分等眾多人們感興趣的物理現(xiàn)象，因此可以應(yīng)用在軍事、建筑、醫(yī)療、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防等等許多不同的領(lǐng)域。因此，對(duì)無線傳感網(wǎng)技術(shù)的研究，無論是在理論上還是在實(shí)際應(yīng)用上，都具有非常廣闊的前景。

目前，國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)在傳感網(wǎng)方向的技術(shù)開發(fā)，主要以在ZigBee產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行的簡(jiǎn)單二次開發(fā)為主，自主研發(fā)較少。ZigBee是一種可用于物聯(lián)網(wǎng)的無線通信組網(wǎng)技術(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)為歐美國(guó)家提出，目前其核心技術(shù)及產(chǎn)品全部為歐美國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)所掌控。但是，因?yàn)閆igBee的核心技術(shù)和產(chǎn)品都掌握在歐美國(guó)家手中，在中國(guó)只通過代理商進(jìn)行銷售；同時(shí)ZigBee封閉了底層協(xié)議，只向代理廠商開放簡(jiǎn)單的外部接口，這就使代理商的二次開發(fā)受到了相當(dāng)大的局限，而目前國(guó)內(nèi)的客戶需求非常具有個(gè)性化和差異化，絕大部分不能直接應(yīng)用現(xiàn)有的ZigBee產(chǎn)品，這使國(guó)內(nèi)的代理廠商在未來相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)只能選擇一些規(guī)模狹小的細(xì)分市場(chǎng)，發(fā)展?jié)摿Σ淮?。同時(shí)，在涉及到國(guó)家安全和一些重要行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，ZigBee產(chǎn)品或者無法應(yīng)用，或者存在較大的安全隱患?；诖?，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易樹狀結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)的組網(wǎng)方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種新型樹狀結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)方法及其系統(tǒng)。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種新型樹狀結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)方法，其特征在于：包括以下步驟：提供一無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)，該無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)包括傳感節(jié)點(diǎn)、用于中繼傳輸?shù)穆酚晒?jié)點(diǎn)及匯聚節(jié)點(diǎn)；傳感節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)；匯聚節(jié)點(diǎn)將信息通過無線網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂圃O(shè)備；如果需要中繼傳輸，則需要添加路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼傳輸；數(shù)據(jù)傳輸包括以下步驟：S1：將數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間分成一幀，一幀內(nèi)包括偵聽以及發(fā)送兩個(gè)時(shí)隙；S2：在偵聽時(shí)隙內(nèi)，要發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行載波偵聽，如果發(fā)現(xiàn)信道空閑，則轉(zhuǎn)入發(fā)送時(shí)隙；如果信道盲則繼續(xù)偵聽；S3：源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入發(fā)送時(shí)隙后，首先向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)RTS信號(hào)，目的節(jié)點(diǎn)收到RTS信號(hào)后，向源節(jié)點(diǎn)回應(yīng)CTS信號(hào)；S4：源節(jié)點(diǎn)正確收到CTS信號(hào)以后，認(rèn)為完成了握手，然后開始發(fā)送DATA，目的節(jié)點(diǎn)正確接收到DATA以后，再向源節(jié)點(diǎn)回應(yīng)一個(gè)ACK信號(hào)，源節(jié)點(diǎn)收到ACK以后，才確認(rèn)一次數(shù)據(jù)傳輸完成，否則返回S3；S5：在路由方式上，先發(fā)送帶有m元數(shù)據(jù)屬性的路由發(fā)現(xiàn)信息，m為數(shù)據(jù)屬性，如果下一跳路由節(jié)點(diǎn)認(rèn)為這個(gè)m元數(shù)據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，則回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，否則不予理睬，收到應(yīng)該信號(hào)的源路由節(jié)點(diǎn)則發(fā)送DATA。

進(jìn)一步的，所述傳感節(jié)點(diǎn)為采集型傳感節(jié)點(diǎn)，其工作流程為：當(dāng)采集型傳感節(jié)點(diǎn)完成上電初始化的工作以后，它將會(huì)向周邊發(fā)送網(wǎng)絡(luò)搜索指令，當(dāng)路由節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)搜索指令后將給采集型傳感節(jié)點(diǎn)回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，采集型傳感節(jié)點(diǎn)保存路由地址信息并進(jìn)入休眠；當(dāng)?shù)却芷诮Y(jié)束，采集型傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)后，采集型傳感節(jié)點(diǎn)將會(huì)被喚醒，然后發(fā)送進(jìn)網(wǎng)指令告知路由表中的路由節(jié)點(diǎn)已經(jīng)處于工作狀態(tài)，路由節(jié)點(diǎn)此時(shí)向采集型傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)出采集數(shù)據(jù)的命令；采集型傳感節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給路由節(jié)點(diǎn)從而完成一次采集流程，然后又進(jìn)入休眠狀態(tài)直到下一次等待周期的結(jié)束；當(dāng)采集型傳感節(jié)點(diǎn)處于工作狀態(tài)時(shí)，除了采集指令，路由節(jié)點(diǎn)還向其發(fā)送改變當(dāng)前工作參數(shù)和讀取當(dāng)前工作參數(shù)的命令，采集型傳感節(jié)點(diǎn)都將根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

進(jìn)一步的，所述傳感節(jié)點(diǎn)為觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)，其工作流程：當(dāng)觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)完成上電初始化的工作以后，它將會(huì)向周邊發(fā)送網(wǎng)絡(luò)搜索指令，當(dāng)路由節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)搜索指令后將給觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)保存路由地址信息并進(jìn)入休眠；當(dāng)觸發(fā)條件被滿足的時(shí)候，觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)將會(huì)被喚醒從而進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)它將向路由表中的路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息通知其已處于工作狀態(tài)，收到該信息后，路由節(jié)點(diǎn)向它發(fā)出采集數(shù)據(jù)的命令，觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給路由節(jié)點(diǎn)從而完成一次采集流程，然后又進(jìn)入休眠狀態(tài)直到下一次被觸發(fā)。

進(jìn)一步的，所述路由節(jié)點(diǎn)的工作流程：當(dāng)路由節(jié)點(diǎn)完成上電初始化的工作后，路由節(jié)點(diǎn)首先發(fā)出網(wǎng)絡(luò)搜索指令，尋找附近的網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)附近存在網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)中的其他路由節(jié)點(diǎn)將應(yīng)答這個(gè)網(wǎng)絡(luò)搜索指令并回復(fù)應(yīng)答指令；該路由節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)應(yīng)答指令后，將其加為父路由節(jié)點(diǎn)，而父路由節(jié)點(diǎn)則將其加為子路由節(jié)點(diǎn)，如此組成一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)加入網(wǎng)絡(luò)后，路由節(jié)點(diǎn)就一直處于等待接收的過程當(dāng)中，對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)或指令，路由節(jié)點(diǎn)將會(huì)根據(jù)不同的指令做出不同的執(zhí)行動(dòng)作：當(dāng)接收到的是傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)網(wǎng)指令后，路由節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)父路由節(jié)點(diǎn)的要求，向其發(fā)送數(shù)據(jù)采集、參數(shù)采集、參數(shù)上報(bào)等指令，同時(shí)等待傳感節(jié)點(diǎn)的回復(fù)數(shù)據(jù)；當(dāng)接收到的是其他路由節(jié)點(diǎn)的指令后，它將根據(jù)具體的指令要求，去執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)搜索、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、參數(shù)采集等相關(guān)工作；同時(shí)，路由節(jié)點(diǎn)所有的數(shù)據(jù)傳輸都遵循m元數(shù)據(jù)屬性原則，即可以通過相應(yīng)的允許性設(shè)置，選擇性地進(jìn)行傳送在允許范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)或指令，如果不設(shè)置，則默認(rèn)將轉(zhuǎn)發(fā)所有的數(shù)據(jù)或指令。

進(jìn)一步的，所述匯聚節(jié)點(diǎn)的工作流程：當(dāng)匯聚節(jié)點(diǎn)完成上電初始化的工作后，匯聚節(jié)點(diǎn)就一直處于等待接收的過程當(dāng)中，對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)或指令，匯聚節(jié)點(diǎn)將會(huì)根據(jù)不同的指令做出不同的執(zhí)行動(dòng)作；當(dāng)接收到的是傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)網(wǎng)指令后，匯聚節(jié)點(diǎn)向其發(fā)送數(shù)據(jù)采集、參數(shù)采集、參數(shù)上報(bào)及其他指令，同時(shí)等待傳感節(jié)點(diǎn)的回復(fù)數(shù)據(jù)；當(dāng)接收到的是子路由節(jié)點(diǎn)的指令后，匯聚節(jié)點(diǎn)將根據(jù)具體的指令要求，去執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)搜索、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、參數(shù)采集及其他相關(guān)工作；當(dāng)接收到的是上位機(jī)指令時(shí)，匯聚節(jié)點(diǎn)也將根據(jù)指令調(diào)整全網(wǎng)工作狀態(tài)。

本發(fā)明還提供一種新型樹狀結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于：包括傳感節(jié)點(diǎn)、用于中繼傳輸?shù)穆酚晒?jié)點(diǎn)及匯聚節(jié)點(diǎn)；所述傳感節(jié)點(diǎn)包括負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)的傳感器模塊；匯聚節(jié)點(diǎn)將通過無線網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)方式與中央控制設(shè)備連接。

進(jìn)一步的，所述傳感節(jié)點(diǎn)為采集型傳感節(jié)點(diǎn)或觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)。

進(jìn)一步的，所述傳感節(jié)點(diǎn)還包括能量管理模塊、射頻通信模塊及核心處理模塊；所述能量管理模塊分別與射頻通信模塊、核心處理模塊、傳感器模塊連接；核心處理模塊分別與射頻通信模塊、傳感器模塊連接；所述射頻通信模塊包括射頻電路及射頻預(yù)處理電路；所述核心處理模塊包括核心處理器及存儲(chǔ)器。

進(jìn)一步的，路由節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)均包括能量管理模塊、射頻通信模塊、核心處理模塊及數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述能量管理模塊分別與射頻通信模塊、核心處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊連接；核心處理模塊分別與射頻通信模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊連接；所述射頻通信模塊包括射頻電路及射頻預(yù)處理電路；所述核心處理模塊包括核心處理器及存儲(chǔ)器；所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括通信接口及通信控制芯片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：在路由方式上，本發(fā)明的路由方法根據(jù)無線傳感網(wǎng)本身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種新的基于數(shù)據(jù)的樹狀結(jié)構(gòu)路由協(xié)議，該協(xié)議是樹狀結(jié)構(gòu)的，也就是說它將監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的傳感節(jié)點(diǎn)分成若干個(gè)樹枝，而路由節(jié)點(diǎn)則是分叉節(jié)點(diǎn)；然后它是基于數(shù)據(jù)的，也就是說，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，該協(xié)議不會(huì)像傳統(tǒng)AODV那樣，直接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到所有可到達(dá)路徑的下一跳路由，而是先發(fā)送帶有m元數(shù)據(jù)屬性的（m為數(shù)據(jù)屬性）路由發(fā)現(xiàn)信息，如果下一跳路由節(jié)點(diǎn)認(rèn)為這個(gè)m元數(shù)據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，則回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，否則不予理睬，收到應(yīng)該信號(hào)的源路由節(jié)點(diǎn)則發(fā)送DATA；保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的新型樹狀結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)方法的體系架構(gòu)。

圖2為本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的傳感節(jié)點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)原理框圖。

圖3為本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的匯聚節(jié)點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)原理框圖。

圖4為本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的采集型傳感節(jié)點(diǎn)流程圖。

圖5為本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)流程圖。

圖6為本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的多址接入機(jī)制。

圖7為本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的路由節(jié)點(diǎn)流程圖。

圖8為本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的匯聚節(jié)點(diǎn)流程圖。

圖9為本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的以MSP430F5438A為核心的處理模塊的電路原理圖。

圖10為本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的以NRF905為核心的射頻通信的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋說明。

本發(fā)明提供一種新型樹狀結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)方法，其包括以下步驟：提供一無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)，該無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)包括傳感節(jié)點(diǎn)、用于中繼傳輸?shù)穆酚晒?jié)點(diǎn)及匯聚節(jié)點(diǎn)；傳感節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)；匯聚節(jié)點(diǎn)將信息通過無線網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂圃O(shè)備；如果需要中繼傳輸，則需要添加路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼傳輸，整個(gè)無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)的體系架構(gòu)如附圖1所示；數(shù)據(jù)傳輸包括以下步驟：S1：將數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間分成一幀，一幀內(nèi)包括偵聽以及發(fā)送兩個(gè)時(shí)隙；S2：在偵聽時(shí)隙內(nèi)，要發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行載波偵聽，如果發(fā)現(xiàn)信道空閑，則轉(zhuǎn)入發(fā)送時(shí)隙；如果信道盲則繼續(xù)偵聽；S3：源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入發(fā)送時(shí)隙后，首先向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)RTS信號(hào)，目的節(jié)點(diǎn)收到RTS信號(hào)后，向源節(jié)點(diǎn)回應(yīng)CTS信號(hào)；S4：源節(jié)點(diǎn)正確收到CTS信號(hào)以后，認(rèn)為完成了握手，然后開始發(fā)送DATA，目的節(jié)點(diǎn)正確接收到DATA以后，再向源節(jié)點(diǎn)回應(yīng)一個(gè)ACK信號(hào)，源節(jié)點(diǎn)收到ACK以后，才確認(rèn)一次數(shù)據(jù)傳輸完成，否則返回S3；S5：在路由方式上，先發(fā)送帶有m元數(shù)據(jù)屬性的路由發(fā)現(xiàn)信息，m為數(shù)據(jù)屬性，如果下一跳路由節(jié)點(diǎn)認(rèn)為這個(gè)m元數(shù)據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，則回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，否則不予理睬，收到應(yīng)該信號(hào)的源路由節(jié)點(diǎn)則發(fā)送DATA。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，傳感節(jié)點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)原理框圖參見圖2，匯聚節(jié)點(diǎn)（路由節(jié)點(diǎn)）電路結(jié)構(gòu)原理框圖。

由于傳感節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間都工作在睡眠狀態(tài)，只有在需要采集周邊環(huán)境的條件下才會(huì)轉(zhuǎn)入到工作狀態(tài)從而開始采集數(shù)據(jù)，因此在傳感節(jié)點(diǎn)的工作流程上，傳感節(jié)點(diǎn)又可被分為采集型傳感節(jié)點(diǎn)和觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)。采集型傳感節(jié)點(diǎn)是指按照周期規(guī)律，定時(shí)采集周邊環(huán)境的傳感節(jié)點(diǎn)而觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)使指需要滿足一定觸發(fā)條件而被喚醒的傳感節(jié)點(diǎn)。

采集型傳感節(jié)點(diǎn)的工作流程如附圖4所示，工作流程為：當(dāng)采集型傳感節(jié)點(diǎn)完成上電初始化的工作以后，它將會(huì)向周邊發(fā)送網(wǎng)絡(luò)搜索指令，當(dāng)路由節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)搜索指令后將給采集型傳感節(jié)點(diǎn)回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，采集型傳感節(jié)點(diǎn)保存路由地址信息并進(jìn)入休眠。當(dāng)?shù)却芷诮Y(jié)束，采集型傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)后，采集型傳感節(jié)點(diǎn)將會(huì)被喚醒，然后發(fā)送進(jìn)網(wǎng)指令告知路由表中的路由節(jié)點(diǎn)已經(jīng)處于工作狀態(tài)，路由節(jié)點(diǎn)此時(shí)向采集型傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)出采集數(shù)據(jù)的命令，采集型傳感節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給路由節(jié)點(diǎn)從而完成一次采集流程，然后又進(jìn)入休眠狀態(tài)直到下一次等待周期的結(jié)束。當(dāng)采集型傳感節(jié)點(diǎn)處于工作狀態(tài)時(shí)，除了采集指令，路由節(jié)點(diǎn)還可以向它發(fā)送改變當(dāng)前工作參數(shù)和讀取當(dāng)前工作參數(shù)的命令，采集型傳感節(jié)點(diǎn)都將根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)的工作流程如附圖5所示，工作流程為：當(dāng)觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)完成上電初始化的工作以后，它將會(huì)向周邊發(fā)送網(wǎng)絡(luò)搜索指令，當(dāng)路由節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)搜索指令后將給觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)保存路由地址信息并進(jìn)入休眠。當(dāng)觸發(fā)條件被滿足的時(shí)候，觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)將會(huì)被喚醒從而進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)它將向路由表中的路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息通知其已處于工作狀態(tài)，收到該信息后，路由節(jié)點(diǎn)向它發(fā)出采集數(shù)據(jù)的命令，觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給路由節(jié)點(diǎn)從而完成一次采集流程，然后又進(jìn)入休眠狀態(tài)直到下一次被觸發(fā)。

在接入方式上，本發(fā)明遵守這樣的多址接入原則，首先將數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間分成一幀，一幀內(nèi)包括偵聽以及發(fā)送兩個(gè)時(shí)隙。在偵聽時(shí)隙內(nèi)，要發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行載波偵聽，如果發(fā)現(xiàn)信道空閑，則轉(zhuǎn)入發(fā)送時(shí)隙；如果信道盲則繼續(xù)偵聽。源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入發(fā)送時(shí)隙后，首先向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)RTS（請(qǐng)求發(fā)送幀）信號(hào)，目的節(jié)點(diǎn)收到RTS信號(hào)后，向源節(jié)點(diǎn)回應(yīng)CTS（允許發(fā)送幀）信號(hào)。源節(jié)點(diǎn)正確收到CTS信號(hào)以后，認(rèn)為完成了握手，然后開始發(fā)送DATA（數(shù)據(jù)幀），目的節(jié)點(diǎn)正確接收到DATA以后，再向源節(jié)點(diǎn)回應(yīng)一個(gè)ACK（應(yīng)答幀）信號(hào)，源節(jié)點(diǎn)收到ACK以后，才確認(rèn)一次數(shù)據(jù)傳輸完成，否則重發(fā)RTS。這樣，節(jié)點(diǎn)的一次傳輸過程有載波偵聽、RTS-CTS握手、DATA-ACK握手這樣三重機(jī)制來保證不會(huì)與其它節(jié)點(diǎn)的傳輸沖突，因此本發(fā)明的多址接入方式的魯棒性得到了充分的保障。整個(gè)多址接入的原則如附圖6所示。

在路由方式上，本發(fā)明的路由方法根據(jù)無線傳感網(wǎng)本身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種新的基于數(shù)據(jù)的樹狀結(jié)構(gòu)路由協(xié)議。該協(xié)議是樹狀結(jié)構(gòu)的，也就是說它將監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的傳感節(jié)點(diǎn)分成若干個(gè)樹枝，而路由節(jié)點(diǎn)則是分叉節(jié)點(diǎn)；然后它是基于數(shù)據(jù)的，也就是說，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，該協(xié)議不會(huì)像傳統(tǒng)AODV那樣，直接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到所有可到達(dá)路徑的下一跳路由，而是先發(fā)送帶有m元數(shù)據(jù)屬性的（m為數(shù)據(jù)屬性）路由發(fā)現(xiàn)信息，如果下一跳路由節(jié)點(diǎn)認(rèn)為這個(gè)m元數(shù)據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，則回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，否則不予理睬，收到應(yīng)該信號(hào)的源路由節(jié)點(diǎn)則發(fā)送DATA。具體來說，本發(fā)明的路由方法分為路由建立和傳輸兩個(gè)階段。首先，在路由建立階段，當(dāng)源路由有數(shù)據(jù)要發(fā)送的時(shí)候，它先查找本地的路由表，如果目的路由是可以到達(dá)的，則根據(jù)數(shù)據(jù)屬性向所有可到達(dá)路徑的下一跳路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送帶有m元數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)，如果下一跳路由節(jié)點(diǎn)認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，則回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，否則不予理睬，收到應(yīng)答信號(hào)的源路由節(jié)點(diǎn)向發(fā)出應(yīng)答信號(hào)的路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包；如果源路由認(rèn)為目的路由是不可到達(dá)的，則向所有下一跳路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由發(fā)現(xiàn)命令，收到路由發(fā)現(xiàn)命令的路由節(jié)點(diǎn)再查找自己的路由表，如果在它的路由表里目的路由是可到達(dá)的，則發(fā)送路由應(yīng)答信號(hào)，否則繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)路由發(fā)現(xiàn)命令，直到目的路由的路徑被找到為止。

具體實(shí)施上，路由節(jié)點(diǎn)的工作流程如附圖7所示：當(dāng)路由節(jié)點(diǎn)完成上電初始化的工作后，路由節(jié)點(diǎn)首先發(fā)出網(wǎng)絡(luò)搜索指令，尋找附近的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)附近存在網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)中的其他路由節(jié)點(diǎn)將應(yīng)答這個(gè)網(wǎng)絡(luò)搜索指令并回復(fù)應(yīng)答指令。該路由節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)應(yīng)答指令后，將其加為父路由節(jié)點(diǎn)，而父路由節(jié)點(diǎn)則將其加為子路由節(jié)點(diǎn)，如此組成一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)加入網(wǎng)絡(luò)后，路由節(jié)點(diǎn)就一直處于等待接收的過程當(dāng)中，對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)或指令，路由節(jié)點(diǎn)將會(huì)根據(jù)不同的指令做出不同的執(zhí)行動(dòng)作。具體來說，當(dāng)接收到的是傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)網(wǎng)指令后，路由節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)父路由節(jié)點(diǎn)的要求，向其發(fā)送數(shù)據(jù)采集、參數(shù)采集、參數(shù)上報(bào)等指令，同時(shí)等待傳感節(jié)點(diǎn)的回復(fù)數(shù)據(jù)；當(dāng)接收到的是其他路由節(jié)點(diǎn)的指令后，它將根據(jù)具體的指令要求，去執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)搜索、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、參數(shù)采集等相關(guān)工作。同時(shí)，路由節(jié)點(diǎn)所有的數(shù)據(jù)傳輸都遵循m元數(shù)據(jù)屬性原則，即可以通過相應(yīng)的允許性設(shè)置，選擇性地進(jìn)行傳送在允許范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)或指令，如果不設(shè)置，則默認(rèn)將轉(zhuǎn)發(fā)所有的數(shù)據(jù)或指令。

匯聚節(jié)點(diǎn)的工作流程如附圖8所示：當(dāng)匯聚節(jié)點(diǎn)完成上電初始化的工作后，匯聚節(jié)點(diǎn)就一直處于等待接收的過程當(dāng)中，對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)或指令，匯聚節(jié)點(diǎn)將會(huì)根據(jù)不同的指令做出不同的執(zhí)行動(dòng)作。當(dāng)接收到的是傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)網(wǎng)指令后，匯聚節(jié)點(diǎn)向其發(fā)送數(shù)據(jù)采集、參數(shù)采集、參數(shù)上報(bào)等指令，同時(shí)等待傳感節(jié)點(diǎn)的回復(fù)數(shù)據(jù)；當(dāng)接收到的是子路由節(jié)點(diǎn)的指令后，匯聚節(jié)點(diǎn)將根據(jù)具體的指令要求，去執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)搜索、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、參數(shù)采集等相關(guān)工作；當(dāng)接收到的是上位機(jī)指令時(shí)，匯聚節(jié)點(diǎn)也將根據(jù)指令調(diào)整全網(wǎng)工作狀態(tài)。

本發(fā)明還提供一種新型樹狀結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于：包括傳感節(jié)點(diǎn)、用于中繼傳輸?shù)穆酚晒?jié)點(diǎn)及匯聚節(jié)點(diǎn)；所述傳感節(jié)點(diǎn)包括負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)的傳感器模塊；匯聚節(jié)點(diǎn)將通過無線網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)方式與中央控制設(shè)備連接。

進(jìn)一步的，所述傳感節(jié)點(diǎn)為采集型傳感節(jié)點(diǎn)或觸發(fā)型傳感節(jié)點(diǎn)。

匯聚節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)的在硬件電路組成上是一樣的，而傳感節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)（路由節(jié)點(diǎn)）的大部分硬件電路組成也是一致的，如附圖2和附圖3所示，均包含能量管理、射頻通信、核心處理等三個(gè)模塊，各個(gè)功能模塊的主要功能分別為:能量管理模塊、包括微型電池充電供電系統(tǒng)、休眠喚醒系統(tǒng)等，為系統(tǒng)提供持續(xù)的能源確保系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并在系統(tǒng)能源不足時(shí)按照預(yù)設(shè)機(jī)制進(jìn)行提示預(yù)警或進(jìn)行其它處理；另外該模塊還包含休眠喚醒功能，可以通過休眠喚醒減少不必要的能量消耗，延長(zhǎng)系統(tǒng)工作時(shí)間；射頻通信模塊、包括射頻電路和射頻預(yù)處理電路，直接與天線相連，主要實(shí)現(xiàn)物理層的射頻傳輸，負(fù)責(zé)與其他傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；核心處理模塊、包括了核心處理器內(nèi)存和其它外圍應(yīng)用所需要的電路，系統(tǒng)協(xié)議即運(yùn)轉(zhuǎn)在該核心處理器之中，核心處理模塊一方面要控制射頻通信模塊，保證系統(tǒng)正常組網(wǎng)、傳輸數(shù)據(jù)，一方面要保證傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，以及匯聚節(jié)點(diǎn)與PC相連的數(shù)據(jù)收發(fā)，是整個(gè)系統(tǒng)最核心的部分。

除了上述通用模塊之外，傳感節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)（路由節(jié)點(diǎn)）還有各自獨(dú)立的功能模塊。

傳感節(jié)點(diǎn)，包含傳感器模塊，需要一個(gè)傳感器模塊來進(jìn)行待測(cè)物理量的傳感檢測(cè)，該模塊中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（A/D芯片，僅針對(duì)模擬傳感器而言，該模塊將傳感器接收的模擬量傳感信息數(shù)字化）、信號(hào)預(yù)處理模塊（對(duì)傳感器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行安全保護(hù)）和傳感器電路三個(gè)部分，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；匯聚節(jié)點(diǎn)（路由節(jié)點(diǎn)），包含數(shù)據(jù)傳輸模塊，包括控制芯片和接口，使之能與PC通過USB接口、網(wǎng)口、串口、Wifi、GPRS等一種或多種有線或無線的方式進(jìn)行連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

在具體實(shí)施上，本發(fā)明采用傳感節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)（路由節(jié)點(diǎn)）的核心處理器均可采用MSP430F5438A，其電路如附圖9所示。MSP430F5438A是一款16位高性能低功耗的，最高時(shí)鐘頻率25MHz，休眠時(shí)功耗僅有5nA，其外圍電路簡(jiǎn)單，僅僅需要必要的時(shí)鐘電路及復(fù)位電路就可構(gòu)成，非常適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

如附圖10所示，本發(fā)明采用傳感節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)（路由節(jié)點(diǎn)）的射頻通信模塊以NRF905芯片為核心構(gòu)成，NRF905能夠工作在315M/433M等無線頻段。由于2.4G頻段已經(jīng)存在Wifi，藍(lán)牙等無線信號(hào)，頻段較擁擠，因此315M/433M這些頻段無疑是不錯(cuò)的方案。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。