[发明专利]一种非干扰式测量无线传感器网络数据的方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种非干扰式测量无线传感器网络数据的方法与系统，属于无线传感器网络领域。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN，简称传感器网络)是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，以无线通信的方式形成一个多跳的自组织网络。无线传感器网络是下一代网络的重要组成部分，可以极大的拓展人们感知世界的能力，被认为是将对21世纪产生重大影响的技术之一，得到了世界各国军事、工业、学术等部门的重视。

无线传感器网络的测量技术，对了解网络运行规律，判断网络故障或瓶颈，优化网络设计规划有重要的指导意义。目前，针对无线传感器网络的测量技术有多种实现手段，其中典型的方案有哈佛大学提出的MoteLab、Crossbow公司提出的MoteWorks。

哈佛大学开发的MoteLab方案如图1所示，其由中心服务器和传感器网络组成，网络中的每个传感器节点都被连接到信号采集模块上，通过串口与中心服务器相连，并连接以太网。这样使得节点的数据可以通过无线通信装置和串行接口及以太网等多种冗余渠道进行传输，从而实现了对网络状态的测试。MoteLab方案不占用传感器网络无线通信资源，但是由于测试数据通过节点模块的CPU串行接口输出，占用了一定的CPU资源，属于干扰式测试。

Crossbow公司提出的MoteWorks方案如图2所示，其采用传感器网络自身的无线通信链路进行待测数据的传输采集，即节点感知数据和测试数据均通过节点微处理器(CPU)发送相应的命令到节点的射频模块(RF)，然后在传感器网络无线通信链路上进行传输，用户能够远程监视传感器网络的运行情况，最终以文本或图形方式显示测试结果。MotoWorks方案的测试目标是固定设制的，包括网络的拓扑结构、节点的剩余能量、链路质量、传输速率等等。由于测试数据占用了传感器网络无线链路资源和节点处理器资源，必然会对传感器网络节点自身的处理能力和通信能力有一定的影响；并且无线通信网络的不可靠性导致的丢包率也会影响测量的准确性，属于干扰式测试。

现有的方法中均无法获取节点传送数据之前的内部信号，并且节点内部需额外运行用于测试目的的软件模块，在不同程度上占用了节点无线通信资源和(或)消耗了微处理器的处理性能，对节点自身的工作存在干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非干扰式测量无线传感器网络数据的方法与系统，为远程服务器提供精准的无线传感器网络测量数据。本发明主要是通过测量采集板从后台侦听节点传输的内部信号，并将这些内部信号进行预处理后进行缓存，然后通过数据传输网络传送到远程服务器，从而实现在不干扰无线传感器网络节点自身工作的前提下，实现对传感器网络的测量；并且由于采集板的灵活配置性，使其几乎可以测量任意类型的无线传感器节点和采用多种数据传输网络。

本发明的技术方案为：

一种非干扰式测量无线传感器网络数据的方法，其步骤为：

1)测量采集板采集传感器节点处理器与射频芯片之间传输的内部信号和需要测量的其他数据信号；

2)将采集得到的内部信号转换为符合传输网络要求的数据帧，并且进行缓存；

3)将缓存的数据帧通过所选的数据传输网络发送到远程服务器进行网络测量。

所述方法中，将所述内部信号进行简化预处理后转化为符合所选传输网络通信的数据帧；所述内部信号通常包括模拟信号和数字信号。

所述模拟信号的预处理方法为：多次(此为3次)采集Δt时间内的当前信号，并保存上一个Δt时间段内的平均采集值(次为3次测量均值)，如果当前采样平均值跟上一次缓冲队列中保存的平均值的差的绝对值超过设定的门限值范围，则将保存当前平均值到缓冲队列中，继续进行下一次采样；如果当前采样平均值跟上一次缓冲队列中保存的平均值的差的绝对值没有超过设定的门限值，则不向缓冲队列中保存当前平均采样值，并且继续进行下一次采样。如此反复进行。

所述数字信号的预处理方法为：数字信号分为同步数字信号和异步数字信号，同步数字信号采用时钟有效触发沿进行事件采集；异步数字信号采用一定的抽样概率判决采集，然后将获得的有效信号存储到一个缓冲队列中。

所述采样信号中包括记录当前采样时间，并将采样时间与对应的采样值保存到所述缓冲队列中。

所述数据传输网络可根据应用需求选择(此为Ethernte)；网络传输协议可根据传输网络相应选择(此为TCP/IP协议)。