[发明专利]高速列车脉动压力高速无线数据采集方法与装置

权利要求书

1.一种高速列车脉动压力高速无线数据采集方法，其特征在于该方法包括：

(1)无线传感器网络的组网方法。其特征在于，通过无线路由协议、数据传输协议将无线传感器组成多个分布式带簇节点的无线传感器网络拓扑结构，并对通信信道进行控制。其中所述的无线路由协议，其特征在于，采用随机竞争的方法获得临时主节点，由临时主节点组建星形分布式网络，并维护一个可配置的路由表，通过限制单个网络的节点数量，避免隐藏终端和暴露终端的问题，实现高速轮询；所述的数据传输协议，其特征在于，通过由主节点同步信道内所有节点，以定制数据帧结构按顺序发送数据；所述的网络拓扑结构由临时主节点控制，采取分布式分簇形式，普通节点通过退避竞争加入以主节点为中心的网络；所述的信道控制，其特征在于，对16个可配置通信进行平衡协调及分配优化。

(2)嵌入式汇聚网络的组网方法。其特征在于，汇聚节点通过路由协议、数据传输协议实现与传感器层、计算机层的网络信道连接及高速数据传输。所述的路由协议，其特征在于，收集临时主节点路由表信息，融合所有信道内路由表信息，维护已组建的路由表，并为高性能计算机提供路由表信息；所述的数据传输协议，其特征在于，汇聚节点收集到无线传感器节点发送的数据后，将数据存放在本地，在收集完一个周期后，将数据整理压缩，然后通过有线网发送至计算机终端的数据库。所述的与无线传感器网络的连接，其特征在于，汇聚节点按信道扫描规则扫描网络信道，得到所有信道内在线节点的地址及信息；所述的与上层计算机网络的连接，其特征在于，汇聚节点通过TCP/IP协议实现与上层计算机的连接，并将在线节点信息发送至计算机。

(3)构建高性能数据处理系统。其特征在于，基于LabViEW应用程序，将汇聚网络汇聚的节点信息存储到数据库中，并对数据进行分析和处理，实现数据的可视化。

2.一种高速列车脉动压力高速无线数据采集装置，其特征在于该装置包括：

(1)无线传感器节点，其特征在于，通过电路设计将薄膜式动态压力传感器、信号放大器、抗混叠低通滤波器、模数转换模块、2.4G无线RF单片机、锂电池、电源管理电路进行有机集成，构成传感器节点，并将传感器节点程序下载无线RF单片机中。

(2)嵌入式汇聚节点，其特征在于，以ARM11嵌入式微处理器、2.4G无线RF收发器为硬件核心，并将嵌入式linux系统、基于SQL数据库的嵌入式数据应用软件、路由协议软件、数据传输协议软件下载到嵌入式微处理器中。

(3)高性能数据分析处理系统，其特征在于，基于LabVIEW的应用程序、友好的人机交互界面、数据库服务器程序，通过高性能计算机对采集的高速列车脉动压力数据进行分析处理，并动态显示其时频曲线。

3.根据权利要求1所述的高速列车脉动压力高速无线数据采集方法，其特征在于，所述的无线传感器网络，通过无线数据传输协议将无线传感器组成多个无线传感器网络。无线传感器网络采用基于自动优先级调整和带簇主节点的广播网络，实现以簇主节点为中心、一跳区域内的、节点数限制为8个的小型局域网，网内节点通过广播共享数据信息；无线传感器网络是一系列的小型无线局域网，各个相邻局域网生成时，利用信道检测，使相邻局域网使用不同信道，以避免隐藏终端和暴露终端的问题；所述的无线传感器网络可以提供16个通信信道，可以至少在一跳范围内布置16×8个节点。

4.根据权利要求1所述的高速列车脉动压力高速无线数据采集方法，其特征在于，所述的嵌入式汇聚网络，由独立汇聚节点构成，并行获取各个信道中各个无线传感器节点的数据，可以移动或静止于某个区域，与计算机或者路由器，通过有线网络互连。

5.根据权利要求1所述的高速列车脉动压力高速无线数据采集方法，所述的嵌入式汇聚网络信道连接及数据传输，其特征在于，汇聚节点协同扫描到的繁忙信道收集网络中的广播信息，并维护一份全网的节点列表；这些节点可以设置为固定信道和多信道轮流检测，若为多信道轮流检测，每个信道收集一个无线网络循环广播周期的信息；进行数据融合处理后通过稳定连续的有线链路发送至高性能计算机，并可以在必要的时候，利用每个无线传感器网络发送周期间的时隙发送控制帧。根据需要，可以将不同的无线传感器节点设置为不同优先级，具有高优先级的节点获得高采样频率。汇聚节点将接收到的广播信息发送给基站时，在数据帧中增加时间信息，为信息的实时性、有效性提供依据。这些数据将压入堆栈，依次发送至高性能计算机终端。

6.根据权利要求1所述的高速列车脉动压力高速无线数据采集方法，所述的高性能计算机数据处理系统，其特征在于，高性能计算机终端将汇聚节点收集的数据进行融合存储，为后期的数据处理分析提供有效数据。终端为用户提供友好的人机界面，集中控制各个信道的无线传感器网络，优化网络节点的分布和采样速率，并在网路初始化的最后阶段，协调并平衡节点数相差悬殊的信道，最大限度地提升系统的效率和稳定性。