[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速无线数据采集方法，特别涉及一种通过高速自组织无线传感器网络，高效无线传输协议和智能采样策略，实现高速列车脉动压力高速无线数据采集的方法及装置。

背景技术

目前高速数据采集一直依赖于有线网络，无线数据采集一直无法满足高速数据采集要求。低速的无线监测网络已经出现较长时间，这种基于本地的分布式数据采集装置受到计算能力和存储空间的限制，也很难将采集到的大量数据在有限的无线带宽中传输至上位机，通常采样频率还不到1Hz。虽然可以应用于环境监测及智能家居等实时性要求不高场合，但无法满足高速无线数据采集的需要。随着近年来无线电子设备的飞速发展，市场上能采购到的无线单片机模块已经可以在单信道下达到高达2.5Mbit/s的传输速度，结合高效的数据采集方法，高速无线数据采集就可能实现。高速无线数据采集方法的关键在于无线网络协议及网络拓扑结构，当前所有主流的无线网络协议和拓扑结构主要是针对路由优化和网络维持，对于多节点高速数据处理的请求没有进行优化设计，无法满足高速数据采集要求。在测试环境恶劣，条件苛刻、布线不方便的情况下，高速无线数据采集与有线数据采集相比，具有无可比拟的优势。高速列车表面脉动压力的数据采集就是其中之一。

发明内容

针对上述问题和不足，本发明公布了一种高速列车脉动压力高速无线数据采集方法和装置，该装置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，并由多个汇聚节点按策略对数据进行采样融合，最后传输到高性能计算机进行处理和分析，实现对高速列车脉动压力的高速无线数据采集。

为实现上述目的，所述的高速列车脉动压力高速无线数据采集方法和装置，具体包括如下步骤：

步骤A、组建无线高速数据采集传感器网络

以无线路由协议及数据传输协议为基础，将无线传感器组成多个无线传感器网络。所述的无线传感器网络是一系列小型无线局域网，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；所述的小型无线局域网采用基于自动优先级调整和带簇主节点的广播网络，是以簇主节点为中心、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；所述的无线传感器网络可以提供16个通信信道，所有节点在这16个信道中随机进行选择，并通过竞争产生各个信道的主节点。在一跳范围内布置的节点数上限为16×8个。

所述的无线路由协议，其特征在于：通过随机延时竞争，产生临时主节点，由临时主节点开始组建星形分布式网络。在该临时主节点信道内的节点逐个竞争加入网络，直至达到该信道节点数上限或超过最大竞争延时，临时主节点为该信道内各节点编号，编号地址为：信道号+加入序号。其余未加入该信道网络的节点，继续扫描信道，竞争临时主节点，直到加入某个信道网络。临时主节点在完成组网工作后，给所有本信道内的节点广播信标帧和节点列表信息，实现信道内节点同步，同时自身转化为普通节点，各节点开始按顺序轮流广播采集到的数据。临时主节点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。

步骤B、组建嵌入式汇聚网络

组建嵌入式汇聚网络，目的在于获取各个信道中各个无线传感器节点的数据。所述的嵌入式汇聚网络由独立汇聚节点构成，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。汇聚网络包含无线路由协议和数据传输协议。根据无线路由协议，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、为高性能信息处理计算机提供路由表信息；根据数据传输协议，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广播周期的信息；对所收集的信息进行数据融合后，通过稳定连续的有线链路发送至高性能计算机。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。在嵌入式汇聚网络中，可以将不同的无线传感器节点按需要设置为不同优先级，具有高优先级的节点可以获得高采样频率。汇聚节点将接收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。将这些数据压入堆栈，依次发送至高性能计算机终端。