[发明专利]基于Zigbee无线传感器网络的低能耗数据采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络中的数据采集方法，尤其是一种基于Zigbee无线传感器网络的低能耗数据采集方法。

背景技术

无线传感器网络WSN(wireless senor network)是有若干个具有感知、处理和无线通信能力的传感器节点通过自组织方式形成的网络。ZigBee技术是近年来快速发展的WSN的规范之一，而且定义的技术要比其他WPANs更简单、实现成本更低，也更适合于低数据速率、低功耗并且安全的无线网络。

ZigBee无线网络主要由ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端设备组成。现有的技术中，ZigBee可以实现支持多种网络拓扑结构的功能，考虑到降低系统运行中的能量消耗，IEEE.802.15.4定义了两种设备，一种是具有全功能设备(Full Function Device，FFD)，另一种是精简功能设备(Reduced Function Device，RFD)。在PAN(Personal Area Network)中，全功能设备可以作为PAN的协调器，路由器或作为一个终端设备。一个全功能设备可以同时和多个精简功能设备或全功能设备通信；对于一个精简功能设备来说，它只能和一个全功能设备进行通信。为了达到节能的目的，现有很多技术采用ZigBee在无线网络路由功能的支持，而如果需要大规模布置数据源节点，采用ZigBee终端方式，则ZigBee协议的网络路由策略在数据采集系统应用中降低能耗的作用将明显降低。所以无线数据采集系统如何在利用ZigBee无线网络在数据传输中各种便利的同时进一步降低大量的数据源节点的工作能耗及提高采集有效数据效率仍然是一个没有得到很好解决的问题。

现有技术的主要缺点是：在需要布置大量传感器节点的检测环境中，数据源节点多采用精简功能设备，这就需要大量的全功能设备作为路由节点，利用ZigBee协议的网络路由策略，达到最优数据传播路径，虽然未收到数据采集命令数据源节点会定时的进入休眠状态，但是数据源节点处于采集和路由节点路由数据的数目远大于休眠状态的数目，而无线通信消耗的能量占传感器节点能量总消耗的80％。虽然目前无线传感器网络技术比较成熟，但是具体应用在检测环境中的数据采集领域还存在着一定的技术缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于ZigBee无线传感器网络的低能耗数据采集方法，该方法是在现有的成熟的ZigBee无线传感器网络技术的基础上，对ZigBee终端设备的数据采集方法进行人性化的改进，针对不同的检测环境，通过减少与汇聚节点或ZigBee路由节点之间通信的数据源节点数目的方法，既要满足一定的检测精确度，又要能够降低网络的能耗。

按照本发明提供的技术方案，所述基于Zigbee无线传感器网络的低能耗数据采集方法，包括以下步骤：

第1步：初始化网络参数：首先设置信息压缩因子q，信息压缩因子q表示允许采集的信息值偏离理想值的范围；其次，设定轮询全部数据源节点的时间或次数；

第2步：对数据源节点进行区域划定：对全部数据源节点发送数据采集命令，把数据源节点所采集的数据及节点号打包为规定的网络数据上传，经过服务器进行处理和储存筛选出采集的最大数据S_max和最小数据S_min及各自的节点号，由公式n＝(S_max-S_min)/q计算出要划分出的区域数量n；将整个ZigBee无线传感器网络划分为n个区域；服务器将每个数据源节点的控制命令、节点号及区域号打包，下传至每个数据源节点，这样划定了无线传感器网络的检测范围；

第3步：筛选出划定的区域内参与数据采集的代表节点：在已经划定的区域内，经过对数据源节点的数据采集后，服务器记入每个数据源节点的剩余能量Q和一次采集数据的消耗能量ΔE，根据公式Q′＝Q-ΔE，选择Q′最大的节点作为该区域内的代表节点对该区域的信息进行采集，该区域内的其他节点进入休眠状态；

第4步：动态变换所划定的区域及该区域采集数据的代表节点：经过多次数据采集，当超过第1步中设定的轮询次数或者轮询时间时，则进行一次全部数据源节点的数据采集命令，再重复第2步。

第1步中，根据检测环境里要求的数据采集频率的高低，决定进行轮询次数k的设定还是进行轮询时间Δt的设定。

由公式n＝(S_max-S_min)/q计算出的n若有余数则只进不舍。