本发明专利是一种无线数据传输的自组网方法，特别是一种基于433MHz蛛网(Cobweb)协议的监控数据传输组网系统及方法。
背景技术：
随着物联网技术的深入发展，对无线通讯技术的要求越来越高，更加倾向于研制出一种适应能力强、无需管理维护的无线数据传输自组网方法。目前，广泛应用的无线通信技术主要有Zigbee、蓝牙、红外、433MHz和Wi-Fi，在工业上无线自组网用得较多的有Zigbee协议。
Zigbee技术，通常采用2.4GHz频段，该频段波长相对较短，信号传输衰减较大，绕射能力弱，导致传输延迟，工程和维护费用提高；且2.4GHz频段已有众多运行中的无线系统，如Wi-Fi,蓝牙等，尤其是无线局域网已大量在居民楼使用，造成Zigbee网络与其他无线网络相互干扰较严重，用于家电及楼宇自动化技术，不适于覆盖范围较大的无线传感器网络；另外，采用国外专用Zigbee芯片，存在受制于其它国家的风险，成本不具竞争力。
433MHz频段较低，波长相对较长，信号传输衰减较小，单跳传输距离较长；该频段最大发射功率为50mW较2.4GHz Zigbee(10mW)技术最大发射功率高，使通讯覆盖范围变广，绕射能力增强，环境适应能力也随之增强。
Cobweb协议，借鉴了Zigbee/无线抄表等应用的无线自组网协议思路，摒弃末梢节点设计，通过跳频、传输机制优化等手段，大幅优化现有自组网协议，彻底改变现有路由节点无法实现低功耗的问题。433MHz Cobweb协议与其他无线网络的相互干扰少，采用自适应跳频技术，避免与本频段其它无线设备的相互干扰，吸收无线网状网络特点，并工作于更优越的1GHz以下频段，较少受制于国外技术壁垒；具有本国自主知识产权，成本有优势。
通常传感器监测采集的点位数量较多，传统无线传感器网络中多个传感器对应一个无线网关路由器，将数据上传至服务器；如果网关路由器受到损坏或者位置发生移动，那么与之通信的多个传感器的数据传输就中断了，导致数据丢失，严重影响监测的时效性和可靠性。而且传统的自组网协议信道数量较少、网络拓扑需用户设定，导致无线传输网络抗干扰和环境适应能力较差，数据传输能耗较高。
技术实现要素：
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种基于433MHz蛛网(Cobweb)协议的监控数据传输组网系统及方法，通过无线自组网设计方法构建了一种特殊的自组织、多跳、无线移动网络，可实现复杂监测环境下数据的不间断传输。
本发明所采用的技术方案是：
一、一种基于433MHz蛛网协议的监控数据传输组网系统：
主要由蛛网传感器、蛛网网关路由器和服务器组网成为监控数据传输的蛛网，多个蛛网传感器均布在监控环境的各处，蛛网传感器设置有433MHz频段天线，蛛网传感器通过433MHz蛛网协议与蛛网网关路由器连接，蛛网网关路由器和服务器连接。本发明的蛛网传感器和蛛网网关路由器能通过内部算法实现免配置，一键入网，能自愈，无需维护和管理。
所述的蛛网传感器既作为蛛网的节点，所有节点互为中继关系，蛛网传感器之间通过WIFI无线传输数据，每个蛛网传感器自身具有数据记录仪。
所述蛛网传感器将记录的传感数据经蛛网网关路由器传输到服务器，蛛网传感器之间进行通信将记录的传感数据进行传输并记录。
所述蛛网中，当其中一蛛网网关路由器发生故障或者其中一蛛网传感器与其通信的蛛网网关路由器之间的相互通信关系发生改变，则启动路由算法，调整节点之间的通信关系，形成新的网络拓扑结构，使得蛛网网关路由器下原对应连接的所有蛛网传感器或者该蛛网传感器发送已采集的传感数据到邻近的蛛网传感器，经邻近的蛛网传感器所通信连接的蛛网网关路由器上传到服务器。
所述的蛛网传感器、蛛网网关路由器和服务器均设置在需组网环境中。需组网环境例如厂房和仓库等的地面空间以及车辆和飞机等运输工具。
还包括云端服务器，厂房、仓库、车辆和运输工具等多个需组网环境内搭建的所述监控数据传输组网系统均通过GPRS连接到云端服务器。
二、一种基于433MHz蛛网协议的监控数据传输组网方法：
1)初始化蛛网网关路由器，并配置其内部的433MHz频段放入无线通信模块；
2)服务器扫描网络，判断各蛛网网关路由器是否成功加入网络：
如果蛛网网关路由器成功加入网络，则进行下一步骤；
如果蛛网网关路由器未成功加入网络，蛛网传感器自身存储已采集的传感数据，并不断重复步骤2)；
3)判断蛛网传感器和蛛网网关路由器之间是否存在通信关系：
如果蛛网传感器和蛛网网关路由器之间通信成功，则蛛网传感器将采集的传感数据传输给蛛网网关路由器，经由蛛网网关路由器传输到服务器，服务器接收数据完成传输；
如果蛛网传感器和蛛网网关路由器之间通信不成功，则蛛网传感器自身存储已采集的传感数据，并不断重复步骤3)。
本发明使得传输机制优化，具体优化是让每一个蛛网传感器测量节点互为中继的自组网节点，既能够作为传感器采集数据，又能够作为中继器参与组网与转发数据。这样：
所述步骤2)中，蛛网网关路由器在一段时间内未成功加入网络，则认为蛛网网关路由器发生故障，调整蛛网网关路由器下所有蛛网传感器之间的通信关系，使得蛛网网关路由器下原对应通信连接的所有蛛网传感器将已采集的传感数据通过跳频方式发送到邻近的蛛网传感器，经邻近的蛛网传感器所通信连接的蛛网网关路由器上传到服务器，从而形成新的网络拓扑结构，由此保证数据传输不受阻碍。
该邻近的蛛网传感器所通信连接的蛛网网关路由器应是正常工作的，若不正常工作的，则继续将已采集的传感数据发送到其他所通信连接的蛛网网关路由器正常工作的邻近蛛网传感器，经由其正常工作的蛛网网关路由器上传到服务器。
所述步骤3)中，蛛网传感器和蛛网网关路由器之间在一段时间内通信不成功，则认为其中一蛛网传感器与其通信的蛛网网关路由器之间的相互通信关系发生改变，调整该蛛网传感器与其通信的蛛网网关路由器之间的相互通信关系，使得该蛛网传感器将已采集的传感数据通过跳频方式发送到邻近的蛛网传感器，经邻近的蛛网传感器所通信连接的蛛网网关路由器上传到服务器，从而形成新的网络拓扑结构，由此保证数据传输不受阻碍。
该邻近的蛛网传感器所通信连接的蛛网网关路由器应是正常工作的，若不正常工作的，则继续将已采集的传感数据发送到其他所通信连接的蛛网网关路由器正常工作的邻近蛛网传感器，经由其正常工作的蛛网网关路由器上传到服务器。
本发明还通过筛选射频MCU控制末稍节点的SLEEP管脚，使数据传输处于低功耗状态。根据电量和信号强度优化传输线路，采用15级链路自动跳转；设定时间内仍未检测到网络信号，传感器会自动储存数据，当无线网路恢复后，即刻上传已存储的历史数据，保证数据传输的连续性和可靠性。
本发明的有益效果是：
本发明方法通过跳频等手段大幅优化现有自组网协议和传输机制，彻底改变现有路由节点无法实现低功耗的问题，并实现了复杂监测环境下数据的不间断传输，具有强健、无线传感器网状网络使用简便、操作简单、免维护、能自愈、适应性强、无需网络管理的特点。
本发明通过433MHz Cobweb协议的自组网技术，不仅可以避免2.4GHz Zigbee、WiFi、蓝牙等无线数据传输技术的高开发成本，而且能够自由增加传感器数量，不需要配置，更好解决无线数据传输低功耗的问题。
本发明能够运用在食品加工、温室大棚、物流与储藏环境监测系统中，有效解决传统无线传输方式的数据传输稳定性问题，实现复杂监测环境下数据的不间断传输，为精确农业监测平台的数据溯源和监督管理提供了数据基础。
附图说明
图1是本发明实例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的传输组网系统主要由蛛网传感器、蛛网网关路由器和服务器组网成为监控数据传输的蛛网，多个蛛网传感器均布在监控环境的各处，蛛网传感器设置有433MHz频段天线，蛛网传感器通过433MHz蛛网协议与蛛网网关路由器连接，蛛网网关路由器和服务器连接。
其中蛛网网关路由器作为中继器，一个蛛网网关路由器能搭载连接上千蛛网传感器。蛛网传感器既作为蛛网的节点，又作为中继路由器，所有节点互为中继关系，蛛网传感器之间通过WIFI无线传输数据，每个蛛网传感器自身具有数据记录仪，能保存3000条历史数据，当蛛网传感器连接任意蛛网网关路由器后，已保存的历史数据能够经蛛网网关路由器快速上传到服务器。
蛛网传感器将记录的传感数据经蛛网网关路由器传输到服务器，蛛网传感器之间进行通信将记录的传感数据进行传输并记录。具体实施的蛛网传感器和蛛网网关路由器能通过内部算法实现免配置，一键入网，能自愈，无需维护和管理。
蛛网中，当其中一蛛网网关路由器发生故障或者其中一蛛网传感器与其通信的蛛网网关路由器之间的相互通信关系发生改变，则启动路由算法，调整节点之间的通信关系，使得蛛网网关路由器下原对应连接的所有蛛网传感器或者该蛛网传感器发送已采集的传感数据到邻近的蛛网传感器，经邻近的蛛网传感器所通信连接的蛛网网关路由器上传到服务器。
还包括云端服务器，厂房、仓库、车辆和运输工具等多个需组网环境内搭建的监控数据传输组网系统均通过GPRS连接到云端服务器。
本发明实施例在上述系统基础上采用以下实施过程，具体如图1所示：
实施例在供应商厂房中、经销商厂房中、存储仓库中、地面运输的车辆中以及空中运输的飞机中均搭建的上述监控数据传输组网系统。
对于每个监控数据传输组网系统具体是采用以下传输机制进行：
1)初始化蛛网网关路由器，并配置其内部的433MHz频段放入无线通信模块；
2)服务器扫描网络，判断各蛛网网关路由器是否成功加入网络：
如果蛛网网关路由器成功加入网络，则进行下一步骤。
如果蛛网网关路由器未成功加入网络，蛛网传感器自身存储已采集的传感数据，并不断重复步骤2)。
若蛛网网关路由器在一段时间内未成功加入网络，则认为蛛网网关路由器发生故障，调整蛛网网关路由器下所有蛛网传感器之间的通信关系，使得蛛网网关路由器下原对应通信连接的所有蛛网传感器将已采集的传感数据通过跳频方式发送到邻近的蛛网传感器，该邻近的蛛网传感器所通信连接的蛛网网关路由器必须是正常工作的，经邻近的蛛网传感器所通信连接的蛛网网关路由器上传到服务器，从而形成新的网络拓扑结构，由此保证数据传输不受阻碍。
3)判断蛛网传感器和蛛网网关路由器之间是否存在通信关系：
如果蛛网传感器和蛛网网关路由器之间通信成功，则蛛网传感器将采集的传感数据传输给蛛网网关路由器，经由蛛网网关路由器传输到服务器，服务器接收数据完成传输。
如果蛛网传感器和蛛网网关路由器之间通信不成功，则蛛网传感器自身存储已采集的传感数据，并不断重复步骤3)。
若蛛网传感器和蛛网网关路由器之间在一段时间内通信不成功，则认为其中一蛛网传感器与其通信的蛛网网关路由器之间的相互通信关系发生改变，调整该蛛网传感器与其通信的蛛网网关路由器之间的相互通信关系，使得该蛛网传感器将已采集的传感数据通过跳频方式发送到邻近的蛛网传感器，该邻近的蛛网传感器所通信连接的蛛网网关路由器必须是正常工作的，经邻近的蛛网传感器所通信连接的蛛网网关路由器上传到服务器，从而形成新的网络拓扑结构，由此保证数据传输不受阻碍。
蛛网传感器自身具有数据记录仪，能保存至少3000条历史数据，当蛛网传感器重新连接任意网关后，将已经采集的历史传感数据进行急速补传。
实施例的所有监控数据传输组网系统均通过GPRS连接到云端服务器。监控数据传输组网系统中本地服务器的监测数据实时自动传输到Web云端服务器，供授权用户随时随地查看。