基于无线传感器网络的实时智能数据采集与处理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数据采集与处理技术，特别涉及一种基于无线传感器网络的实时智能数据采集与处理系统。
【背景技术】
[0002]目前的无线传感器网络中，传感器节点持续对特定环境感知并进行实时数据采集，采集模块需要处理的实时数据量大，数据时间戳精度要求高，并要求能够对系统参数进行可靠远程调控，以满足不同的要求，例如，对于不同时期不同数据类型采集的优先级的调整。随着无线数据采集的普及，同时功能要求多，可靠性要求越来越高，因此，无线传感器网络需要一套智能数据采集与处理系统，能够有效地保证可靠的实时数据采集以及处理。
【发明内容】
[0003]本发明是针对无线数据采集实现要求越来越高的问题，提出了一种基于无线传感器网络的实时智能数据采集与处理系统，解决同步采集、提高传输可靠性和故障处理能力。
[0004]本发明的技术方案为:一种基于无线传感器网络的实时智能数据采集与处理系统包括时间同步模块、系统参数调控模块和自适应数据处理模块；
O时间同步模块给系统提供精确时间:包括GPS同步模块、网络协议同步模块；
GPS同步模块监测和接受GPS信号，从数据包中解析全球同步时间，并设定本地时钟；网络协议同步模块通过网络协议与根节点交换时间数据包，在无线链路层获取时间戳，利用算法弥补了时钟晶振的漂移；
当节点失去GPS信号或者解析GPS信号连续失败时，将转换成网络协议同步模式；
2)系统参数调控模块，基于远程命令控制进行参数调控，包括数据采集参数调控模块、数据处理参数调控模块、远程命令控制模块；
数据采集参数调控模块调整数据采集参数，包括数据采集速率，数据优先级，以及传感器节点优先级；
数据处理参数调控模块调整数据处理任务列表，操作包括从列表中添加、删除任务和调整任务的先后顺序；
远程命令控制模块利用远程过程调用协议，允许远端操作向数据采集参数调控模块发出指令获得系统状态，数据采集信息，以及向数据处理参数调控模块发送更新系统参数配置；
3)自适应数据处理模块监控数据处理，包括节点状态自适应模块和环境事件自适应模块，
节点状态自适应模块，监测节点的硬件和软件运行状态，屏蔽硬件故障而引入的错误数据，报告系统运行状态，恢复软件故障；
环境事件自适应模块，在数据上运行事件监测任务，实时发现重要事件数据，并按优先级处理。
[0005]本发明的有益效果在于:本发明基于无线传感器网络的实时智能数据采集与处理系统，提供一种基于精确时间同步，使得无线传感器节点之间实现在时间上同步采集数据，并能将数据关联到精确的采集时间戳，误差在I毫秒之内；基于可靠远程命令控制的灵活系统参数调控模块，该模块可向外界提供远程命令控制接口，并保证控制命令能实时可靠地在传感器节点内被执行；能自适应环境变化的数据处理，在网络带宽受限的情况下，能够根据实时环境和事件的变化，将不同事件类型的数据按照优先级处理，此外，还具有对于传感器节点硬件故障检测和软件恢复的功能，能够减少错误的采集数据。
【附图说明】
[0006]图1为本发明基于无线传感器网络的实时智能数据采集与处理系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0007]如图1所示基于无线传感器网络的实时智能数据采集与处理系统结构示意图，分三部分:
1、一种精确时间同步模块，如图1中虚线内，给系统提供精确时间，包括:
GPS同步模块，监测和接受GPS信号，从数据包中解析全球同步时间，并设定本地时钟。硬件中断接口提供稳定的GPS事件中断，利用此中断设定本地时钟为全球同步时钟；
网络协议同步模块，通过网络协议与根节点交换时间数据包，在无线链路层获取时间戳，减少软件层带来的延时，并利用算法弥补了时钟晶振的漂移，达到同步的目的；
每个节点根据GPS的状态自动切换到GPS同步模式或网络协议同步模式:当GPS信号正常并能被成功解析时，网络协议同步又转换为GPS同步模式；当节点失去GPS信号或者解析GPS信号连续失败时，将转换成网络协议同步模式。这种智能混合同步的方式，有效结合GPS和网络协议同步的优势，消除了网络协议同步中动态根节点选择的不确定性，并克服了GPS信号的不稳定性，向本地实时时钟模块和数据采集模块提供精确的时间信号。
[0008]2、一种基于可靠远程命令控制的灵活系统参数调控模块，包括:
数据采集参数调控模块，调整数据采集参数，包括数据采集速率，数据优先级，以及传感器节点优先级。
[0009]数据处理参数调控模块，调整数据处理任务列表，操作包括从列表中添加、删除任务和调整任务的先后顺序。处理任务包括均值计算，故障监测(图中有的)，事件监测，优先级处理和数据压缩等等。经过远程命令控制调整的系统参数，能够写入永久存储器，保证节点重置后能恢复到之前的系统状态。
[0010]远程命令控制模块，利用远程过程调用协议，允许远端操作向数据采集系统发出指令获得系统状态，数据采集信息，以及更新系统参数配置等。所需要开放的控制命令服务端可以在软件代码编译过程中产生，客户端只需要加载XML文件就可以获得所需控制命令列表。
[0011]3、一种自适应环境变化的数据处理模块，包括:
节点状态自适应模块，监测节点的硬件和软件运行状态，屏蔽硬件故障而引入的错误数据，故障传感器或故障电路连接等。报告系统运行状态。恢复软件故障，如内存泄漏，无线链路阻塞等，提尚节点可靠性。
[0012]环境事件自适应模块，在数据上运行事件监测任务，实时发现重要事件数据，并将其按优先级顺序及时处理。该模块提供开放接口，可加入订制事件监测任务，适合于不同数据采集应用场景。环境事件自适应模块所产生的数据优先级，将作为重要信息提供给网络路由层，以保证优先级数据能可靠传输。
【主权项】
1.一种基于无线传感器网络的实时智能数据采集与处理系统，其特征在于，包括时间同步模块、系统参数调控模块和自适应数据处理模块； O时间同步模块给系统提供精确时间:包括GPS同步模块、网络协议同步模块； GPS同步模块监测和接受GPS信号，从数据包中解析全球同步时间，并设定本地时钟；网络协议同步模块通过网络协议与根节点交换时间数据包，在无线链路层获取时间戳，利用算法弥补了时钟晶振的漂移； 当节点失去GPS信号或者解析GPS信号连续失败时，将转换成网络协议同步模式； 2)系统参数调控模块，基于远程命令控制进行参数调控，包括数据采集参数调控模块、数据处理参数调控模块、远程命令控制模块； 数据采集参数调控模块调整数据采集参数，包括数据采集速率，数据优先级，以及传感器节点优先级； 数据处理参数调控模块调整数据处理任务列表，操作包括从列表中添加、删除任务和调整任务的先后顺序； 远程命令控制模块利用远程过程调用协议，允许远端操作向数据采集参数调控模块发出指令获得系统状态，数据采集信息，以及向数据处理参数调控模块发送更新系统参数配置； 3)自适应数据处理模块监控数据处理，包括节点状态自适应模块和环境事件自适应模块， 节点状态自适应模块，监测节点的硬件和软件运行状态，屏蔽硬件故障而引入的错误数据，报告系统运行状态，恢复软件故障； 环境事件自适应模块，在数据上运行事件监测任务，实时发现重要事件数据，并按优先级处理。
【专利摘要】本发明涉及一种基于无线传感器网络的实时智能数据采集与处理系统，其中，所述系统包括时间同步模块、系统参数调控模块和自适应数据处理模块，时间同步模块给系统提供精确的时间，包括GPS同步模块，网络协议同步模块；系统参数调控模块基于远程命令控制进行参数调控，包括数据采集参数调控模块，数据处理参数调控模块，以及远程命令控制模块；自适应数据处理模块包括节点状态自适应模块和环境事件自适应模块。本发明针对传感器节点持续对特定环境感知并进行实时数据采集的需要，提供了一种智能数据采集与处理系统，能够有效地保证可靠的实时数据采集以及处理，提供精确时间同步，可靠灵活的远程系统参数调控和环境变化自适应的数据处理。
【IPC分类】H04W84/18, H04J3/06, H04W56/00
【公开号】CN105071888
【申请号】CN201510393006
【发明人】宋文战, 徐铭森, 杨俊杰
【申请人】上海电力学院
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月7日