一种无线传感器星型网络的同步采集方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无线传感器星型网络的同步采集方法和系统，为网络中多个嵌入式中心网关设置同一个时钟源，由此实现了不同网关之间的相对时间授时，再通过无线传输相对时间授时，实现网络中的采集节点与其所属嵌入式中心网关之间的相对时间同步，使整个星型网络下的所有嵌入式中心网关和采集节点实现了同步，进而实现了同步采集。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线测控领域，尤其涉及一种无线传感器星型网络的同步采集方法和系统。
技术介绍
现在通信中，无线传感器网络以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点逐渐成为信息感知研究的热点。传感器网络可实现数据的采集量化、处理融合和传输应用，目前已应用于军事、环境监测、工业控制等领域。时间同步是无线传感器网络应用的重要组成部分，简单的理解就是把各地时间对齐，使各地在同一时刻具有相同的时间计量值。在无线传感网应用中，传感器节点通常需要协调操作共同完成一项复杂的传感任务。例如在目标追踪应用中，传感器节点将传感到的运动目标的位置、时间等信息发送给传感器网络中的首领节点，首领节点在对不同传感器发来的数据进行处理后便可获得目标的移动方向、速度等信息。对于监测而言，为了对同一对象的多参数采集需要使用大量的无线传感器对目标进行数据采集，因此，需要将大量的无线传感器整合成网络结构。现有技术中常用的无线传感器星型网络结构如图1所示，包括PC终端，与PC终端有线连接的多个独立的嵌入式中心网关，多个独立的嵌入式中心网关的工作频率并不相同，且每个嵌入式中心网关与多个采集节点无线连接。其中，PC终端用于向嵌入式中心网关下属的采集节点发送采集指令；采集节点用于根据接收到的指令进行数据采集，并将采集到的数据通过嵌入式中心网关发送至PC终端。由于上述的无线传感器星型网络的便利性，可以实现对被监测对象的多参数监测。对于实时性高的被监测对象，采集节点在同一时刻进行采集而获得的数据才是有意义的，因此，需要非常准确的时间同步。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种无线传感器星型网络的同步采集方法和系统，以实现不同工作频率下多网关及多无线传感器的同步采集。本专利技术采用的技术手段如下：一种无线传感器星型网络的同步采集方法，所述无线传感器星型网络包括：PC终端、时钟源、与分别与PC终端和时钟源有线连接的多个独立的嵌入式中心网关以及与所述嵌入式中心网关无线连接的多个采集节点；其中，每个所述采集节点包括射频模块及采集模块；所述方法包括：每个嵌入式中心网关的同步步骤：所述时钟源向所述嵌入式中心网关输出的标准时间脉冲；嵌入式中心网关调整网关晶振的频率，使其与时钟源的标准时间脉冲频率相同；所述嵌入式中心网关的第一计时器根据所述网关晶振输出的标准时间脉冲获得嵌入式中心网关的相对时间授时；每个采集节点的同步步骤：所述嵌入式中心网关向所述采集节点的射频模块发送第一时间同步指令，所述第一时间同步指令包括第一时间同步指令的发送时间戳；所述采集节点的射频模块接收所述第一时间同步指令，并获取第一时间同步指令的接收时间戳；所述采集节点根据所述第一时间同步指令的发送时间戳和接收时间戳调整采集节点的第二计时器，完成采集节点的相对时间授时；同步采集步骤：所述PC终端通过所述嵌入式中心网关向所述采集节点的射频模块发送包括采集时间点的采集指令；所述射频模块接收所述采集指令后，唤醒处于休眠状态的采集模块，并根据所述第二计时器的计时，于所述采集时间点向所述采集模块发送采样脉冲；所述采集模块根据采样脉冲进行采集。进一步，所述网关同步步骤中，在得到嵌入式中心网关的相对时间授时之前，还包括所述PC终端向所述嵌入式中心网关的第一计时器进行绝对时间授时的步骤。进一步，所述PC终端向所述嵌入式中心网关的第一计时器进行绝对时间授时为所述PC终端利用网络时间协议向所述嵌入式中心网关的第一计时器进行绝对时间授时。进一步，所述每个采集节点的同步步骤还包括：步骤1：在预定时间后，所述采集节点向所述嵌入式中心网关请求第二时间同步指令，所述嵌入式中心网关发送包括第二时间同步指令，所述第二时间同步指令包括第二时间同步指令的发送时间戳；步骤2：所述采集节点的射频模块接收所述第二时间同步指令，并获取第二时间同步指令的接收时间戳，若第二时间同步指令的发送时间戳和接收时间戳不一致，则调节所述射频模块晶振频率，并返回步骤1，直至第二时间同步指令的发送时间戳和接收时间戳一致。本专利技术还提供了一种无线传感器星型网络的同步采集系统，包括PC终端、时钟源、与分别与PC终端和时钟源有线连接的多个独立的嵌入式中心网关以及与所述嵌入式中心网关无线连接的多个采集节点；其中，每个所述采集节点包括射频模块及采集模块；所述时钟源用于向所述嵌入式中心网关输出标准时间脉冲；所述PC终端用于通过所述嵌入式中心网关向所述采集节点的射频模块发送包括采集时间点的采集指令；所述嵌入式中心网关包括网关晶振、第一计时器和网关控制单元；所述网关晶振用于根据时钟源输出的所述标准时间脉冲调节本身的频率，使网关晶振的频率与所述时钟源的标准脉冲频率相同；所述第一计时器用于根据所述网关晶振输出的标准时间脉冲得到嵌入式中心网关的相对时间授时；所述网关控制单元用于向所述采集节点发送包括发送时间戳的第一时间同步指令；所述采集节点的射频模块包括射频模块晶振、第二计时器和节点控制单元；所述节点控制单元用于接收第一时间同步指令，通过第二计时器的计时获取第一时间同步指令的接收时间戳，并根据所述第一时间同步指令的发送时间戳和接收时间戳调整采集节点的第二计时器，完成采集节点的相对时间授时，以及用于在接收到所述采集指令后，唤醒处于休眠状态的采集模块，并根据所述第二计时器的计时，于所述采集时间点控制所述射频模块晶振向所述采集模块发送采样脉冲；所述采集模块用于在被所述节点控制单元唤醒后，根据采样脉冲进行采集。进一步，所述PC终端包括绝对时间单元，所述绝对时间单元用于在所述第一计时器得到嵌入式中心网关的相对时间授时之前，向所述嵌入式中心网关的第一计时器进行绝对时间授时。进一步，所述绝对时间单元通过网络时间协议向所述嵌入式中心网关的第一计时器进行绝对时间授时。进一步，所述节点控制单元进一步用于在预定时间后，向所述嵌入式中心网关请求第二时间同步指令，接收所述第二时间同步指令，并获取第二时间同步指令的接收时间戳，当第二时间同步指令的发送时间戳和接收时间戳不一致时，调节所述射频模块晶振频率，并在预定时间后再次向所述嵌入式中心网关请求第二时间同步指令，比较第二时间同步指令的发送时间戳和接收时间戳，并调节所述射频模块晶振频率，直至第二时间同步指令的发送时间戳和接收时间戳一致；所述网关控制单元还用于根据接收到的第二时间同步指令的请求，向采集节点的射频模块发送第二时间同步指令，所述第二时间同步指令本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器星型网络的同步采集方法，其特征在于，所述无线传感器星型网络包括：PC终端、时钟源、与分别与PC终端和时钟源有线连接的多个独立的嵌入式中心网关以及与所述嵌入式中心网关无线连接的多个采集节点；其中，每个所述采集节点包括射频模块及采集模块；所述方法包括：每个嵌入式中心网关的同步步骤：所述时钟源向所述嵌入式中心网关输出的标准时间脉冲；嵌入式中心网关调整网关晶振的频率，使其与时钟源的标准时间脉冲频率相同；所述嵌入式中心网关的第一计时器根据所述网关晶振输出的标准时间脉冲获得嵌入式中心网关的相对时间授时；每个采集节点的同步步骤：所述嵌入式中心网关向所述采集节点的射频模块发送第一时间同步指令，所述第一时间同步指令包括第一时间同步指令的发送时间戳；所述采集节点的射频模块接收所述第一时间同步指令，并获取第一时间同步指令的接收时间戳；所述采集节点根据所述第一时间同步指令的发送时间戳和接收时间戳调整采集节点的第二计时器，完成采集节点的相对时间授时；同步采集步骤：所述PC终端通过所述嵌入式中心网关向所述采集节点的射频模块发送包括采集时间点的采集指令；所述射频模块接收所述采集指令后，唤醒处于休眠状态的采集模块，并根据所述第二计时器的计时，于所述采集时间点向所述采集模块发送采样脉冲；所述采集模块根据采样脉冲进行采集。...

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器星型网络的同步采集方法，其特征在于，所述无线传感器星型
网络包括：PC终端、时钟源、与分别与PC终端和时钟源有线连接的多个独立的嵌入
式中心网关以及与所述嵌入式中心网关无线连接的多个采集节点；其中，每个所述采
集节点包括射频模块及采集模块；所述方法包括：
每个嵌入式中心网关的同步步骤：
所述时钟源向所述嵌入式中心网关输出的标准时间脉冲；
嵌入式中心网关调整网关晶振的频率，使其与时钟源的标准时间脉冲频率相同；
所述嵌入式中心网关的第一计时器根据所述网关晶振输出的标准时间脉冲获得嵌
入式中心网关的相对时间授时；
每个采集节点的同步步骤：
所述嵌入式中心网关向所述采集节点的射频模块发送第一时间同步指令，所述第
一时间同步指令包括第一时间同步指令的发送时间戳；
所述采集节点的射频模块接收所述第一时间同步指令，并获取第一时间同步指令
的接收时间戳；
所述采集节点根据所述第一时间同步指令的发送时间戳和接收时间戳调整采集节
点的第二计时器，完成采集节点的相对时间授时；
同步采集步骤：
所述PC终端通过所述嵌入式中心网关向所述采集节点的射频模块发送包括采集
时间点的采集指令；
所述射频模块接收所述采集指令后，唤醒处于休眠状态的采集模块，并根据所述
第二计时器的计时，于所述采集时间点向所述采集模块发送采样脉冲；
所述采集模块根据采样脉冲进行采集。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网关同步步骤中，在得到嵌入
式中心网关的相对时间授时之前，还包括所述PC终端向所述嵌入式中心网关的第一
计时器进行绝对时间授时的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述PC终端向所述嵌入式中心网
关的第一计时器进行绝对时间授时为所述PC终端利用网络时间协议向所述嵌入式中
心网关的第一计时器进行绝对时间授时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个采集节点的同步步骤还包
括：
步骤1：在预定时间后，所述采集节点向所述嵌入式中心网关请求第二时间同步
指令，所述嵌入式中心网关发送包括第二时间同步指令，所述第二时间同步指令包括
第二时间同步指令的发送时间戳；
步骤2：所述采集节点的射频模块接收所述第二时间同步指令，并获取第二时间
同步指令的接收时间戳，若第二时间同步指令的发送时间戳和接收时间戳不一致，则
调节所述射频模块晶振频率，并返回步骤1，直至第二时间同步指令的发送时间戳和
接收时间戳一致。
5.一种无线传感器星型网络的同步采集系统，其特征在于，包括PC终...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱航，潘存治，
申请(专利权)人：北京必创科技股份有限公司，石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：北京;11