一种用于能源监测的分簇式数据网络建立和传输方法技术

本发明专利技术适用于网络通讯技术领域，提供了一种用于能源监测的分簇式数据网络建立和传输方法，在该分簇式数据网络中包含全功能节点，以及半功能节点。汇聚节点发送簇头选择请求消息；各个全功能节点在收到所述簇头选择请求消息后，各自随机生成一个滞后时间，并在计时到达所述滞后时间时，向网络中以广播方式发送建簇请求消息；半功能节点在首次收到建簇请求消息后，向发送所述建簇消息的全功能节点返回建簇响应消息。完成分簇后的无线传感器网络，能够以簇为上报单位，更高效的完成数据的上报，减轻了无线传感网络的负担。

【技术实现步骤摘要】
一种用于能源监测的分簇式数据网络建立和传输方法
本专利技术属于网络通讯
，尤其涉及一种用于能源监测的分簇式数据网络建立和传输方法。
技术介绍
目前能源监测主要涉及水表、电表和气表的监测，在这类表盘上增加一个读取数据的传感器模块，并通过网络来将读取的数据传输出去。通常为了减少布线成本，会搭建无线网络进行数据传输，即每个传感器节点(主要包括传感模块和无线模块)都是网络的一个节点，它们不仅仅采集数据而且要中转其他传感器节点发过来的数据。最终所有采集的数据通过无线网络到达一个汇集节点，再由汇集节点转发到远程的服务器。由于传感器节点组建的无线网络是一种不可靠的网络，在高负荷的情况下，数据容易丢失，这就要求设计一种网络能够减少或者避免数据丢失。另外在部署传感器节点的时候，为了避免供电部署的成本，水表和气表的上的传感器和无线模块通常使用电池供电，从而要求设计一个网络尽量减少节点的能耗。
技术实现思路
在一个大型建筑里，水表、电表和气表这类表盘可能会有上千个，甚至上万个。所有表盘上的传感器节点将形成一个复杂的无线网络，如果每个传感器节点都独立的传输数据，网络上会有大量的数据，使得网络在高负荷下运作。传输如此大量的数据一方面会消耗节点的能量，另一方面数据冲突的几率大大增加，导致数据丢失率增加。本专利技术提出了一种用于能源监测的分簇式数据网络建立方法，即将整个传感器网划分为不同的簇，而每个簇都有一个传感器节点作为簇头，由簇头来控制簇内节点的数据处理，并建立一个高效的上层网络来进行簇间的数据传输，从而使网络的能量和数据传输优化。该方法具体包括：汇聚节点以泛洪方式发送簇头选择请求消息；各个全功能节点在收到所述簇头选择请求消息后，各自随机生成一个滞后时间，并在自身计时到达所述滞后时间时，向网络中以广播方式发送建簇请求消息；半功能节点在首次收到建簇请求消息后，向发送所述建簇消息的全功能节点返回建簇响应消息，并忽略后续接收到的来自其它全功能节点的建簇请求消息；收到建簇响应消息的全功能节点向汇聚节点返回簇头选择响应消息。本专利技术实施例提供的一种用于能源监测的分簇式数据网络建立和传输方法的有益效果包括：减少能源监测传感器网络的能量消耗，从而延长传感器网络的使用寿命；优化此传感器网络上的数据处理和传输，从而保证数据传输的可靠性和实时性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的现有技术中的一种大楼能源监测系统示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种使用了本专利技术方法的大楼能源监测系统示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种用于能源监测的分簇式数据网络建立方法的流程图；图4是本专利技术实施例提供的一种用于能源监测的分簇式数据网络建立方法的流程图；图5是本专利技术实施例提供的一种用于能源监测的分簇式数据网络建立方法的信令图；图6是本专利技术实施例提供的一种用于能源监测的分簇式数据传输方法的信令图；图7是本专利技术实施例提供的一种用于能源监测的分簇式数据传输方法的信令图；图8是本专利技术实施例提供的一种用于能源监测的分簇式数据网络建立方法的信令图；图9是本专利技术实施例提供的一种用于能源监测的分簇式数据传输方法的信令图；图10是本专利技术实施例提供的一种简易的路径树示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了更容易理解本专利技术的专利技术构思，首先从可以应用本专利技术方法的一种大楼能源监控系统开始介绍。图1是现有技术中大楼能源监测系统的示意图，其中无线传感器节点采集数据并经由无线传感器网络将数据发送至汇聚节点，汇聚节点将收集到的数据发往位于Internet上的服务器，服务器进行后台数据处理，并将处理结果发送至用户。其中，所述传感器节点可以是电表传感器、水表传感器或气表传感器，从图1可知现有技术中对于离汇聚节点比较远的传感器节点，例如：位于图中最上面的传感器节点，则是通过无线传感器网络中的其他传感器节点进行递传来完成的，其原理类似于互联网中的路由功能。现有技术中的电表传感器、水表传感器和气表传感器都可以被用作路由节点(递传节点)。而整栋大楼的传感器节点在汇聚节点看来就是一个无线传感器网络。本专利技术在了解并分析了现有技术之后，提出了一种用于能源监测的分簇式数据网络建立和传输方法，接下来就以上述一种大楼能源监控系统为环境介绍其应用本专利技术之后的改变。需要强调的是，接下来描述的使用了本专利技术提出的一种用于能源监测的分簇式数据网络建立和传输方法后的大楼能源监控系统仅仅是本专利技术方法在诸多可适用系统中的一个示例，并不限定本专利技术所能适用的范围。如图2所示，是适用了本专利技术提出的一种用于能源监测的分簇式数据网络建立和传输方法后的大楼能源监控系统的示意图。从图中可以看到，原本作为一个整体的无线传感器网络，现在已经被分成了6个子网络(簇)，并且每个子网络都经由簇头和汇聚节点相连，而原本图1中各个传感器节点都统一向汇聚节点上报数据的方式，也被图2中各簇内成员节点在经由簇头集中搜集上报数据后，再由各簇头将搜集的上报数据集中反馈给还汇聚节点。可以发现这种分区域式搜集然后集中上报方式较现有技术的统一由汇聚节点搜集的方式更为高效。接下来，本专利技术将用具体的实施例阐述如何实现如图2所述的系统的构建和数据的传输。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。实施例一如图3所示为本专利技术实施例提供的一种用于能源监测的分簇式数据网络建立和传输方法的流程图，由图3可知，本专利技术提供的一种用于能源监测的分簇式数据网络建立和传输方法的实施例，在该分簇式数据网络中包含一个或多个可作为簇头的全功能节点，以及一个或多个半功能节点，其特征在于，所述方法包括：在步骤202中，汇聚节点以泛洪方式发送簇头选择请求消息。所述泛洪方式不要求维护网络的拓扑结构和相关的路由计算，仅要求接收到信息的节点以广播方式转发数据包。优选的，在本专利技术的无线传感器网络中，负责完成所述以广播方式转发数据包的节点为全功能节点(全功能节点能够支持较大能耗的功能)。在步骤204中，各个全功能节点在收到所述簇头选择请求消息后，各自随机生成一个滞后时间，并在自身计时到达所述滞后时间时，向网络中以广播方式发送建簇请求消息。其中，全功能节点使用全功能芯片，可以采集数据也可以作为路由，能耗大，一般拥有直接的供电来源，例如：电表传感器节点；半功能节点采用半功能芯片，只作为采集数据和发送用，不用于路由数据，例如：气表传感器节点和水表传感器节点。在步骤206中，半功能节点在首次收到建簇请求消息后，向发送所述建簇消息的全功能节点返回建簇响应消息，并忽略后续接收到的来自其它全功能节点的建簇请求消息。在步骤208中，收到建簇响应消息的全功能节点向汇聚节点返回簇头选择响应消息。在本实施例中，所述簇头选择响应消息是ACK消息，即通知汇聚节点自己负责的簇已经建立完成。在优选的方案中，所述簇头选择响应消息中还可以携带其建立的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于能源监测的分簇式数据网络建立方法，在该分簇式数据网络中包含一个或多个可作为簇头的全功能节点，以及一个或多个半功能节点，其特征在于，所述方法包括：汇聚节点以泛洪方式发送簇头选择请求消息；各个全功能节点在收到所述簇头选择请求消息后，各自随机生成一个滞后时间，并在自身计时到达所述滞后时间时，向网络中以广播方式发送建簇请求消息；半功能节点在首次收到建簇请求消息后，向发送所述建簇消息的全功能节点返回建簇响应消息，并忽略后续接收到的来自其它全功能节点的建簇请求消息；收到建簇响应消息的全功能节点向汇聚节点返回簇头选择响应消息。

【技术特征摘要】
1.一种用于能源监测的分簇式数据网络建立方法，在该分簇式数据网络中包含一个或多个可作为簇头的全功能节点，以及一个或多个半功能节点，其特征在于，所述方法包括：汇聚节点以泛洪方式发送簇头选择请求消息；各个全功能节点在收到所述簇头选择请求消息后，各自随机生成一个滞后时间，并在自身计时到达所述滞后时间时，向网络中以广播方式发送建簇请求消息；半功能节点在首次收到建簇请求消息后，向发送所述建簇请求消息的全功能节点返回建簇响应消息，并忽略后续接收到的来自其它全功能节点的建簇请求消息；收到建簇响应消息的全功能节点向汇聚节点返回簇头选择响应消息；所述收到建簇响应消息的全功能节点向汇聚节点返回簇头选择响应消息，具体包括：根据全功能节点的功率设定返回簇头选择响应消息的最大延迟时间；收到建簇响应消息，并且在达到所述最大延迟时间时，向汇聚节点返回簇头选择响应消息。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：各个簇头向其管理的簇内各成员节点分配数据包发送时间段，所述数据包发送时间段用于各成员节点在后续收到数据上报请求消息时，依据所述数据包发送时间段有序的返回数据上报响应消息。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：汇聚节点以泛洪方式发送建树请求消息，所述建树请求消息中携带跳数；簇头节点在收到所述建树请求消息后，将所述建树请求消息中携带的跳数加1，然后携带在新生成的建树请求消息中以泛洪方式继续向网络中发送；其中，簇头节点在收到多个建树请求消息时，所述簇头节点会比较所述多个建树请求消息中携带的跳数，并将跳数最小的一个建树请求消息中携带的发送地址作为其父节点；在完成父节点的选定后，各个簇头节点将自身的父节点信息进行存储。4.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海，
申请(专利权)人：武汉誉德合同能源管理有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42