CN203072171U - 一种面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统 - Google Patents
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Abstract
一种面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统，包括：若干终端实时上传定位对象数据；若干基站，接收终端上传的定位对象数据，并传送；若干触发器，设置在室内区域的每一门口，将采集到的终端数据进行发送；若干中继器，连接基站和触发器，扩大网络范围；中继器接收定位对象数据以及终端数据，并转发；网关，接收定位对象数据以及终端数据，或接收中继器转发的定位对象数据及终端数据；服务器和PC，连接网关，接收定位对象数据及终端数据，并进行存储和处理，实现定位；其中，拓扑结构根据一信标载荷值变换，启用或关闭中继器，使网关通过中继器接收定位对象数据及终端数据或直接通过基站及触发器接收定位对象数据及终端数据。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无线通信技术，特别涉及无线传感网络组建、维护、通信的技术系统架构。
背景技术
目前，根据不同的需求和定位原理，市面上有多种可以用于定位的无线通信技术，例如RFID，红外，WiFi，GPS，ZigBee等等。室内定位技术多采用基于信号强度值为定位计算方法，该方法对无线网络容量及数据通信的可靠性均有颇高的要求。ZigBee技术本身是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是基于IEEE 802.15.4 无线标准研制开发的关于组网、安全和应用软件方面的通信技术。其大网络容量，可靠的传输机制在基于信号强度的定位系统中得到广泛运用。
针对室内定位系统无线网络的特殊性，标准ZigBee技术在定位系统的实际运用中存在以下问题。定位对象携带的标签在网络中属于终端设备，且由于定位对象的移动，标签会不断的执行“入网->出网->再入网”，周而复始，标签功耗随之升高；且在网络方面，由于标签的动态运动，致使数据在上传过程中需要反复选择路由路径，增加额外负载，造成网络传输数据效率降低。此外，大多室内定位系统采用传统ZigBee单一网络拓扑结构，需实时动态选择路由，不仅数据传输效率低，也易造成网络阻塞或网络风暴，不利于网络组网维护、数据兼容及室内定位业务拓展的可持续性。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种适用于室内定位应用的，具有自组织、自维护、低时延、可灵活调整网络拓扑结构的高可靠高稳定性的无线网络架构系统。
本实用新型通过以下技术方案实现：
一种面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统，包括：
若干终端，由用户携带，包含唯一的标识ID，若干终端通过直接发送广播数据的方式实时上传定位对象数据；
若干基站，设置在一室内区域，接收终端上传的定位对象数据，并执行入网流程将所接收到的定位对象数据传送；
若干触发器，设置在室内区域的每一门口，终端的进出门事件触发触发器进行终端数据采集，并将采集到的终端数据进行发送；
若干中继器，连接基站和触发器，扩大网络范围；中继器接收基站传送的定位对象数据以及触发器发送的终端数据，并将接收到的定位对象数据及终端数据转发；
网关，接收传送的定位对象数据以及触发器发送的终端数据，或接收中继器转发的定位对象数据及终端数据；
服务器和PC，连接网关，接收定位对象数据及终端数据，并进行存储和处理，实现定位；
其中，面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统的拓扑结构根据一信标载荷值变换，启用或关闭中继器，使网关通过中继器接收定位对象数据及终端数据或直接通过基站及触发器接收定位对象数据及终端数据。
较佳的，面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统的拓扑结构包括星形结构和树形结构。
较佳的，星形结构包括：基站和触发器接收终端的定位对象数据，并直接连接网关。
较佳的，树形结构包括：基站和触发器接收终端的定位对象数据，并连接至基站和触发器所在区域内的中继器，通过中继器连接网关。
附图说明
图1为本实用新型一种面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统的系统架构图；
图2为本实用新型一种面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统的星形拓扑结构图；
图3为本实用新型一种面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统的树形拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
请参考图1，一种面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统，包括：若干终端1，由用户携带，包含唯一的标识ID，若干终端通过直接发送广播数据的方式实时上传定位对象数据； 若干基站22，设置在一室内区域，接收终端上传的定位对象数据，并执行入网流程将所接收到的定位对象数据传送；若干触发器21，设置在室内区域的每一门口，终端1的进出门事件触发触发器进行终端数据采集，并将采集到的终端数据进行发送；若干中继器3，连接基站和触发器，扩大网络范围；中继器3接收基站22传送的定位对象数据以及触发器21发送的终端数据，并将接收到的定位对象数据及终端数据转发；网关4，接收传送的定位对象数据以及触发器发送的终端数据，或接收中继器3转发的定位对象数据及终端数据；服务器5和PC6，连接网关4，接收定位对象数据及终端数据，并进行存储和处理，实现定位。
终端1为数据的发送端，负责实时上传定位对象数据，无需入网，直接发送广播数据给触发器21或基站22。基站22负责终端位置坐标数据采集，执行入网流程传送到上一级设备，以作为定位数据来源。触发器21负责终端触发数据采集，入网上传，并用以辅助定位，提高定位精度。中继器3负责将触发器或基站采集的数据转发至网关4（作为协调器），并向下维护触发器21和基站22等设备。网关主要负责网络的建立和维护下一级的设备，确保其子节点丢失或发生故障时，在第一时间报警，并转发上传数据至上位机。
本实用新型中网络的建立采用自组织设计，设备上电后，网关首先检测当前信道是否存在其他网络，若有，则选择不同于当前网络的信道建立网络。基站、触发器、中继器则根据系统设置的信标载荷值区分界定拓扑结构，即星形网或树形网，再通过比较数据链路质量自行选择当前信号最好父节点，申请加入网络组成单级星形网络或者多级星形网络。中继器采用拆分式设计，可根据室内规模大小自行调整选择，即仅使用一套程序网络拓扑则可以在星形、树形网络间自由切换，且保证组网，维护和数据的兼容性。单级星形网络架构图见附图2所示。
多级树形网络架构更多涉及功耗控制和数据转发效率，把固定节点（基站、触发器、中继器和网关协调器）和移动节点（终端）分开，移动节点不入网，不接收网络消息，可以有效降低功耗。其次，网络层只剩下固定节点，则可固定数据转发链路，减少路由动态选择带来的额外带宽占用，提高数据转发效率。对于覆盖面积不大的小形区域，基站、触发器和网关协调器组成星形网即可，若覆盖面积较大，则增加中继器作为中转设备。多级树形网络架构图见附图3所示。
室内定位系统中数据传输大都是单向，网络维护可采用“签到机制”。在单级星形网络中，基站或触发器若在单位周期内没有转发任何数据，则需向网关签到。若网关在系统指定时间内未收到基站和触发器任何报文，则认为其丢失。如果基站和触发器反复尝试，仍无法与其父节点通信，则重新执行入网流程。在多级网络中，维护机制由网络中的各级父节点发起，主动维护各子节点设备。采用该维护机制具有以下优势：（1）固定节点硬件没有问题，或处于有效射频范围内，则不会出现节点丢失现象；（2）节点硬件存在故障或者处在有效射频范围外，则极短时间内发布报警信息；（3）维护机制是单向通信，不影响网络数据传输速率。
中继器是本系统重要的数据中转设备，除采用可拆分兼容式设计外，也兼具数据融合，数据存储转发功能。中继器主动分析定位数据来源，并将其分为3类：（1）基站或触发器自身网络维护信息、配置回复报文等数据，收到则立即转发；（2）终端报警数据，由于终端上传数据采用广播方式，则存在多个基站或触发器同时上传转发现象，中继器则采用同类数据融合机制，过滤重复信息立即转发；（2）终端定位数据，也是广播模式，数据较多且对定位精度影响较大，中继器则采用存储转发机制，有效判断相关有效数据量，统一收集再转发。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (4)
1.一种面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统，其特征在于，包括：
若干终端，由用户携带，包含唯一的标识ID，所述若干终端通过直接发送广播数据的方式实时上传定位对象数据；
若干基站，设置在一室内区域，接收所述终端上传的定位对象数据，并执行入网流程将所接收到的所述定位对象数据传送；
若干触发器，设置在所述室内区域的每一门口，所述终端的进出门事件触发所述触发器进行终端数据采集，并将采集到的终端数据进行发送；
若干中继器，连接所述基站和所述触发器，扩大网络范围；所述中继器接收所述基站传送的所述定位对象数据以及所述触发器发送的终端数据，并将接收到的所述定位对象数据及终端数据转发；
网关，接收传送的所述定位对象数据以及所述触发器发送的终端数据，或接收所述中继器转发的所述定位对象数据及终端数据；
服务器和PC，连接所述网关，接收所述定位对象数据及终端数据，并进行存储和处理，实现定位；
其中，所述面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统的拓扑结构根据一信标载荷值变换，启用或关闭所述中继器，使所述网关通过所述中继器接收所述定位对象数据及终端数据或直接通过所述基站及所述触发器接收所述定位对象数据及终端数据。
2.如权利要求1所述的面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统，其特征在于，所述面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统的拓扑结构包括星形结构和树形结构。
3.如权利要求2所述的面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统，其特征在于，所述星形结构包括：所述基站和所述触发器接收所述终端的定位对象数据，并直接连接所述网关。
4.如权利要求2所述的面向室内定位拓扑结构自适应无线传感网络架构系统，其特征在于，所述树形结构包括：所述基站和所述触发器接收所述终端的定位对象数据，并连接至所述基站和所述触发器所在区域内的中继器，通过所述中继器连接所述网关。
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