基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集方法

摘要

本发明是一种用于管道运输系统的安全管理维护的基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集方法。其特征是采用基于能源管道运输环境特点的无线传感器网络的动态路由选择算法、确认重传机制、大数据包拆分发送算法和日志记录回传算法。本发明能实现数据自动采集、定时监控及管理，且能保障网络协议的灵活性和兼容性以及网络协议功能的完整性、稳定性和健壮性。

主权项

一种用于管道运输系统的安全管理维护的基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集方法，该方法所用的系统包括阴极保护数据自动采集系统的采集器、硬件通信结点、结点之间的通信协议以及管理阴极保护数据的上位机和管理软件；系统在每一条管线布设了一个线性无线传感器网络，于每条管线的起始位置安置称为Sink结点的数据接入结点，在管线上需要采集阴极保护数据的位置布设称为ED结点的数据采集终端结点；在Sink结点处布设管理系统，所以Sink节点是管理系统中单管线无线传感器网络的管理者，该管理系统有数据库与其有输入、输出连接，并接有低级用户的输出；如此的多个管线之管理系统输出接有高级用户和数据库的管理系统；所述阴极保护数据自动采集系统的采集器是一款基于无线传感器网络、工作在391MHz‑464MHz频段、具有3‑5公里传输能力的大功率硬件通信结点；本结点采用时分复用工作方式；所述阴极保护数据自动采集系统的结点之间通信协议是用来实现适用于能源管道运输环境的无线传感器网络的保障通信；该网络拓扑分布基本为直线或曲线形；所述阴极保护数据自动采集系统的上位机管理系统用户分为五个级别：管理员级、总控级、站场级、管线级和保护站级，级别从高到低；所述管理软件包括用户管理模块，结点管理模块，各级结点拓扑图模块，数据的处理和分析模块，各级数据库的备份和上传模块以及硬件控制模块；所述的用户管理模块基于该系统的管理特性，设计了五个级别的用户，分别为管理员级、总控级、站场级、管线级和保护站级，而管理员级的用户能对其他各个级别的用户进行添加、删除、修改和显示用户信息这几个功能；基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集方法是：1)协议将网络起始结点设为Sink结点，将其余结点设为ED结点；Sink结点作为直接与数据库进行交互的主结点，其具有较强的处理、控制及存储功能，一方面通过Sink结点向其他ED结点发送控制指令，另一方面将由ED结点传送的数据进行汇总及上传；ED结点作为主要的阴极保护数据的采集结点采集管道阴极保护数据并传送给Sink结点，ED结点的数量根据网络的地理长度进行拓展，满足长距离的需求；2)网络中各个结点使用自行设计的满足基于能源管道运输环境特点的无线传感器网络的“端口号映射法”协议方式，以实现结点之间多跳接力式的通信；“端口号映射法”协议架构由底层到上层依次为：物理层，射频层，网络层及应用层；网络层通过调用物理层和射频层封装的功能函数，形成供应用层调用的应用层功能接口函数，应用层通过数据包中的端口号来调用特定的功能函数，并完成相应功能；3)当无线传感器网络中出现连续小于4的N个结点故障无法通信时，与故障结点相邻的正常结点绕过故障结点正常通信；因所描述的网络覆盖距离较长，信道环境复杂，干扰影响大，基于此设计了基于能源管道运输环境特点的无线传感器网络的跳频算法，以提供在干扰环境中切换信道的保障通信；当周围环境中干扰严重或人为干预跳频时，Sink结点将以广播形式发送时钟同步信息及跳频指令，ED结点收到该指令时完成与Sink结点的时钟同步并根据已有的调频序列表进行跳频；其特征是采用基于能源管道运输环境特点的无线传感器网络的动态路由选择算法、确认重传机制、大数据包拆分发送算法和日志记录回传算法；所述动态路由选择算法为：为了消除由于增减结点而造成的无线路由功能紊乱而设计的算法，每次启动结点可以刷新现有的路由表，从而据其选择最优的无线传输路径进行数据传输；所述确认重传机制为：是一种为了保证传输成功率而设计的算法，当接收方收到发送方发送的数据包时需要向其发送回传确认信息ACK，如果发送方没有收到ACK则认为发送失败，一段时间后自动重传，直到接收到ACK信息为止；所述大数据包拆分发送算法为：是为了避免大段数据同时丢失而设计的算法，将其拆分为若干小数据包进行传送，每个小数据包中标有其在大数据包中的位置以及总分包数，接收方将接收到的小数据包根据其位置信息重新拼装为原始大数据包；所述日志记录回传算法为：是为了及时记录结点工作状态而设计的算法，各结点会将状态信息以最小数据量进行记录并存储，当Sink结点发送日志请求指令时将其发回。