本發明專利是一種無線數據傳輸的自組網方法，特別是一種基于433MHz蛛網(Cobweb)協議的監控數據傳輸組網系統及方法。
背景技術：
隨著物聯網技術的深入發展，對無線通訊技術的要求越來越高，更加傾向于研制出一種適應能力強、無需管理維護的無線數據傳輸自組網方法。目前，廣泛應用的無線通信技術主要有Zigbee、藍牙、紅外、433MHz和Wi-Fi，在工業上無線自組網用得較多的有Zigbee協議。
Zigbee技術，通常采用2.4GHz頻段，該頻段波長相對較短，信號傳輸衰減較大，繞射能力弱，導致傳輸延遲，工程和維護費用提高；且2.4GHz頻段已有眾多運行中的無線系統，如Wi-Fi,藍牙等，尤其是無線局域網已大量在居民樓使用，造成Zigbee網絡與其他無線網絡相互干擾較嚴重，用于家電及樓宇自動化技術，不適于覆蓋范圍較大的無線傳感器網絡；另外，采用國外專用Zigbee芯片，存在受制于其它國家的風險，成本不具競爭力。
433MHz頻段較低，波長相對較長，信號傳輸衰減較小，單跳傳輸距離較長；該頻段最大發射功率為50mW較2.4GHz Zigbee(10mW)技術最大發射功率高，使通訊覆蓋范圍變廣，繞射能力增強，環境適應能力也隨之增強。
Cobweb協議，借鑒了Zigbee/無線抄表等應用的無線自組網協議思路，摒棄末梢節點設計，通過跳頻、傳輸機制優化等手段，大幅優化現有自組網協議，徹底改變現有路由節點無法實現低功耗的問題。433MHz Cobweb協議與其他無線網絡的相互干擾少，采用自適應跳頻技術，避免與本頻段其它無線設備的相互干擾，吸收無線網狀網絡特點，并工作于更優越的1GHz以下頻段，較少受制于國外技術壁壘；具有本國自主知識產權，成本有優勢。
通常傳感器監測采集的點位數量較多，傳統無線傳感器網絡中多個傳感器對應一個無線網關路由器，將數據上傳至服務器；如果網關路由器受到損壞或者位置發生移動，那么與之通信的多個傳感器的數據傳輸就中斷了，導致數據丟失，嚴重影響監測的時效性和可靠性。而且傳統的自組網協議信道數量較少、網絡拓撲需用戶設定，導致無線傳輸網絡抗干擾和環境適應能力較差，數據傳輸能耗較高。
技術實現要素：
為了解決背景技術中存在的問題，本發明提出了一種基于433MHz蛛網(Cobweb)協議的監控數據傳輸組網系統及方法，通過無線自組網設計方法構建了一種特殊的自組織、多跳、無線移動網絡，可實現復雜監測環境下數據的不間斷傳輸。
本發明所采用的技術方案是：
一、一種基于433MHz蛛網協議的監控數據傳輸組網系統：
主要由蛛網傳感器、蛛網網關路由器和服務器組網成為監控數據傳輸的蛛網，多個蛛網傳感器均布在監控環境的各處，蛛網傳感器設置有433MHz頻段天線，蛛網傳感器通過433MHz蛛網協議與蛛網網關路由器連接，蛛網網關路由器和服務器連接。本發明的蛛網傳感器和蛛網網關路由器能通過內部算法實現免配置，一鍵入網，能自愈，無需維護和管理。
所述的蛛網傳感器既作為蛛網的節點，所有節點互為中繼關系，蛛網傳感器之間通過WIFI無線傳輸數據，每個蛛網傳感器自身具有數據記錄儀。
所述蛛網傳感器將記錄的傳感數據經蛛網網關路由器傳輸到服務器，蛛網傳感器之間進行通信將記錄的傳感數據進行傳輸并記錄。
所述蛛網中，當其中一蛛網網關路由器發生故障或者其中一蛛網傳感器與其通信的蛛網網關路由器之間的相互通信關系發生改變，則啟動路由算法，調整節點之間的通信關系，形成新的網絡拓撲結構，使得蛛網網關路由器下原對應連接的所有蛛網傳感器或者該蛛網傳感器發送已采集的傳感數據到鄰近的蛛網傳感器，經鄰近的蛛網傳感器所通信連接的蛛網網關路由器上傳到服務器。
所述的蛛網傳感器、蛛網網關路由器和服務器均設置在需組網環境中。需組網環境例如廠房和倉庫等的地面空間以及車輛和飛機等運輸工具。
還包括云端服務器，廠房、倉庫、車輛和運輸工具等多個需組網環境內搭建的所述監控數據傳輸組網系統均通過GPRS連接到云端服務器。
二、一種基于433MHz蛛網協議的監控數據傳輸組網方法：
1)初始化蛛網網關路由器，并配置其內部的433MHz頻段放入無線通信模塊；
2)服務器掃描網絡，判斷各蛛網網關路由器是否成功加入網絡：
如果蛛網網關路由器成功加入網絡，則進行下一步驟；
如果蛛網網關路由器未成功加入網絡，蛛網傳感器自身存儲已采集的傳感數據，并不斷重復步驟2)；
3)判斷蛛網傳感器和蛛網網關路由器之間是否存在通信關系：
如果蛛網傳感器和蛛網網關路由器之間通信成功，則蛛網傳感器將采集的傳感數據傳輸給蛛網網關路由器，經由蛛網網關路由器傳輸到服務器，服務器接收數據完成傳輸；
如果蛛網傳感器和蛛網網關路由器之間通信不成功，則蛛網傳感器自身存儲已采集的傳感數據，并不斷重復步驟3)。
本發明使得傳輸機制優化，具體優化是讓每一個蛛網傳感器測量節點互為中繼的自組網節點，既能夠作為傳感器采集數據，又能夠作為中繼器參與組網與轉發數據。這樣：
所述步驟2)中，蛛網網關路由器在一段時間內未成功加入網絡，則認為蛛網網關路由器發生故障，調整蛛網網關路由器下所有蛛網傳感器之間的通信關系，使得蛛網網關路由器下原對應通信連接的所有蛛網傳感器將已采集的傳感數據通過跳頻方式發送到鄰近的蛛網傳感器，經鄰近的蛛網傳感器所通信連接的蛛網網關路由器上傳到服務器，從而形成新的網絡拓撲結構，由此保證數據傳輸不受阻礙。
該鄰近的蛛網傳感器所通信連接的蛛網網關路由器應是正常工作的，若不正常工作的，則繼續將已采集的傳感數據發送到其他所通信連接的蛛網網關路由器正常工作的鄰近蛛網傳感器，經由其正常工作的蛛網網關路由器上傳到服務器。
所述步驟3)中，蛛網傳感器和蛛網網關路由器之間在一段時間內通信不成功，則認為其中一蛛網傳感器與其通信的蛛網網關路由器之間的相互通信關系發生改變，調整該蛛網傳感器與其通信的蛛網網關路由器之間的相互通信關系，使得該蛛網傳感器將已采集的傳感數據通過跳頻方式發送到鄰近的蛛網傳感器，經鄰近的蛛網傳感器所通信連接的蛛網網關路由器上傳到服務器，從而形成新的網絡拓撲結構，由此保證數據傳輸不受阻礙。
該鄰近的蛛網傳感器所通信連接的蛛網網關路由器應是正常工作的，若不正常工作的，則繼續將已采集的傳感數據發送到其他所通信連接的蛛網網關路由器正常工作的鄰近蛛網傳感器，經由其正常工作的蛛網網關路由器上傳到服務器。
本發明還通過篩選射頻MCU控制末稍節點的SLEEP管腳，使數據傳輸處于低功耗狀態。根據電量和信號強度優化傳輸線路，采用15級鏈路自動跳轉；設定時間內仍未檢測到網絡信號，傳感器會自動儲存數據，當無線網路恢復后，即刻上傳已存儲的歷史數據，保證數據傳輸的連續性和可靠性。
本發明的有益效果是：
本發明方法通過跳頻等手段大幅優化現有自組網協議和傳輸機制，徹底改變現有路由節點無法實現低功耗的問題，并實現了復雜監測環境下數據的不間斷傳輸，具有強健、無線傳感器網狀網絡使用簡便、操作簡單、免維護、能自愈、適應性強、無需網絡管理的特點。
本發明通過433MHz Cobweb協議的自組網技術，不僅可以避免2.4GHz Zigbee、WiFi、藍牙等無線數據傳輸技術的高開發成本，而且能夠自由增加傳感器數量，不需要配置，更好解決無線數據傳輸低功耗的問題。
本發明能夠運用在食品加工、溫室大棚、物流與儲藏環境監測系統中，有效解決傳統無線傳輸方式的數據傳輸穩定性問題，實現復雜監測環境下數據的不間斷傳輸，為精確農業監測平臺的數據溯源和監督管理提供了數據基礎。
附圖說明
圖1是本發明實例的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
本發明的傳輸組網系統主要由蛛網傳感器、蛛網網關路由器和服務器組網成為監控數據傳輸的蛛網，多個蛛網傳感器均布在監控環境的各處，蛛網傳感器設置有433MHz頻段天線，蛛網傳感器通過433MHz蛛網協議與蛛網網關路由器連接，蛛網網關路由器和服務器連接。
其中蛛網網關路由器作為中繼器，一個蛛網網關路由器能搭載連接上千蛛網傳感器。蛛網傳感器既作為蛛網的節點，又作為中繼路由器，所有節點互為中繼關系，蛛網傳感器之間通過WIFI無線傳輸數據，每個蛛網傳感器自身具有數據記錄儀，能保存3000條歷史數據，當蛛網傳感器連接任意蛛網網關路由器后，已保存的歷史數據能夠經蛛網網關路由器快速上傳到服務器。
蛛網傳感器將記錄的傳感數據經蛛網網關路由器傳輸到服務器，蛛網傳感器之間進行通信將記錄的傳感數據進行傳輸并記錄。具體實施的蛛網傳感器和蛛網網關路由器能通過內部算法實現免配置，一鍵入網，能自愈，無需維護和管理。
蛛網中，當其中一蛛網網關路由器發生故障或者其中一蛛網傳感器與其通信的蛛網網關路由器之間的相互通信關系發生改變，則啟動路由算法，調整節點之間的通信關系，使得蛛網網關路由器下原對應連接的所有蛛網傳感器或者該蛛網傳感器發送已采集的傳感數據到鄰近的蛛網傳感器，經鄰近的蛛網傳感器所通信連接的蛛網網關路由器上傳到服務器。
還包括云端服務器，廠房、倉庫、車輛和運輸工具等多個需組網環境內搭建的監控數據傳輸組網系統均通過GPRS連接到云端服務器。
本發明實施例在上述系統基礎上采用以下實施過程，具體如圖1所示：
實施例在供應商廠房中、經銷商廠房中、存儲倉庫中、地面運輸的車輛中以及空中運輸的飛機中均搭建的上述監控數據傳輸組網系統。
對于每個監控數據傳輸組網系統具體是采用以下傳輸機制進行：
1)初始化蛛網網關路由器，并配置其內部的433MHz頻段放入無線通信模塊；
2)服務器掃描網絡，判斷各蛛網網關路由器是否成功加入網絡：
如果蛛網網關路由器成功加入網絡，則進行下一步驟。
如果蛛網網關路由器未成功加入網絡，蛛網傳感器自身存儲已采集的傳感數據，并不斷重復步驟2)。
若蛛網網關路由器在一段時間內未成功加入網絡，則認為蛛網網關路由器發生故障，調整蛛網網關路由器下所有蛛網傳感器之間的通信關系，使得蛛網網關路由器下原對應通信連接的所有蛛網傳感器將已采集的傳感數據通過跳頻方式發送到鄰近的蛛網傳感器，該鄰近的蛛網傳感器所通信連接的蛛網網關路由器必須是正常工作的，經鄰近的蛛網傳感器所通信連接的蛛網網關路由器上傳到服務器，從而形成新的網絡拓撲結構，由此保證數據傳輸不受阻礙。
3)判斷蛛網傳感器和蛛網網關路由器之間是否存在通信關系：
如果蛛網傳感器和蛛網網關路由器之間通信成功，則蛛網傳感器將采集的傳感數據傳輸給蛛網網關路由器，經由蛛網網關路由器傳輸到服務器，服務器接收數據完成傳輸。
如果蛛網傳感器和蛛網網關路由器之間通信不成功，則蛛網傳感器自身存儲已采集的傳感數據，并不斷重復步驟3)。
若蛛網傳感器和蛛網網關路由器之間在一段時間內通信不成功，則認為其中一蛛網傳感器與其通信的蛛網網關路由器之間的相互通信關系發生改變，調整該蛛網傳感器與其通信的蛛網網關路由器之間的相互通信關系，使得該蛛網傳感器將已采集的傳感數據通過跳頻方式發送到鄰近的蛛網傳感器，該鄰近的蛛網傳感器所通信連接的蛛網網關路由器必須是正常工作的，經鄰近的蛛網傳感器所通信連接的蛛網網關路由器上傳到服務器，從而形成新的網絡拓撲結構，由此保證數據傳輸不受阻礙。
蛛網傳感器自身具有數據記錄儀，能保存至少3000條歷史數據，當蛛網傳感器重新連接任意網關后，將已經采集的歷史傳感數據進行急速補傳。
實施例的所有監控數據傳輸組網系統均通過GPRS連接到云端服務器。監控數據傳輸組網系統中本地服務器的監測數據實時自動傳輸到Web云端服務器，供授權用戶隨時隨地查看。