CN102833828A - 无线传感器网络实现射频低功耗的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线传感器网络实现射频低功耗的方法，其包括以下步骤：对无线传感器网络中预定节点设置预定休眠频率和休眠时间，经过预定休眠时间后，唤醒预定节点，对通讯信道进行探测：当发现发送队列中有数据要发送时，则发送数据；当发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据时，则先接收数据，接收完数据之后，再发送数据；当未发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，而且未发现发送队列中有数据要发送时，则继续进入休眠状态。本发明能够使得无线传感器网络中各个节点在最大程度上实现低功耗，并且保证数据不丢失。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线传感器网络实现射频低功耗的方法。
背景技术
无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)，是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。其以低功耗、低成本、分布式和自组织的特点为我们带来了一场信息感知的变革。
各种能被传感器感知的物理参量(如温度、湿度、震动、加速度、二氧化碳浓度等)，以各种多媒体形式的数据(如video、image、audio等)，通过WSN节点的自组网，远程采集、传输至监控端。无线传感器网络作为物联网(Internetof Thing，IOT)的重要组成部分，目前在精准农业、林业监测、智能建筑、智能交通、智能家居等领域正逐渐展开应用。
其中，Zigbee是一种短距离、低功耗的无线通信技术名称。其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
在无线传感器网络中，功耗问题是最关键的技术难题之一。目前的低功耗技术，通常是在不通讯过程中对处理器降频，关闭时钟源，关闭外部硬件接口，关闭射频发射装置，但是在不通讯过程中一直要打开监听模块，监听是否有数据接收，当需要接收和传播数据时，再打开各个工作部件。换言之，目前的低功耗技术是通过控制硬件休眠达到低功耗，但是它们在进入休眠的时候，要一直打开监听模式，监听子节点有没有数据发送过来，并没有做到关闭监听模块，即并没有完全处于休眠状态。而且这样在传播数据的过程中容易造成数据丢包，发生数据传输不正确的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有射频技术功耗较高，以及传输过程中容易丢失数据的缺陷，提供一种能够最大程度地实现低功耗，并且不会对数据的传输造成影响的无线传感器网络射频技术。
为解决上述技术问题，本发明提供一种新的无线传感器网络实现射频低功耗的方法，所述方法包括以下步骤：
对无线传感器网络中预定节点设置预定休眠频率和休眠时间，
经过预定休眠时间后，唤醒预定节点，对通讯信道进行探测：
当发现发送队列中有数据要发送时，则发送数据；
当发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据时，则先接收数据，接收完数据之后，再发送数据；
当未发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，而且未发现发送队列中有数据要发送时，则继续进入休眠状态。
进一步的，在不同实施方式中，其中节点发送数据时，先发送预定导引头，再发送有效数据。
进一步的，在不同实施方式中，其中节点发送预定导引头的时间持续到接收所述预定导引头的子节点唤醒之时。
进一步的，在不同实施方式中，其中节点发送预定导引头的时间持续到超过子节点的预定休眠时间。
进一步的，在不同实施方式中，其中节点接收数据时，先接收预定导引头，再接收有效数据。
进一步的，在不同实施方式中，其中节点发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，且同时发现发送对列中有数据要发送时，则先接收数据，同时启动定时器，将发送队列中要发送的数据延迟预定时间后再发送。
进一步的，本发明涉及的另一个方面，提供了一种存储于处理器可读的存储媒介中的无线传感器网络实现射频低功耗的方法的计算机程序产品，所述无线传感器网络实现射频低功耗方法程序包括能使处理器执行以下操作的指令：
对无线传感器网络中预定节点设置预定休眠频率和休眠时间，
经过预定休眠时间后，唤醒预定节点，对通讯信道进行探测：
当发现发送队列中有数据要发送时，则发送数据；
当发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据时，则先接收数据，接收完数据之后，再发送数据；
当未发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，而且未发现发送队列中有数据要发送时，则继续进入休眠状态。
进一步的，在不同实施方式中，其中节点发送数据时，先发送预定导引头，再发送有效数据。
进一步的，在不同实施方式中，其中节点发送预定导引头的时间持续到接收所述导引头的子节点唤醒之时。
进一步的，在不同实施方式中，其中节点发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，且同时发现发送对列中有数据要发送时，则先接收预定导引头，再接收有效数据，同时启动定时器，将发送队列中要发送的数据延迟预定时间后再发送。
与现有技术相比，本发明提供一种新的无线传感器网络实现射频低功耗的方法，由于在无线数据中加入了预定导引头，能够实现全部模块进入休眠状态，并能够在极短时间开启监听，对通讯信道进行探测，从而使得无线传感器网络中各个节点在最大程度上实现低功耗，并且保证数据不丢失。目前用于野外监测的无线传感网节点都是通过太阳能供电，本发明可以极大降低功耗，保证节点在长时间的阴雨天气仍然能够正常工作，对于环境的监测，对于整个传感器网络数据传输有着重大意义。
具体实施方式
对无线传感器网络中各节点设置预定休眠频率和休眠时间，具体为每一秒钟休眠八次，平均每次休眠125毫秒。每个节点所传输的数据，由预定导引头和有效数据组成，其中预定导引头可以是置于有效数据之前的一串数据，用于标记每一组有效数据。节点在每次唤醒后开启监听模式，对通讯信道进行探测，当发现发送队列中有数据要发送，则先发送预定导引头，再发送有效数据，并且发送预定导引头的时间持续到接收所述预定导引头的子节点唤醒之时。当无线传感器网络中各个节点之间的时间不同步时，本节点不知道子节点唤醒的时间，所以发送预定导引头的时间持续到超过子节点的预定休眠时间。本实施例中，节点的预定休眠时间为125毫秒，发送预定导引头的时间持续128毫秒。
当发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，且未发现发送队列中有数据要发送时，则只接收数据，具体为先接收预定导引头，再接收有效数据。当发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，且同时发现发送队列中有数据要发送时，则进行冲突避免，先接收预定导引头，再接收有效数据，同时启动定时器，将发送队列中要发送的数据延迟预定时间后再发送，以避免数据的丢失和冲突。
当未发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，而且未发现发送队列中有数据要发送时，则节点继续进入休眠状态。
总之，节点只有在探测到通讯信道无含有预定导引头的数据时，才发送本节点的数据，且发送有效数据前，先发送预定导引头并且发送预定导引头的时间持续到接收所述预定导引头的子节点唤醒之时，以保证传输过程中不会丢失数据。
当无线传感器网络中各个节点之间的时间同步时，首先由网关发送同步数据包，当第一节点收到同步数据包时，立即转发数据包，并进入休眠状态；当第二节点收到第一节点同步数据包时，立即转发数据包，并进入休眠状态；这样时间同步数据包在网络各节点中依次传递，直到整个网络进入同步状态。同步机制中默认由于节点之间距离不一致造成的时间误差忽略不计。
利用时间同步可以让节点同步进入睡眠，并且同步唤醒。这样，本节点知道子节点的唤醒时间，于是与各个节点不同步的情形相比，节点同步下发送预定导引头的持续时间将大大缩短，从而更大程度上降低发送有效数据前的功率消耗，更大程度地降低射频发射功耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (10)
1.一种无线传感器网络实现节点射频低功耗的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
对无线传感器网络中预定节点设置预定休眠频率和休眠时间，
经过预定休眠时间后，唤醒预定节点，对通讯信道进行探测：
当发现发送队列中有数据要发送时，则发送数据；
当发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据时，则先接收数据，接收完数据之后，再发送数据；
当未发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，而且未发现发送队列中有数据要发送时，则继续进入休眠状态。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络实现节点射频低功耗的方法，其特征在于：所述节点发送数据时，先发送预定导引头，再发送有效数据。
3.根据权利要求2所述的无线传感器网络实现节点射频低功耗的方法，其特征在于：所述节点发送预定导引头的时间持续到接收所述预定导引头的子节点唤醒之时。
4.根据权利要求3所述的无线传感器网络实现节点射频低功耗的方法，其特征在于：所述节点发送预定导引头的时间持续到超过子节点的预定休眠时间。
5.根据权利要求1所述的无线传感器网络实现节点射频低功耗的方法，其特征在于：所述节点接收数据时，先接收预定导引头，再接收有效数据。
6.根据权利要求1所述的无线传感器网络实现节点射频低功耗的方法，其特征在于：所述节点发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，且同时发现发送对列中有数据要发送时，则先接收数据，同时启动定时器，将发送队列中要发送的数据延迟预定时间后再发送。
7.一种存储于处理器可读的存储媒介中的无线传感器网络实现节点射频低功耗的方法的计算机程序产品，其特征在于：所述无线传感器网络实现射频低功耗方法程序包括能使处理器执行以下操作的指令：
对无线传感器网络中预定节点设置预定休眠频率和休眠时间，
经过预定休眠时间后，唤醒预定节点，对通讯信道进行探测：
当发现发送队列中有数据要发送时，则发送数据；
当发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据时，则先接收数据，接收完数据之后，再发送数据；
当未发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，而且未发现发送队列中有数据要发送时，则继续进入休眠状态。
8.根据权利要求7所述的存储于处理器可读的存储媒介中的无线传感器网络实现节点射频低功耗的方法的计算机程序产品，其特征在于：所述节点发送数据时，先发送预定导引头，再发送有效数据。
9.根据权利要求8所述的存储于处理器可读的存储媒介中的无线传感器网络实现节点射频低功耗的方法的计算机程序产品，其特征在于：所述节点发送预定导引头的时间持续到接收所述导引头的子节点唤醒之时。
10.根据权利要求7所述的存储于处理器可读的存储媒介中的无线传感器网络实现节点射频低功耗的方法的计算机程序产品，其特征在于：所述节点发现通讯信道中存在含有预定导引头的数据，且同时发现发送对列中有数据要发送时，则先接收预定导引头，再接收有效数据，同时启动定时器，将发送队列中要发送的数据延迟预定时间后再发送。
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