CN102984791B - 一种无线传感器节点的节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线传感器节点的节能方法，该方法包括，初始化无线传感器节点，设定无线传感器节点的数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值；无线传感器节点的数据处理模块判断当前是否有数据达到所述触发阈值，若否，则启动数据延时启动模式，反之，则启动数据立即启动模式；最终数据收发结束，重新设定数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值，关闭数据收发模块。通过本发明在不需要收发数据时，关闭无线传感器节点的数据收发模块，避免其长时间处于等待状态以达到大量减少电池能源消耗的目的。

Description

一种无线传感器节点的节能方法

技术领域

本发明涉及物联网无线传感器节点技术研究领域，特别涉及一种基于数据驱动的无线传感器节点的节能方法。

背景技术

物联网是目前新兴热点研究领域，近年来逐渐成为各国构建经济社会发展新模式和重塑国家长期竞争力的先导领域。物联网的应用领域非常广泛，各种无线传感器作为物联网的典型应用，已经初步形成了一定的市场规模。相对于有线设备，无线设备的最大问题是能源消耗。对于使用电池作为能源供应的传感器设备，一次性电源的工作时间直接影响到***的性能。所以无线传感器节点如何做到节能以及使用效率的最大化成为一个重要研究课题。

在无线传感器节点的能源消耗中，数据计算处理所使用的能量很少，绝大部分的能源消耗在传感器节点数据收发模块的数据接收与发送工作上。数据收发模块在通电后，收发数据状态和等待状态所消耗的能量大致相同。所以传感器节点的节能关键问题在于使数据收发模块降低能耗。从目前的技术角度看，因为无线传输受信道、功率、信号强度等多方面因素的影响，单纯的降低数据收发所消耗的能源量但不影响传输信号的强度和传输质量是不现实的。

发明内容

(一)所要解决的技术问题

本发明的目的是提供了一种无线传感器节点的节能方法，该方法在单位时间内数据收发模块耗能一定的前提下，通过更合理的方式分配数据收发模块的工作时间实现能源的节约。

(二)技术方案

本发明提供一种无线传感器节点的节能方法，该方法包括：

S1、初始化无线传感器节点，设定无线传感器节点的数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值；

S2、无线传感器节点判断当前是否有数据达到所述触发阈值；否，执行步骤S3，反之，执行步骤S4；

S3、无线传感器节点判断是否达到数据收发模块定时器值，若达到定时器值，无线传感器节点启动数据收发模块进行数据收发，反之，无线传感器节点处于判断等待状态；

S4、无线传感器节点停止定时器等待，立即启动数据收发模块进行数据收发；

S5、数据收发结束，重新设定数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值，关闭数据收发模块。

优选的，所述步骤S1具体包括：

S11、无线传感器节点加电进行自检测，设定数据收发模块定时器初始值，同时设定各项数据的触发阈值为空；数据处理模块生成初始报文，启动数据收发模块，通过网关向服务器发送加入***信息；

S12、服务器同意传感器节点加入，将确认加入信息通过网关发送给传感器节点；

S13、数据收发模块接收到确认加入信息，向网关广播所述初始报文，网关接收所述初始报文并转发服务器；

S14、服务器收到所述初始报文，通过网关向数据收发模块发送控制报文；

S15、数据收发模块接收到所述控制报文，重新设定数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值，关闭数据收发模块。

优选的，所述启动数据收发模块，通过网关向服务器发送加入***信息具体包括：数据收发模块发送加入***信息，若预定时间后没有收到服务器的确认加入信息，则数据收发模块再次发送加入***信息，若发送预设次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

优选的，所述数据收发模块向网关广播所述初始报文，网关接收所述初始报文并转发服务器具体包括：数据收发模块发送所述初始报文，若预定时间后没收到服务器的控制报文，数据收发模块再次发送初始报文，若发送预设次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

优选的，所述数据处理模块生成的初始报文内容至少包括：无线传感器节点ID、节点电量信息和节点测得数据。

优选的，所述服务器生成的控制报文内容至少包括：数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值。

优选的，步骤S3和步骤S4中所述无线传感器节点启动数据收发模块进行数据收发具体包括：

S341、无线传感器节点开启数据收发模块，通过网关向服务器发送数据收发模块激活信息，告知服务器目前传感器节点可以进行数据收发，并等待服务器通过网关转发的确认报文；

S342、数据收发模块收到所述确认报文，将收集的数据以报文的形式发送至网关，由网关转发至服务器；

S343、服务器接收并处理上传的数据，并生成新的控制报文通过网关发送到数据接收模块。

优选的，所述步骤S5具体包括：数据接收模块接收到控制报文，重新设定数据收发模块定时器值和各项数据的阈值，向网关发送数据收发模块关闭报文，关闭数据收发模块。

优选的，所述步骤S341中通过网关向服务器发送数据收发模块激活信息，告知服务器目前传感器节点可以进行数据收发，并等待网关的确认报文具体包括：

无线传感器节点向服务器发送数据收发模块激活信息，若预定时间后没收到服务器的确认报文，传感器再次发送激活信息，若发送预设次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

优选的，所述步骤S343中服务器生成新的控制报文并通过网关转发到传感器节点数据接收模块具体包括：

所述数据收发模块发送报文形式的数据后等待服务器的控制报文，若预定时间后没收到服务器的控制报文，数据收发模块再次发送数据，若发送预设次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

(三)有益效果

本发明在单位时间内数据收发模块耗能一定的前提下，通过更合理的方式分配数据收发模块的工作时间实现能源的节约。在不需要收发数据时将数据收发模块关闭，使其避免长时间处于等待状态，从而大量减少电池能源消耗；在需要数据收发时，通过预先设定好的策略，启动数据收发模块完成数据的收发。大量减少了数据收发模块的耗能时间，从而达到了节约无线传感器节点能源的目的。

附图说明

图1为本发明提供方法的步骤流程图；

图2为本发明中初始化无线传感器节点，设定无线传感器节点的数据收发模块定时器值和各项数据的阈值的步骤流程图；

图3为实施例中数据延时启动模式步骤流程图；

图4为实施例中数据立即启动模式步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细的介绍。

本发明提供了一种无线传感器节点的节能方法，如图1所示，本发明的具体步骤流程图：

S1、初始化无线传感器节点，设定无线传感器节点的数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值；

S2、无线传感器节点的数据处理模块判断当前是否有数据达到触发阈值；若没有，执行步骤S3，反之，执行步骤S4；

S3、无线传感器节点判断是否到达数据收发模块定时器值，若到达定时器值，则无线传感器节点启动数据收发模块进行数据收发，反之，无线传感器节点处于等待判断状态；

S4、无线传感器节点停止定时器等待，立即启动数据收发模块进行数据收发；

S5、数据收发结束，重新设定数据收发模块定时器值和各项数据的阈值，关闭数据收发模块。

本发明对传感器节点的数据收发模块进行精确的启动和关闭控制，从而提高了传感器节点数据收发模块的使用效率，达到能源节约的目的。

其中，所述步骤S1具体包括：

S11、无线传感器节点加电进行自检测，设定数据收发模块定时器初始值，同时设定各项数据的触发阈值为空；数据处理模块生成初始报文，启动数据收发模块通过网关向服务器发送加入***信息；

S12、服务器同意传感器节点加入，将确认加入信息通过网关发送给传感器节点；

S13、数据收发模块接收到确认加入信息，向网关广播所述初始报文，网关接收所述初始报文并转发服务器；

S14、服务器收到所述初始报文，通过网关向数据收发模块发送控制报文；

S15、数据收发模块接收到所述控制报文，重新设定数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值，关闭数据收发模块；

其中，所述启动数据收发模块通过网关向服务器发送计入***信息具体包括：在发送加入***信息后，若1分钟后没有收到服务器的确认加入信息，则数据收发模块再次发送加入***信息，若发送10次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

所述数据收发模块向网关广播所述初始报文，网关接收所述初始报文并转发服务器具体包括：所述数据收发模块发送初始报文后等待服务器的控制报文，若服务器20秒后没发来控制报文，数据收发模块再次发送数据，若发送5次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

其中，所述数据处理模块生成的初始报文内容包括：无线传感器节点ID、节点电量信息和节点测得数据。

所述服务器生成的控制报文内容包括：数据收发模块定时器值和各项数据的阈值。根据这些报文信息可进行传感器节点的识别，定时器和阈值的设定。

其中，步骤S3和步骤S4中所述无线传感器节点启动数据收发模块进行数据收发具体包括：

S341、无线传感器节点开启数据收发模块，通过网关向服务器发送数据收发模块激活信息，告知服务器目前传感器节点可以进行数据收发，并等待服务器通过网关转发的确认报文；

S342、数据收发模块收到所述确认报文，数据收发模块将收集的数据以报文的形式发送至网关，由网关转发至服务器；

S343、服务器接收并处理上传的数据，并生成新的控制报文通过网关转发到数据接收模块；

其中，所述步骤S5具体包括数据接收模块接收到控制报文，重新设定数据收发模块定时器值和各项数据的阈值，向网关发送数据收发模块关闭报文，关闭数据收发模块。通过这些步骤进行数据的收发，尽可能的节约了节点的能量。

其中，所述步骤S31中通过网关向服务器发送数据收发模块激活信息，告知服务器目前传感器节点可以进行数据收发，并等待网关的确认报文具体包括：

无线传感器节点向服务器发送数据收发模块激活信息，服务器10秒后还没发来确认报文，传感器就再次发送激活信息，若发送3次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

所述步骤S343中服务器生成新的控制报文并通过网关转发到传感器节点数据接收模块具体包括：

所述数据收发模块发送报文形式的数据后等待服务器的控制报文，若服务器20秒后没发来控制报文，数据收发模块再次发送报文，若发送5次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

正常情况下，传感器节点数据收发模块可以顺利通过网关和服务器建立通信，将网关自检后的各项状态结果和数据结果上传至服务器，接收到服务器的返回确认信息后，关闭数据收发模块进入节能状态，若通过这样多次发送，如遇数据传输不正常的情况，可自动关闭数据收发模块，进行人为干预，及时避免能量的损耗。

具体的：

本发明设定了数据的触发阈值实施数据驱动实时启动和设定数据收发模块定时器值实施数据驱动延时启动，融合这两种方式，对传感器节点的数据收发模块进行精确的启动和关闭控制。

步骤1：初始化传感器节点，设定数据收发模块定时器值和各项数据的阈值的流程，具体步骤如图2所示：该图详细描述了传感器节点在初始化阶段的处理流程；

步骤(1.1)：设置无线传感器节点的数据收发模块中定时器rs_Timer的初始值为10秒，各项数据的阀值为空；

无线传感器节点加电自检测后，数据处理模块生成初始报文，报文内容至少包括无线传感器节点ID、节点电量信息、节点测得数据，初始报文生成后，启动数据收发模块通过网关向服务器发送加入***信息，服务器同意传感器节点加入，将确认加入信息发送给传感器节点；

其中，传感器节点发送加入***信后，若1分钟后没有收到服务器的确认加入信息，则再次发送加入***信息，若如此发送10次还没有响应，停止发送，关闭数据收发模块。

步骤(1.2)：无线传感器节点数据收发模块接收到确认加入信息后，发送带有标识的初始报文，其中包含由测得数据构成的初始数据报文和由无线传感器节点ID、节点电量信息构成的初始状态报文；向网关通过无线信道广播所述初始数据报文和初始状态报文，网关根据初始报文的标识确定是否接收所述无线传感器节点的数据并向服务器转发；

在等待接收控制报文的时间内，若发出数据报文和状态报文20秒后没有接收到服务器的控制报文，数据收发模块再次发送报文信息，若如此发送5次还没有收到控制报文，则自动关闭数据收发模块；

步骤(1.3)：服务器在收到网关的确认初始报文后，向所述网关发送对所述无线传感器节点的控制报文，包括：涉及延时收发模式的rs_Timer时间值、涉及立即收发模式的各项数据触发阀值，网关收到服务器的控制报文后转发给所述无线传感器节点；

步骤(1.4)：所述无线传感器节点接收到所述网关转发的控制报文后，关闭数据收发模块，根据控制报文的信息，重新设定延时收发模式的rs_Timer值和立即收发模式的各项数据触发阀值。

步骤2：无线传感器节点的数据处理模块判断当前是否有数据达到触发阈值；若没有，执行步骤3，反之，执行步骤4。

步骤3：启动数据延时启动模式，如图3所示步骤：判断等待定时器rs_Timer的到达，当所述rs_Timer到达设定的时间值时，无线传感器节点启动数据收发模块，；

步骤(3.1)：无线传感器节点开启数据收发模块，通过网关向发数据收发模块的激活信息，告知服务器目前标识为ID的无线传感器节点请求进行数据收发，并等待服务器通过网关转发的确认报文；

在等待接收确认报文的时间内，若在发出信息10秒内，服务器无反应，则再次发送激活信息，若如此发送3次还没有收到确认信息，则自动关闭数据收发模块；

步骤(3.2)：所述无线传感器节点收到步骤(3.1)中的确认报文后，将采集到的数据以数据报文和状态报文的形式发送至网关，由网关转发至服务器；

步骤(3.3)：所述服务器接收并处理步骤(3.2)中的数据报文和状态报文，然后生成新的控制报文经网关转发到所述无线传感器节点的数据接收模块。新的控制报文包括：延时收发模式的新的rs_Timer的时间值和立即收发模式的新的各项数据的立即发送触发阀值；

在等待接收控制报文的时间内，若发出数据报文和状态报文20秒后没有接收到服务器的控制报文，数据收发模块再次发送报文信息，若如此发送5次还没有收到控制报文，则自动关闭数据收发模块；

步骤(3.4)：所述无线传感器节点接收到步骤(3.3)的新控制报文后，重新设定rs_Timer值和各项数据触发阀值，并向网关发送数据收发模块关闭的报文，关闭数据收发模块。

正常情况下传感器节点与服务器的通信采用服务器异步控制方式，即每次通信结束后，服务器重设传感器节点上的定时器，确定下次通信的时间。在此模式下，每次上传服务器的数据为整个时间间隔内的所有数据。

为了增强数据传输的及时性，在数据延时启动模式的基础上，增加了数据实时启动模式。

步骤4：启动数据立即启动模式，如图4所示步骤：

步骤(4.1)：关闭定时器，停止其等待状态，所述无线传感器节点启动数据收发模块，通过网关向服务器发送数据收发模块激活信息，告知服务器目前标识为ID的无线传感器节点需要发送已达到触发阀值的数据，并等待服务器通过网关转发的确认报文；

步骤(4.2.)：所述无线传感器节点收到步骤(4.1)中的确认报文后，数据收发模块将采集的数据报文和状态报文发送至网关，由网关转发至服务器；

步骤(4.3.)：所述服务器接收到步骤(4.2)中的数据报文和状态报文后，进行处理，并再次生成新的控制报文通过网关转发到无线传感器节点，新的控制报文包括：延时收发模式的新的rs_Timer的时间值和立即收发模式的新的各项数据的立即发送触发阀值；

步骤(4.4.)：所述无线传感器节点接收到步骤(4.3)中的控制报文后，重新设定rs_Timer值和各项数据的触发阀值，向网关发送数据收发模块关闭报文，由网关转发至服务器，关闭数据收发模块。将超限数据上报服务器之后，等待服务器的返回信息，确定下次通信时间，关闭数据收发模块，进入数据延时启动模式。

由图4可知在开启数据收发模块后，数据的收发步骤与图3中相同，即也包括数据收发模块等待重发步骤。由步骤(3)和(4)的数据延时启动模式和数据立即启动模式看出，由于传感器节点上的数据收发模块处于节能关闭状态时，服务器与传感器节点处于完全断联状态，所以为了确保传感器节点和服务器在有限的通信时间内可以充分并正确的传输各类数据，在每次通信之前传感器节点需要得到服务器的确认信息方可传输有效数据；每次通信之后，传感器节点需要等待收到服务器的已正常接收信息和下次通信的设置信息后方可关闭数据收发模块。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无线传感器节点的节能方法，其特征在于，该方法包括：

S1、初始化无线传感器节点，设定无线传感器节点的数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值；

S2、无线传感器节点判断当前是否有数据达到所述触发阈值；否，执行步骤S3，反之，执行步骤S4；

S3、无线传感器节点判断是否达到数据收发模块定时器值，若达到定时器值，无线传感器节点启动数据收发模块进行数据收发，反之，无线传感器节点处于判断等待状态；

S4、无线传感器节点停止定时器等待，立即启动数据收发模块进行数据收发；

S5、数据收发结束，重新设定数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值，关闭数据收发模块；

其中，所述步骤S1具体包括：

S11、无线传感器节点加电进行自检测，设定数据收发模块定时器初始值，同时设定各项数据的触发阈值为空；数据处理模块生成初始报文，启动数据收发模块，通过网关向服务器发送加入***信息；

S12、服务器同意传感器节点加入，将确认加入信息通过网关发送给传感器节点；

S13、数据收发模块接收到确认加入信息，向网关广播所述初始报文，网关接收所述初始报文并转发服务器；

S14、服务器收到所述初始报文，通过网关向数据收发模块发送控制报文；

S15、数据收发模块接收到所述控制报文，重新设定数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值，关闭数据收发模块。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述启动数据收发模块，通过网关向服务器发送加入***信息具体包括：数据收发模块发送加入***信息，若预定时间后没有收到服务器的确认加入信息，则数据收发模块再次发送加入***信息，若发送预设次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述数据收发模块向网关广播所述初始报文，网关接收所述初始报文并转发服务器具体包括：数据收发模块发送所述初始报文，若预定时间后没收到服务器的控制报文，数据收发模块再次发送初始报文，若发送预设次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述数据处理模块生成的初始报文内容至少包括：无线传感器节点ID、节点电量信息和节点测得数据。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述服务器生成的控制报文内容至少包括：数据收发模块定时器值和各项数据的触发阈值。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S3和步骤S4中所述无线传感器节点启动数据收发模块进行数据收发具体包括：

S341、无线传感器节点开启数据收发模块，通过网关向服务器发送数据收发模块激活信息，告知服务器目前传感器节点可以进行数据收发，并等待服务器通过网关转发的确认报文；

S342、数据收发模块收到所述确认报文，将收集的数据以报文的形式发送至网关，由网关转发至服务器；

S343、服务器接收并处理上传的数据，并生成新的控制报文通过网关发送到数据接收模块。

7.如权利要求6所述方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：数据接收模块接收到控制报文，重新设定数据收发模块定时器值和各项数据的阈值，向网关发送数据收发模块关闭报文，关闭数据收发模块。

8.如权利要求6所述方法，其特征在于，所述步骤S341中通过网关向服务器发送数据收发模块激活信息，告知服务器目前传感器节点可以进行数据收发，并等待网关的确认报文具体包括：

无线传感器节点向服务器发送数据收发模块激活信息，若预定时间后没收到服务器的确认报文，传感器再次发送激活信息，若发送预设次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。

9.如权利要求6所述方法，其特征在于，所述步骤S343中服务器生成新的控制报文并通过网关转发到传感器节点数据接收模块具体包括：

所述数据收发模块发送报文形式的数据后等待服务器的控制报文，若预定时间后没收到服务器的控制报文，数据收发模块再次发送数据，若发送预设次后服务器仍没有回应，则自行关闭数据收发模块。