CN104244382A - 一种无线体域网传感器节点的功率控制方法和装置 - Google Patents

一种无线体域网传感器节点的功率控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线体域网传感器节点的功率控制方法和装置，方法包括：在数据采集任务开始时，传感器模块在每个数据采集周期内按照处理器模块预先指示的功率电平等级向所述处理器模块上报所采集的数据，并上报所述传感器模块的功率电平等级；所述处理器模块根据所述传感器模块上报数据的信号质量、以及所述传感器模块上报的功率电平等级，确定下一数据采集周期的功率电平等级并发送给所述传感器模块。通过本发明，实现了动态控制无线体域网传感器节点的功耗。

Description

一种无线体域网传感器节点的功率控制方法和装置
技术领域
本发明涉及短距离宽带无线通信领域，尤其涉及一种无线体域网传感器节点的功率控制方法和装置。
背景技术
无线体域网(WBAN，Wireless Body Area Network)技术是微传感技术、生物医学技术和无线通信技术的融合，由于其低功耗、高可靠性、高分组数据速率等特点成为物联网的关键技术支撑，可以提供无处不在的医疗服务，成为医疗界、商业界和学术界广泛关注的焦点。
WBAN***属于短距离通信***，有以下特点：WBAN***目前主要应用于医疗或非医疗领域中局部状况的分组数据采集或监测，以人体为信道，尤其是植入设备，多变的人体组织参数导致了复杂的信道状况，而人体对电磁波的反应很敏感，所以对设备发送功率的控制必不可少；当设备植入人体，电池的体积和寿命问题是***设计的突出难题；而传统固定步长功率控制方法不仅跟踪能力差，而且还会造成稳定信道状况下不必要的功率损耗；WBAN***组网灵活，以每个人身上的一个集线器(hub)和若干个节点(node)形成的星形拓扑结构为基本单元，该拓扑单元无规律的运动使***的拓扑结构灵活多变，导致接收功率不稳定。因此，考虑WBAN***的可靠性、网络多样性和移动性等性能特征的同时，有效处理能量消耗问题已成为WBAN技术面临的主要挑战之一。
IEEE 802.15.6从宏观角度定义了无线体域网的节能策略，给出了“休眠”和“冬眠”两种节约功耗的方法，但是动态的功率控制策略仍是空白。由于传感器节点大都是依靠电池来进行工作的，且传感器节点与通信模块是共用一套电源，因此，怎样动态控制无线体域网的传感器节点的功耗，是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线体域网传感器节点的功率控制方法和装置，以实现动态控制无线体域网传感器节点的功耗。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种无线体域网传感器节点的功率控制方法，该方法包括：
在数据采集任务开始时，传感器模块在每个数据采集周期内按照处理器模块预先指示的功率电平等级向所述处理器模块上报所采集的数据，并上报所述传感器模块的功率电平等级；
所述处理器模块根据所述传感器模块上报数据的信号质量、以及所述传感器模块上报的功率电平等级，确定下一数据采集周期的功率电平等级并发送给所述传感器模块。
优选的，在数据采集任务开始之前，该方法还包括：
所述处理器模块向所述传感器模块发送唤醒休眠指令，所述传感器模块根据所述唤醒休眠指令从休眠状态中唤醒；
所述处理器模块向所述传感器模块发送唤醒睡眠指令，所述传感器模块根据所述唤醒睡眠指令进入待工作状态。
优选的，该方法还包括：
在数据采集任务开始时，所述处理器模块向所述传感器模块发送数据采集指令，所述传感器模块收到所述数据采集指令后进入工作状态并开始进行数据采集。
优选的，该方法还包括：
在数据采集任务结束时，所述处理器模块向所述传感器模块发送结束指令，所述传感器模块结束数据采集并向所述处理器模块询问是否继续保持工作状态；
如果所述处理器模块判断需要继续采集数据，则向所述传感器模块发送数据采集指令；如果所述处理器模块判断无需继续采集数据，则向所述传感器模块发送进入睡眠状态指令，所述传感器模块进入睡眠状态；如果在所述传感器模块进入睡眠状态的时长达到预设阈值时所述处理器模块仍无数据采集需求，则所述处理器模块向所述传感器模块发送进入休眠状态指令，所述传感器模块进入休眠状态。
一种无线体域网传感器节点的功率控制装置，包括：传感器模块和处理器模块，
所述传感器模块，用于在数据采集任务开始时，在每个数据采集周期内按照处理器模块预先指示的功率电平等级向所述处理器模块上报所采集的数据，并上报所述传感器模块的功率电平等级；
所述处理器模块，用于根据所述传感器模块上报数据的信号质量、以及所述传感器模块上报的功率电平等级，确定下一数据采集周期的功率电平等级并发送给所述传感器模块。
优选的，在数据采集任务开始之前，所述处理器模块向所述传感器模块发送唤醒休眠指令，相应的，所述传感器模块根据所述唤醒休眠指令从休眠状态中唤醒；
所述处理器模块向所述传感器模块发送唤醒睡眠指令，相应的，所述传感器模块根据所述唤醒睡眠指令进入待工作状态。
优选的，在数据采集任务开始时，所述处理器模块向所述传感器模块发送数据采集指令，所述传感器模块收到所述数据采集指令后进入工作状态并开始进行数据采集。
优选的，在数据采集任务结束时，所述处理器模块向所述传感器模块发送结束指令，所述传感器模块结束数据采集并向所述处理器模块询问是否继续保持工作状态；
如果所述处理器模块判断需要继续采集数据，则向所述传感器模块发送数据采集指令；如果所述处理器模块判断无需继续采集数据，则向所述传感器模块发送进入睡眠状态指令，所述传感器模块进入睡眠状态；如果在所述传感器模块进入睡眠状态的时长达到预设阈值时所述处理器模块仍无数据采集需求，则所述处理器模块向所述传感器模块发送进入休眠状态指令，所述传感器模块进入休眠状态。
优选的，所述装置还包括：能量供应模块，用于向所述处理器模块和传感器模块供电。
本发明提供的一种无线体域网传感器节点的功率控制方法和装置，能够在保证传感器节点进行正常的数据采集的前提下，有效节省功耗；本发明的实现简单，对***开销要求小，适合无线体域网这种节能要求高的短距离通信***。
附图说明
图1为本发明实施例的一种无线体域网传感器节点的功率控制方法的流程图；
图2为本发明实施例的一种传感器节点的结构示意图；
图3为本发明实施例的另一种无线体域网传感器节点的功率控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
本发明实施例提供的一种无线体域网传感器节点的功率控制方法，如图1所示，主要包括：
步骤101，在数据采集任务开始时，传感器模块在每个数据采集周期内按照处理器模块预先指示的功率电平等级向处理器模块上报所采集的数据，并上报传感器模块的功率电平等级。
传感器模块和处理器模块都属于传感器节点的功率控制装置的内部模块，在传感器节点内部预设功率电平等级与发送功率之间的映射关系，不同的功率电平等级对应不同的发送功率，该映射关系都能被所述传感器模块和处理器模块所调用。
那么，在数据采集任务开始时，处理器模块可以在前一数据采集周期向传感器模块指示后一数据采集周期所使用的功率电平等级，相应的，传感器模块在前一数据采集周期接收处理器模块指示的功率电平等级，在后一数据采集周期根据前一周期指示的所述功率电平等级，按照对应的发送功率向处理器模块上报所采集的数据，且传感器模块在上报所采集的数据时也上报自身采用的功率电平等级给处理器模块。
进一步的，在数据采集任务开始之前，所述处理器模块需要向所述传感器模块发送唤醒休眠指令，所述传感器模块根据所述唤醒休眠指令从休眠状态中唤醒；所述处理器模块需要向所述传感器模块发送唤醒睡眠指令，所述传感器模块根据所述唤醒睡眠指令进入待工作状态。
在数据采集任务开始时，所述处理器模块向所述传感器模块发送数据采集指令，所述传感器模块收到所述数据采集指令后进入工作状态并开始进行数据采集。
步骤102，处理器模块根据传感器模块上报数据的信号质量、以及传感器模块上报的功率电平等级，确定下一数据采集周期的功率电平等级并发送给传感器模块。
处理器模块根据前一数据采集周期内传感器模块上报数据的信号质量、以及传感器模块上报的功率电平等级，确定下一数据采集周期的功率电平等级并发送给传感器模块；传感器模块在所述下一数据采集周期内按照所述处理器模块发送的功率电平等级，采用相应的发送功率向处理器模块发送所采集的数据。
其中，根据前一数据采集周期内上报数据的信号质量、以及功率电平等级，调整下一周期的功率电平等级，其具体调整策略可以根据实际需要具体设定，本发明实施例不对具体调整策略进行限定，实际应用中任何可应用于本发明实施例的调整策略应当都属于本发明实施例的保护范围。
另外，在数据采集任务结束时，处理器模块向传感器模块发送结束指令，传感器模块结束数据采集并向处理器模块询问是否继续保持工作状态；
如果处理器模块判断需要继续采集数据，则向传感器模块发送数据采集指令；如果处理器模块判断无需继续采集数据，则向传感器模块发送进入睡眠状态指令，传感器模块进入睡眠状态；如果在传感器模块进入睡眠状态的时长达到预设阈值时处理器模块仍无数据采集需求，则处理器模块向传感器模块发送进入休眠状态指令，传感器模块进入休眠状态。
对应上述无线体域网传感器节点的功率控制方法，本发明实施例还提供一种无线体域网传感器节点的功率控制装置，主要包括：传感器模块和处理器模块，其中，
传感器模块，用于在数据采集任务开始时，在每个数据采集周期内按照处理器模块预先指示的功率电平等级向处理器模块上报所采集的数据，并上报传感器模块的功率电平等级；
处理器模块，用于根据传感器模块上报数据的信号质量、以及传感器模块上报的功率电平等级，确定下一数据采集周期的功率电平等级并发送给传感器模块。
进一步的，在数据采集任务开始之前，处理器模块向传感器模块发送唤醒休眠指令，相应的，传感器模块根据唤醒休眠指令从休眠状态中唤醒；
处理器模块向传感器模块发送唤醒睡眠指令，相应的，传感器模块根据唤醒睡眠指令进入待工作状态。
在数据采集任务开始时，处理器模块向传感器模块发送数据采集指令，传感器模块收到数据采集指令后进入工作状态并开始进行数据采集。
进一步的，在数据采集任务结束时，处理器模块向传感器模块发送结束指令，传感器模块结束数据采集并向处理器模块询问是否继续保持工作状态；
如果处理器模块判断需要继续采集数据，则向传感器模块发送数据采集指令；如果处理器模块判断无需继续采集数据，则向传感器模块发送进入睡眠状态指令，传感器模块进入睡眠状态；如果在传感器模块进入睡眠状态的时长达到预设阈值时处理器模块仍无数据采集需求，则处理器模块向传感器模块发送进入休眠状态指令，传感器模块进入休眠状态。
进一步的，该装置还包括：能量供应模块，用于向处理器模块和传感器模块供电。
本发明实施例还提供一种包括上述装置的传感器节点，如图2所示，该传感器节点主要包括：传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，其中，传感器模块、处理器模块和能量供应模块的作用和功能参见前述装置实施例中所述，此处不再赘述。无线通信模块，用于实现传感器节点与外界的无线通信功能。
另外，传感器模块包括传感器子模块、变送器子模块和采样/保持子模块，其中，传感器子模块是数据采集装置，变送器子模块负责信号的采集与发送，采样/保持子模块用于对采集的数据进行采样，并进行数据的记录。
处理器模块包括处理器子模块和存储器子模块，其中，处理器子模块用于对采集的数据进行处理，存储器子模块用于对数据进行存储。
无线通信模块可以包括网络子模块、媒体接入控制(MAC)子模块和收发器子模块，其中，网络子模块负责组网等高层的指令功能，MAC子模块用于进行MAC层的数据处理，收发器子模块用于进行物理层相关的数据收发。
下面结合图2所示的传感器节点结构，进一步详细阐述本发明实施例的功率控制方法。参见图3，首先，处理器模块向传感器模块发送唤醒休眠指令，传感器模块根据唤醒休眠指令从休眠状态中唤醒；处理器模块向传感器模块发送唤醒睡眠指令，传感器模块根据唤醒睡眠指令进入待工作状态。
在有数据采集需求时，处理器模块向传感器模块发送数据采集指令，传感器模块收到数据采集指令后进入工作状态并开始进行数据采集；传感器模块在每个数据采集周期内按照处理器模块预先指示的功率电平等级向处理器模块实时上报所采集的数据，并上报传感器模块的功率电平等级。处理器模块可以在前一数据采集周期向传感器模块指示后一数据采集周期所使用的功率电平等级，相应的，传感器模块在前一数据采集周期接收处理器模块指示的功率电平等级，在后一数据采集周期根据前一周期指示的所述功率电平等级，按照对应的发送功率向处理器模块上报所采集的数据。这里，传感器模块在第一个数据采集周期可以按照默认的功率电平等级上报数据；也可以由处理器模块在向传感器模块发送的数据采集指令中携带功率电平等级，传感器模块在第一个数据采集周期按照所述数据采集指令中指示的功率电平等级上报数据。从第二个数据采集周期开始，传感器模块即可按照处理器模块在上一周期指示的功率电平等级进行采集数据的上报，传感器模块在上报所采集的数据时也上报传感器模块所使用的功率电平等级。处理器模块根据传感器模块上报数据的信号质量、以及传感器模块上报的功率电平等级，确定下一数据采集周期的功率电平等级并发送给传感器模块；传感器模块在所述下一数据采集周期内按照所述处理器模块发送的功率电平等级，采用相应的发送功率向处理器模块发送所采集的数据，如此继续，直至数据采集任务结束。
在数据采集任务结束时，处理器模块向传感器模块发送结束指令，传感器模块结束数据采集并向处理器模块询问是否继续保持工作状态；
处理器模块进行判断，通常包括以下三种情况：1、暂时不需要采集数据，2、需要重新采集数据，3、需要采集新的数据。如果是上述第2和3种情况，则处理器模块向传感器模块发送数据采集指令，指示传感器模块开始执行数据采集任务。如果是上述第1种情况，则处理器模块向传感器模块发送进入睡眠状态指令，传感器模块进入睡眠状态；另外，处理器模块统计传感器模块处于睡眠状态的时长，如果在传感器模块进入睡眠状态的时长达到预设阈值时处理器模块仍无数据采集需求，则处理器模块向传感器模块发送进入休眠状态指令，传感器模块进入休眠状态。
综上所述，本发明实施例填补了无线体域网中的动态控制传感器节点功耗的空白，能够在保证传感器节点进行正常的数据采集的前提下，有效节省功耗，这不仅有利于节能，对人体安全也显得尤为重要；本发明实施例的实现简单，对***开销要求小，适合无线体域网这种节能要求高的短距离通信***。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无线体域网传感器节点的功率控制方法，其特征在于，该方法包括：
在数据采集任务开始时，传感器模块在每个数据采集周期内按照处理器模块预先指示的功率电平等级向所述处理器模块上报所采集的数据，并上报所述传感器模块的功率电平等级；
所述处理器模块根据所述传感器模块上报数据的信号质量、以及所述传感器模块上报的功率电平等级，确定下一数据采集周期的功率电平等级并发送给所述传感器模块。
2.根据权利要求1所述无线体域网传感器节点的功率控制方法，其特征在于，在数据采集任务开始之前，该方法还包括：
所述处理器模块向所述传感器模块发送唤醒休眠指令，所述传感器模块根据所述唤醒休眠指令从休眠状态中唤醒；
所述处理器模块向所述传感器模块发送唤醒睡眠指令，所述传感器模块根据所述唤醒睡眠指令进入待工作状态。
3.根据权利要求1所述无线体域网传感器节点的功率控制方法，其特征在于，该方法还包括：
在数据采集任务开始时，所述处理器模块向所述传感器模块发送数据采集指令，所述传感器模块收到所述数据采集指令后进入工作状态并开始进行数据采集。
4.根据权利要求1所述无线体域网传感器节点的功率控制方法，其特征在于，该方法还包括：
在数据采集任务结束时，所述处理器模块向所述传感器模块发送结束指令，所述传感器模块结束数据采集并向所述处理器模块询问是否继续保持工作状态；
如果所述处理器模块判断需要继续采集数据，则向所述传感器模块发送数据采集指令；如果所述处理器模块判断无需继续采集数据，则向所述传感器模块发送进入睡眠状态指令，所述传感器模块进入睡眠状态；如果在所述传感器模块进入睡眠状态的时长达到预设阈值时所述处理器模块仍无数据采集需求，则所述处理器模块向所述传感器模块发送进入休眠状态指令，所述传感器模块进入休眠状态。
5.一种无线体域网传感器节点的功率控制装置，其特征在于，包括：传感器模块和处理器模块，
所述传感器模块，用于在数据采集任务开始时，在每个数据采集周期内按照处理器模块预先指示的功率电平等级向所述处理器模块上报所采集的数据，并上报所述传感器模块的功率电平等级；
所述处理器模块，用于根据所述传感器模块上报数据的信号质量、以及所述传感器模块上报的功率电平等级，确定下一数据采集周期的功率电平等级并发送给所述传感器模块。
6.根据权利要求5所述无线体域网传感器节点的功率控制装置，其特征在于，在数据采集任务开始之前，所述处理器模块向所述传感器模块发送唤醒休眠指令，相应的，所述传感器模块根据所述唤醒休眠指令从休眠状态中唤醒；
所述处理器模块向所述传感器模块发送唤醒睡眠指令，相应的，所述传感器模块根据所述唤醒睡眠指令进入待工作状态。
7.根据权利要求5所述无线体域网传感器节点的功率控制装置，其特征在于，在数据采集任务开始时，所述处理器模块向所述传感器模块发送数据采集指令，所述传感器模块收到所述数据采集指令后进入工作状态并开始进行数据采集。
8.根据权利要求5所述无线体域网传感器节点的功率控制装置，其特征在于，在数据采集任务结束时，所述处理器模块向所述传感器模块发送结束指令，所述传感器模块结束数据采集并向所述处理器模块询问是否继续保持工作状态；
如果所述处理器模块判断需要继续采集数据，则向所述传感器模块发送数据采集指令；如果所述处理器模块判断无需继续采集数据，则向所述传感器模块发送进入睡眠状态指令，所述传感器模块进入睡眠状态；如果在所述传感器模块进入睡眠状态的时长达到预设阈值时所述处理器模块仍无数据采集需求，则所述处理器模块向所述传感器模块发送进入休眠状态指令，所述传感器模块进入休眠状态。
9.根据权利要求5-8任一项所述无线体域网传感器节点的功率控制装置，其特征在于，所述装置还包括：能量供应模块，用于向所述处理器模块和传感器模块供电。
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