CN108289322A - Wsn采集端与网关的低功耗通信算法 - Google Patents

Wsn采集端与网关的低功耗通信算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于WSN采集端与网关的低功耗通信算法。该算法工作于如下的网络：若干采集端与一个网关组成星形网络。采集端长期休眠，不维持和网关的连接，需要时，采集端唤醒，和网关通信——发射、接收、ACK、接收ACK。网关处于休眠——接收——休眠这样一个周期。核心思想就是提高无线射频工作的占空比，更多的处于休眠以降低功耗。

Description

WSN采集端与网关的低功耗通信算法
技术领域
本发明，适用于低速通信的WSN网络，对实时性要求不高。可适用于433MHz、2.4GHz等频段的超低功耗、低流量、高延迟的无线通信。
背景技术
随着物联网技术的发展，ZigBee、蓝牙、433Mhz、LoRA等各种无线通信网络标准均得到了大量的实践。在实际项目实施中，我们发现，在WSN组网中，对于采集端，各种射频芯片所标称的低功耗均可简单得到实现。
然而，在网关端(下称接收端)，由于接收端需要持续接收工作以保证采集端任意时刻数据均能上报，这就导致低功耗无法实施，在没有电力供应只能使用电池的情况下，即使加上太阳能、风力发电等措施(若使用大的太阳能板或风车成本太高)，也不能保证电池良好的更换周期(一般应承诺3年)。
为了有效解决以上问题，在硬件已经穷尽手段的同时，我们需要为网关(接收端)设计更好的固件程序来大幅降低功耗，当然，对应的采集端也要相应的进行设计。
发明内容
本发明是通过驱动程序(固件)手段来解决WSN网关的功耗问题，使得网关在没有电力只有微型太阳能或风力等充电设备的支持下，可以大幅延长电池更换周期，降低用户的使用成本，提高产品的实用性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于WSN采集端与网关的低功耗通信算法。包括采集端发射、WSN网关接收、WSN网关发射ACK、采集端接收ACK。
附图说明
图1为算法示意图；图2为接收端工作周期波形；图3是算法分析图
具体实施方式
下面详细说明本发明的程序设计方案。
先看接收端的工作周期波形(见图2)：
假设接收端一次休眠态保持的时长为t1，一次接收态保持的持续时长为，两个时期组成一个完整的周期，记为T＝t1+t2；当采集端进入工作周期时，必须保证采集端的发射时刻正好被t2所包含，这样发射端必须在某一任意时刻进行多次发射，形成一种工作周期波形，波峰被t2所涵盖，如果把开始发射到发射成功(MCU中断产生)的时间记为t’，那么t’最好小于t2/2，这样可以使得t2可以涵盖两次t’，提高发射端命中率。同时，设计足够的t’次数为N，使得t’×N≥T。通过合适的设计，使得t’略小于t2/2，从图3上就可以立即求得N＝8是其最佳值。
从图3可以看出无论如何移动发射波形的起始位置，总能保证发射波峰被包含在t2即接收周期中，也就是说，无论何时开始发射信号，总能被接收端接收到信号。
再考虑发射ACK和接收ACK的方式，接收端的任意T(t1+t2)开始，相对于t2开始时刻，在t2’处，接收端收到数据后，立即结束当前的工作周期，开始进入发射ACK周期，通知采集端以完成本次通信；考虑到采集发射N次后才结束发射周期，那么采集端接收ACK的起始时刻最晚为t2’+N×t’，最早为t2’+t’。
我们以降低功耗为目的，故接收端以最晚时刻为标准开始发射ACK，再加上一个很小的延时d，保证开始发射ACK时，采集端一定处于接收ACK状态。这样就得出ACK的发射时刻为t2’+N×t’+d，发射完毕的时刻为(t2’+N×t’)+d+(t’×3)；实际编程时，ACK的发射时刻为接收到数据后的N×t’+d。
假设采集端接收ACK的时间长度为T’，采集端要以最早的ACK发射时刻来计算，那么
T’＞(N×t’)+d+(t’×3)，我们最终得到算法说明示意图3(见说明书附图)。
总结一下算法：
不论采集端还是接收端发射从开始到结束(中断发生)时长为t’；
接收端休眠时间为t1，接收时间为t2，且t’＜t2/2；
采集端发射信号时，发射N次，在本例设计中N＝8(取决于t’和t2/2的大小关系)；
接收端接收到数据后，延时N×t’+d(d可足够小，以减少T’)后发射三次连续ACK；
采集端发射N次信号后，立即进入接收态并持续T’，使得T’＞(N×t’)+d+(t’×3)，
T’取值当适当大既要避免无法包含ACK的周期，又要降低功耗。

Claims (2)

1.本发明公开了一种用于WSN采集端与网关的低功耗通信算法，它通过大幅提高射频芯片的占空比和设计独特的发射/接收工作波形来实现。
2.如权利要求1所述的算法，其特征在于；采集端为了适应网关的工作周期波形而采用的特殊发射周期算法。有效解决了，网关必须处于时刻接收工作态而导致的功耗过高问题，在大幅降低功耗同时确保数据接收，网关在收到数据后，根据设定的采集端发射周期，合理的安排ACK发射周期，保证采集端能够接收到ACK，同时采集端根据发射周期和网关接收周期计算出合理的接收ACK周期，保证网关发射的ACK能够被接收。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113347591A (zh) * 2021-08-05 2021-09-03 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 一种LoRa网关以及控制方法、及野外工程结构监测***

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1845520A (zh) * 2006-03-07 2006-10-11 南京澳帝姆科技有限公司 无线传感器网络节点与网关之间的通信方法
US7782804B2 (en) * 2008-03-10 2010-08-24 Axiometric, Llc Remote wireless activation and communication
CN101965040A (zh) * 2010-10-27 2011-02-02 深圳市嘉易安安防科技有限公司 后端设备、无线通信***及方法
CN102547944A (zh) * 2012-03-11 2012-07-04 上海宜云物联科技有限公司 实现无电环境下长期工作的物网网关及实现方法
CN103052131A (zh) * 2013-01-04 2013-04-17 无锡儒安科技有限公司 一种无线传感网络中延时约束下的能耗控制方法
CN103249127A (zh) * 2013-05-22 2013-08-14 清华大学 物联网节能数据传输方法
CN103297333A (zh) * 2013-04-10 2013-09-11 安徽海聚信息科技有限责任公司 网关信息处理器及使用该处理器控制wifi网关的方法
CN203289695U (zh) * 2013-04-07 2013-11-13 国家电网公司 一种建筑照明中的大功率遥控墙壁开关
CN103840568A (zh) * 2014-03-14 2014-06-04 西北大学 一种用于无线传感网的低功耗供电***
CN103945512A (zh) * 2014-04-09 2014-07-23 周开宇 一种基于短信的传感器网关唤醒方法
WO2015139779A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Huawei Technologies Co., Ltd. Methods and network nodes in a wireless communication network
CN105103606A (zh) * 2013-05-09 2015-11-25 英特尔Ip公司 缓冲器溢出的减少
CN105183132A (zh) * 2015-08-18 2015-12-23 小米科技有限责任公司 节能模式启动方法和装置
CN106162874A (zh) * 2015-04-10 2016-11-23 中兴通讯股份有限公司 下行信息接收方法、装置及用户设备

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1845520A (zh) * 2006-03-07 2006-10-11 南京澳帝姆科技有限公司 无线传感器网络节点与网关之间的通信方法
US7782804B2 (en) * 2008-03-10 2010-08-24 Axiometric, Llc Remote wireless activation and communication
CN101965040A (zh) * 2010-10-27 2011-02-02 深圳市嘉易安安防科技有限公司 后端设备、无线通信***及方法
CN102547944A (zh) * 2012-03-11 2012-07-04 上海宜云物联科技有限公司 实现无电环境下长期工作的物网网关及实现方法
CN103052131A (zh) * 2013-01-04 2013-04-17 无锡儒安科技有限公司 一种无线传感网络中延时约束下的能耗控制方法
CN203289695U (zh) * 2013-04-07 2013-11-13 国家电网公司 一种建筑照明中的大功率遥控墙壁开关
CN103297333A (zh) * 2013-04-10 2013-09-11 安徽海聚信息科技有限责任公司 网关信息处理器及使用该处理器控制wifi网关的方法
CN105103606A (zh) * 2013-05-09 2015-11-25 英特尔Ip公司 缓冲器溢出的减少
CN103249127A (zh) * 2013-05-22 2013-08-14 清华大学 物联网节能数据传输方法
CN103840568A (zh) * 2014-03-14 2014-06-04 西北大学 一种用于无线传感网的低功耗供电***
WO2015139779A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Huawei Technologies Co., Ltd. Methods and network nodes in a wireless communication network
CN103945512A (zh) * 2014-04-09 2014-07-23 周开宇 一种基于短信的传感器网关唤醒方法
CN106162874A (zh) * 2015-04-10 2016-11-23 中兴通讯股份有限公司 下行信息接收方法、装置及用户设备
CN105183132A (zh) * 2015-08-18 2015-12-23 小米科技有限责任公司 节能模式启动方法和装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113347591A (zh) * 2021-08-05 2021-09-03 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 一种LoRa网关以及控制方法、及野外工程结构监测***

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