本發(fā)明涉及無線傳感技術領域，具體涉及一種低功耗無線傳感網絡系統(tǒng)的控制方法。

背景技術：

在現有技術當中，信息化、智能化已經成為軌道交通、靜態(tài)交通以及工業(yè)控制領域的重要發(fā)展方向，而無線傳感網絡是信息化、智能化的重要技術支撐。在很多的應用場合，由于電源和布線等制約因素限制，采用有線的測控系統(tǒng)不太現實，這就需要無需外部供電以及布線的無線傳感網絡的測控系統(tǒng)。這樣的狀態(tài)監(jiān)測與傳感系統(tǒng)的工作年限就受制于電池供電的壽命。

無線傳感網絡測控系統(tǒng)主要基于電池供電，采用無線通信的方式進行數據的傳輸。由于電池容量有限，若不進行低功耗設計，電池的電量將在很短的時間內耗盡，這將極大地影響系統(tǒng)的可用性。而無線傳感網絡測控系統(tǒng)之電池的耗電量與其工作方式有關，在不影響物理信號狀態(tài)檢測與通信的實時性的情況下，通過改進其工作方式、方法來減小其單位時間的耗電量仍存在提升的空間。

技術實現要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種能實現低功耗、實時采集處理與傳輸的低功耗無線傳感網絡系統(tǒng)的控制方法，用以解決現有技術存在的功耗大的技術問題。

本發(fā)明的技術解決方案是，提供一種以下步驟的低功耗無線傳感網絡系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

設置基于時間觸發(fā)調度的通信周期T_com，在任何整數倍的T_com時刻點都將發(fā)起一起通信；

T_s為系統(tǒng)程序執(zhí)行周期，同時作為系統(tǒng)喚醒周期，在任何整數倍的T_s時刻，系統(tǒng)被喚醒，在隨后的t_m時隙內執(zhí)行系統(tǒng)程序任務，并進行傳感與數據采樣處理；

在定周期通信時隙t_p內進行傳感數據和診斷狀態(tài)的傳輸，所述的定周期之周期大于所述統(tǒng)程序執(zhí)行周期之周期。

作為優(yōu)選，在系統(tǒng)喚醒周期內，若信號狀態(tài)發(fā)生變化或設備的關鍵診斷狀態(tài)發(fā)生變化，則在特定的T_s間隔的事件觸發(fā)通信時隙t_n內將傳感數據和診斷狀態(tài)實時傳輸給數據中心。

作為優(yōu)選，在所述的t_m時隙內之傳感與數據采樣處理是指通過斯密特處理算法進行數據處理和信號狀態(tài)檢測判斷。以提高狀態(tài)變化判斷的準確性。

作為優(yōu)選，在系統(tǒng)喚醒周期內，優(yōu)先執(zhí)行耗電端口的相關操作，操作完成之后將立即對耗電端口進行節(jié)電操作。以進一步降低系統(tǒng)的能耗。

作為優(yōu)選，事件觸發(fā)基于最小的時間周期顆粒度，以提高系統(tǒng)實時狀態(tài)傳輸的實時性。

作為優(yōu)選，具體的執(zhí)行流程為：

當系統(tǒng)休眠結束則喚醒系統(tǒng)執(zhí)行正常的程序流程；

系統(tǒng)喚醒執(zhí)行正常的程序流程后，系統(tǒng)將進行是否是采樣宏周期時刻判斷，如果是則執(zhí)行采樣子流程；在檢測子流程之后，若有事件觸發(fā)性通信需求，則執(zhí)行通信子流程；

在采樣宏周期判斷之后，繼續(xù)判斷是否已是通信宏周期時刻，如果是則執(zhí)行通信子流程。

采用本發(fā)明的方法，與現有技術相比，具有以下優(yōu)點：本發(fā)明提出了一種適用超低功耗無線傳感網絡系統(tǒng)的方法，該方法的核心是以時間觸發(fā)調度為基石，并在顆粒度最小的調度周期內實現事件觸發(fā)時通信，確保系統(tǒng)及傳感器狀態(tài)可實時傳輸到數據中心。本發(fā)明的優(yōu)點是確保系統(tǒng)實時性能的基礎上，最大可能地采用了低功耗的模式，極大地降低了系統(tǒng)的能耗，延長了電池的壽命，極大提高了無線網絡測控系統(tǒng)的適用性和可用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明主流程示意圖；

圖2為本發(fā)明采樣處理及觸發(fā)事件流程圖；

圖3為本發(fā)明通信處理流程圖。

圖4為本發(fā)明的時間調度示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精神和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。

為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)，而對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。需說明的是，附圖均采用較為簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

低功耗無線傳感網絡系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

設置基于時間觸發(fā)調度的通信周期T_com，在任何整數倍的T_com時刻點都將發(fā)起一起通信；

T_s為系統(tǒng)程序執(zhí)行周期，同時作為系統(tǒng)喚醒周期，在任何整數倍的T_s時刻，系統(tǒng)被喚醒，在隨后的t_m時隙內執(zhí)行系統(tǒng)程序任務，并進行傳感與數據采樣處理；

在定周期通信時隙t_p內進行傳感數據和診斷狀態(tài)的傳輸，所述的定周期之周期大于所述統(tǒng)程序執(zhí)行周期之周期。

在系統(tǒng)喚醒周期內，若信號狀態(tài)發(fā)生變化或設備的關鍵診斷狀態(tài)發(fā)生變化，則在特定的T_s間隔的事件觸發(fā)通信時隙t_n內將傳感數據和診斷狀態(tài)實時傳輸給數據中心。

在所述的t_m時隙內之傳感與數據采樣處理是指通過斯密特處理算法進行數據處理和信號狀態(tài)檢測判斷。以提高狀態(tài)變化判斷的準確性。

在系統(tǒng)喚醒周期內，優(yōu)先執(zhí)行耗電端口的相關操作，操作完成之后將立即對耗電端口進行節(jié)電操作。以進一步降低系統(tǒng)的能耗。

事件觸發(fā)基于最小的時間周期顆粒度，以提高系統(tǒng)實時狀態(tài)傳輸的實時性。

本發(fā)明以高速鐵路供電系統(tǒng)接觸線夾溫度檢測為例，說明如何利用本發(fā)明實現滿足實時溫度信號檢測及實時數據傳輸的超低功耗無線傳感網絡系統(tǒng)。

本實施例中，一個溫度檢測節(jié)點由微處理器、電源、無線通信模塊以及傳感器四個模塊組成。此四個模塊可在硬件電路設計中可基本實現低功耗的目標。

為進一步在降低系統(tǒng)功耗的同時仍滿足實時信號檢測與實時數據傳輸的要求。在算法層面采用時間觸發(fā)調度與事件觸發(fā)調度相融合的機制，利用軟件施密特處理算法確保信號實時變化判斷的準確性。為保障時間調度的準確性，需要根據溫度測量節(jié)點的工作環(huán)境以及通過電池容量的大小、系統(tǒng)及各單元的功耗、系統(tǒng)工作年限要求以及系統(tǒng)的實時性要求等制約因素分析，結合嵌入式系統(tǒng)的硬件定時器的參數，確定時間觸發(fā)調度的通信周期T_com、系統(tǒng)程序執(zhí)行周期T_s、采樣時隙T_m、定期通信周期時隙t_p、事件觸發(fā)通信時隙t_n等相關時間調度周期。此實施例中，由于溫度的變化是比較平緩的，因此時間觸發(fā)調度的通信周期T_com可以設置為1分鐘，即在這1分鐘的時間內至少完成一次溫度信號的采樣以及一次正常數據的發(fā)送，傳感器模塊在采樣結束進入休眠狀態(tài)，在沒有無線通信需求的情況下，無線通信模塊休眠。但采樣數據經過軟件斯密特處理之后判斷出溫度信號或者設備的關鍵診斷狀態(tài)發(fā)生變化之后，則會產生事件通信需求，通過無線模塊將實時數據上傳至數據中心。

以上方案中，具體的實施方式如下：

如圖1所示，采用嵌入式系統(tǒng)的硬件定時器作為系統(tǒng)的調度時鐘，當系統(tǒng)休眠結束則喚醒系統(tǒng)執(zhí)行正常的程序流程；

系統(tǒng)喚醒執(zhí)行正常的程序流程后，系統(tǒng)將進行是否是采樣宏周期時刻判斷，如果是則執(zhí)行采樣子流程；在檢測子流程之后，若有事件觸發(fā)性通信需求，則執(zhí)行通信子流程；

在采樣宏周期判斷之后，繼續(xù)判斷是否已是通信宏周期時刻，如果是則執(zhí)行通信子流程。

如圖2所示，系統(tǒng)的采樣子流程，首先是執(zhí)行采樣，然后是限值判斷，再后是進行物理信號意義的判斷，最后是物理信號狀態(tài)的確認。

如圖3所示，系統(tǒng)的通信子流程，系統(tǒng)在發(fā)送前首先執(zhí)行信道空閑的檢測判斷，當信道空閑時才發(fā)送數據，否則退避一定時間后再發(fā)送；通信采用應答機制確保數據能夠正確接收，若未收到應答，則說明通信失敗，則退避一定時間后再發(fā)送。

如圖4所示，示意了時間觸發(fā)調度的通信周期T_com、系統(tǒng)程序執(zhí)行周期T_s、采樣時隙T_m、定期通信周期時隙t_p、事件觸發(fā)通信時隙t_n等相關時間調度周期。各個周期在時間軸上的關系如圖所示，當然，該圖也只是給出了其中一種實施方式，不構成對本發(fā)明的限制。

除此之外，雖然以上將實施例分開說明和闡述，但涉及部分共通之技術，在本領域普通技術人員看來，可以在實施例之間進行替換和整合，涉及其中一個實施例未明確記載的內容，則可參考有記載的另一個實施例。

以上所述的實施方式，并不構成對該技術方案保護范圍的限定。任何在上述實施方式的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在該技術方案的保護范圍之內。