一種Mesh自組織無線傳感網同步休眠及低功耗通訊方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信技術，具體涉及一種Mesh自組織無線傳感網及Mesh自組織無線傳感網同步休眠及低功耗通訊方法。
【背景技術】
[0002]無線傳感網(或無線傳感器網絡)是以信息采集為主要目的無線網絡，無線傳感網絡中含有多個無線設備，各無線設備通過相互之間的通信鏈路將采集到的傳感數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心提供界面供客戶端查詢和管理。
[0003]現(xiàn)有的無線傳感網的無線設備通常分為中心節(jié)點、中繼節(jié)點和終端節(jié)點三種類型。其中，中心節(jié)點和中繼節(jié)點由于持續(xù)工作并轉發(fā)消息，需要由電力供電，只有終端節(jié)點可以采用電池供電。實際運行中，一般終端節(jié)點會固定地進行休眠喚醒，并廣播一跳的數(shù)據(jù)給中繼節(jié)點，同時中心節(jié)點也會按照預定的周期的輪詢所有中繼節(jié)點接收到的終端節(jié)點的傳感數(shù)據(jù)，在把網絡中的所有中繼節(jié)點的終端節(jié)點數(shù)據(jù)都采集回來時，完成一個周期的查詢，接著會按間隔再進行下一次的查詢采集。
[0004]當無線傳感網應用在野外時，這種網絡架構對于沒有電力供應情況下，中繼節(jié)點和中心節(jié)點就無法長時間保持射頻一直工作的狀態(tài)，導致不能大規(guī)模布網和長時間的工作。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種Mesh自組織無線傳感網及其通信方法，以在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r降低中繼節(jié)點和中心節(jié)點的能耗，使得無線傳感網的所有設備可以由電池供電驅動，適于應用于野外環(huán)境和能耗要求高的環(huán)境。
[0006]第一方面，提供一種Mesh自組織無線傳感網，包括:
[0007]中心節(jié)點，用于在初始化時，接收所有鄰居節(jié)點的信標分析獲取所有接收到的信標中的時間戳，選取未被占用的時隙作為本節(jié)點的活動周期并獲取網絡中本節(jié)點的父節(jié)點的活動周期；并在初始化完成后在本節(jié)點的活動周期開啟收發(fā)電路廣播本節(jié)點的信標并接收子節(jié)點上傳的傳感數(shù)據(jù)；
[0008]多個中繼節(jié)點，用于在初始化時，接收所有鄰居節(jié)點的信標分析獲取所有接收到的信標中的時間戳，選取未被占用的時隙作為本節(jié)點的活動周期并獲取網絡中本節(jié)點的父節(jié)點的活動周期；并在初始化完成后在本節(jié)點的活動周期開啟收發(fā)電路廣播本節(jié)點的信標并接收子節(jié)點上傳的傳感數(shù)據(jù)，在父節(jié)點的活動周期開啟收發(fā)電路上傳自身采集的傳感數(shù)據(jù)和從子節(jié)點接收到的傳感數(shù)據(jù)；
[0009]多個終端節(jié)點，用于在初始化時接收信標獲取作為父節(jié)點的中繼節(jié)點的活動周期，并初始化完成后在父節(jié)點的活動周期內發(fā)送傳感數(shù)據(jù)。
[0010]其中，所述中繼節(jié)點在本節(jié)點和父節(jié)點的活動周期外處于休眠狀態(tài)，所述中心節(jié)點在本節(jié)點的活動周期外處于休眠狀態(tài)，所述終端節(jié)點在父節(jié)點的活動周期喚醒，在傳感數(shù)據(jù)發(fā)送結束后進入休眠狀態(tài)。
[0011]優(yōu)選地，所述中繼節(jié)點和所述中心節(jié)點用于在本節(jié)點的信標中添加表征本節(jié)點活動周期的時間戳和已知的鄰居節(jié)點的時間戳。
[0012]優(yōu)選地，所述中繼節(jié)點和所述終端節(jié)點在父節(jié)點的活動周期接收父節(jié)點的信標并基于所述父節(jié)點的信標進行同步。
[0013]優(yōu)選地，所述中心節(jié)點在本節(jié)點的活動周期接收子節(jié)點上傳的傳感數(shù)據(jù)。
[0014]優(yōu)選地，所述中繼節(jié)點和終端節(jié)點還用于在父節(jié)點的活動周期發(fā)送詢問消息詢問父節(jié)點是否存在下行數(shù)據(jù)，在存在下行數(shù)據(jù)時接收所述下行數(shù)據(jù)。
[0015]優(yōu)選地，所述中繼節(jié)點和所述終端節(jié)點由電池供電。
[0016]第二方面，提供一種Mesh自組織無線傳感網的通信方法，所述無線傳感網包括中心節(jié)點、中繼節(jié)點和終端節(jié)點，中心節(jié)點與至少一個作為其子節(jié)點的中繼節(jié)點連接，中繼節(jié)點與作為其父節(jié)點的中心節(jié)點或中繼節(jié)點連接，同時與作為其子節(jié)點的終端節(jié)點和/或中繼節(jié)點連接，所述方法包括:
[0017]在初始化時，中繼節(jié)點接收信標分析獲取所有接收到的信標中的時間戳，選取未被占用的時隙作為本節(jié)點的活動周期并獲取網絡中本節(jié)點的父節(jié)點的活動周期；
[0018]在初始化完成后，中繼節(jié)點在本節(jié)點的活動周期開啟收發(fā)電路廣播本節(jié)點的信標并接收子節(jié)點上傳的傳感數(shù)據(jù)，在父節(jié)點的活動周期開啟收發(fā)電路上傳自身采集的傳感數(shù)據(jù)和從子節(jié)點接收到的傳感數(shù)據(jù)。
[0019]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0020]終端節(jié)點在父節(jié)點的活動周期向作為其父節(jié)點的中繼節(jié)點發(fā)送傳感數(shù)據(jù)，并在發(fā)送結束后進入休眠狀態(tài)。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0022]中繼節(jié)點在父節(jié)點的活動周期接收父節(jié)點的信標并基于所述父節(jié)點的信標進行同步。
[0023]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0024]作為子節(jié)點的中繼節(jié)點和終端節(jié)點在父節(jié)點的活動周期發(fā)送詢問消息詢問父節(jié)點是否存在下行數(shù)據(jù)，在存在下行數(shù)據(jù)時接收所述下行數(shù)據(jù)。
[0025]本發(fā)明實施例中，中繼節(jié)點根據(jù)信標內的時間戳選取未被占用的時間周期作為本節(jié)點的活動周期并獲取父節(jié)點的活動周期，僅在本節(jié)點和父節(jié)點的活動周期喚醒進行數(shù)據(jù)傳輸和通信，同時，中心節(jié)點也僅在自己的活動周期被喚醒進行數(shù)據(jù)傳輸和通信，兩者在其它時間均處于休眠狀態(tài)，由此，可以大幅降低中繼節(jié)點和中心節(jié)點的能耗，使得無線傳感網的所有設備可以由電池供電驅動，適于應用于野外環(huán)境和能耗要求高的環(huán)境。
【附圖說明】
[0026]通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中:
[0027]圖1是本發(fā)明實施例的無線傳感網的拓撲示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明實施例的無線傳感網絡進行網絡初始化的流程圖；
[0029]圖3是圖2的流程圖涉及的無線傳感網絡示例的拓撲示意圖；
[0030]圖4是本發(fā)明實施例的無線傳感網絡進行傳感數(shù)據(jù)采集的流程圖；
[0031]圖5是本發(fā)明實施例的通信時隙的分布示意圖；
[0032]圖6是本發(fā)明實施例的無線傳感網進行數(shù)據(jù)下發(fā)的流程圖。
【具體實施方式】
[0033]以下基于實施例對本發(fā)明進行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。
[0034]此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0035]除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0036]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0037]圖1是本發(fā)明實施例的無線傳感網的網絡拓撲示意圖。如圖1所示，所述無線傳感網為一個具有多跳中繼的無線傳感網絡