一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，通過(guò)在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器中嵌入一種允許跨周期應(yīng)答的非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送后不需要立即接收到應(yīng)答信息，也沒(méi)有數(shù)據(jù)重傳時(shí)隙，在同一通信周期中，應(yīng)用層不再進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)隙空閑時(shí)，協(xié)調(diào)器才回送數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息，協(xié)調(diào)器甚至在下一通信周期起始階段才回送上一通信周期數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息，從而減少數(shù)據(jù)重傳次數(shù)。本發(fā)明減少了通信數(shù)據(jù)量，最大化縮短通信時(shí)隙，降低路由開銷，最終達(dá)到進(jìn)一步降低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的能耗的目的。
【專利說(shuō)明】
一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，屬于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,以下簡(jiǎn)稱WSN)技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低成本的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的自組織網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)具備無(wú)線通信能力，不僅負(fù)責(zé)環(huán)境信息的采集、處理，還要收、發(fā)自身和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。由于此類無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)常安裝于野外，各節(jié)點(diǎn)只能采用電池供電，電池不便更換，基本要求各節(jié)點(diǎn)正常工作I年以上，因此最大限度的降低節(jié)點(diǎn)能耗是系統(tǒng)必須要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
[0003]隨著應(yīng)用的推廣和研究的投入，已經(jīng)有各種降低節(jié)點(diǎn)功耗的技術(shù)方法及產(chǎn)品，這些技術(shù)及產(chǎn)品主要涉及到WSN網(wǎng)絡(luò)的射頻模塊MAC (介質(zhì)接入控制)協(xié)議和路由協(xié)議、硬體功耗、軟體優(yōu)化等方面內(nèi)容。然而，大部分對(duì)WSN功耗要求較高的場(chǎng)合實(shí)際也是數(shù)據(jù)發(fā)送量較少和發(fā)送頻率較低的場(chǎng)合，通常是在分鐘級(jí)別的發(fā)送頻率，每次單個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)量?jī)H在幾個(gè)到幾十個(gè)字節(jié)范圍內(nèi)。針對(duì)此類應(yīng)用場(chǎng)合，目前比較先進(jìn)的基于同步休眠的MESH網(wǎng)絡(luò)，其已沒(méi)有終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器之分別，各節(jié)點(diǎn)均具有路由功能，可以實(shí)現(xiàn)所有節(jié)點(diǎn)之間任意組網(wǎng)，是一個(gè)徹底的自組網(wǎng)技術(shù)。其節(jié)點(diǎn)內(nèi)部均有RTC，可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步休眠，并按設(shè)定時(shí)間間隔同步喚醒，并通過(guò)其狀態(tài)引腳同步喚醒無(wú)線傳感器中的數(shù)據(jù)采集MCU，響應(yīng)遠(yuǎn)程控制或進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸通信，最大限度地降低無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能在長(zhǎng)期不更換電池情況下工作。由于所有的節(jié)點(diǎn)只同時(shí)在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)通訊，其它時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)入深度睡眠，從而能夠保持最小的功耗，并且能夠長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定工作；同時(shí)，其每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有路由功能，無(wú)需任何中繼就可以組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，提高了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性，特別適用于各類野外WSN系統(tǒng)的應(yīng)用。然而，因每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要為其余節(jié)點(diǎn)提供路由服務(wù)，因此其路由開銷是最耗能的部分，這雖然在相應(yīng)的MESH網(wǎng)絡(luò)里從MAC (介質(zhì)接入控制)協(xié)議和路由協(xié)議里進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，但是，其并未規(guī)范應(yīng)用層中相關(guān)通信協(xié)議，而不同的應(yīng)用層通信協(xié)議對(duì)通信數(shù)據(jù)流量具有明確的影響，影響節(jié)點(diǎn)能耗量。
[0004]目前已有的降低通信數(shù)據(jù)量方法較多，具有代表性的包括基于非應(yīng)答機(jī)制的數(shù)據(jù)幀重傳法和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的邀請(qǐng)重傳法?；诜菓?yīng)答機(jī)制的數(shù)據(jù)幀重傳法主要應(yīng)用于大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡(luò)傳輸，操作較復(fù)雜，各類組合幀字節(jié)較多，相對(duì)小數(shù)據(jù)量的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言并不能有效降低數(shù)據(jù)流量。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的邀請(qǐng)重傳法，其僅在一個(gè)通信周期內(nèi)有效，不能跨周期操作，因而對(duì)于短時(shí)隙通信周期系統(tǒng)不太適用。其他如數(shù)據(jù)壓縮法、數(shù)據(jù)聚合法等均主要用于大數(shù)量傳輸網(wǎng)絡(luò)，在這種小數(shù)據(jù)量的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有明顯效果O
[0005]中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枮?00510098469.4，
【公開日】為2006年7月12日)公開了一種基于非應(yīng)答機(jī)制的數(shù)據(jù)幀重傳方法和系統(tǒng)，其方法和系統(tǒng)核心均為:無(wú)線接入終端確定出現(xiàn)基于非應(yīng)答機(jī)制的被誤幀，無(wú)線接入終端將該被誤幀所在載波鏈路中已正確接收的數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)信息傳輸至網(wǎng)絡(luò)側(cè)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)其接收的標(biāo)識(shí)信息確定需要進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳的數(shù)據(jù)幀，并進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳。該發(fā)明大大簡(jiǎn)化了無(wú)線接入終端檢測(cè)被誤幀的處理過(guò)程，簡(jiǎn)化了無(wú)線接入終端與網(wǎng)絡(luò)側(cè)傳輸?shù)南?nèi)容，使NAK控制消息的長(zhǎng)度減小，從而實(shí)現(xiàn)了提高無(wú)線繼而終端對(duì)被誤幀的響應(yīng)速度、提高數(shù)據(jù)幀重傳效率、提高多載波DO系統(tǒng)中有效數(shù)據(jù)傳輸效率的目的。但是，其需要將上層分組數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，并為每個(gè)RLP包分配連續(xù)的SAR_Seq序號(hào)，然后，將具有連續(xù)SAR_Seq序號(hào)的RLP包根據(jù)調(diào)度算法分配到不同的載波鏈路上發(fā)送，每個(gè)載波鏈路對(duì)其上傳輸?shù)腞LP包分配連續(xù)的ARQ_Seq序號(hào)；無(wú)線接入終端根據(jù)各RLP包的ARQ_Seq序號(hào)的連續(xù)性來(lái)檢測(cè)該載波鏈路上是否有誤幀產(chǎn)生，而RLP包的SAR_Seq序號(hào)則用于將多個(gè)載波鏈路上接收到的RLP包重新排序，以便提交到上層處理；如果無(wú)線接入終端檢測(cè)到某個(gè)載波鏈路上ARQ_Seq序號(hào)不連續(xù)，則說(shuō)明該載波鏈路上有誤幀產(chǎn)生，無(wú)線接入終端需要通過(guò)NAK控制消息請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)側(cè)重新發(fā)送被誤幀的RLP包。該發(fā)明是針對(duì)大數(shù)據(jù)流而設(shè)計(jì)的；在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)里，大部分對(duì)WSN功耗要求較高的場(chǎng)合實(shí)際也是數(shù)據(jù)發(fā)送量較少和發(fā)送頻率較低的場(chǎng)合，通常是在分鐘級(jí)別的發(fā)送頻率，每次單個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)量?jī)H在幾個(gè)到幾十個(gè)字節(jié)范圍內(nèi)，如果采用此技術(shù)，經(jīng)過(guò)打包、增加幀序號(hào)等相關(guān)操作過(guò)程，反而增加了需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，因此在WSN環(huán)境下不適用。
[0006]中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枮?00910093049.5，
【公開日】為2010年3月3日)公開了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗邀請(qǐng)重傳方法及其裝置，該專利中當(dāng)正常發(fā)送時(shí)段和固定重傳時(shí)段都結(jié)束后，協(xié)調(diào)器將根據(jù)數(shù)據(jù)幀的接收情況，產(chǎn)生邀請(qǐng)重傳幀；邀請(qǐng)重傳幀包含描述數(shù)據(jù)幀接收情況的比特圖，以及協(xié)調(diào)器制定的傳感器節(jié)點(diǎn)重傳數(shù)據(jù)幀的時(shí)隙分配；若傳感器節(jié)點(diǎn)從來(lái)沒(méi)有收到過(guò)確認(rèn)幀，在接收到要求重傳幀后，將首先檢查比特圖，確定自己發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否已經(jīng)被協(xié)調(diào)器接收到，如果仍然是沒(méi)有，傳感器節(jié)點(diǎn)依據(jù)協(xié)調(diào)器分配給自己的邀請(qǐng)重傳時(shí)隙，重新傳送數(shù)據(jù)幀。該發(fā)明采用邀請(qǐng)重傳方式，重傳失敗的數(shù)據(jù)幀，節(jié)省了傳感器節(jié)點(diǎn)的能量開銷，提高了系統(tǒng)重傳效率。然而，該發(fā)明除了正常發(fā)送時(shí)段，還有固定重傳時(shí)段。在正常發(fā)送時(shí)段需要等待接收確認(rèn)幀，在固定重傳時(shí)段，除了重傳數(shù)據(jù)外，還需要等待接收確認(rèn)幀。這都增加了通信時(shí)間長(zhǎng)度，特別是固定重傳時(shí)段，占用了網(wǎng)絡(luò)資源，不利于降低網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)功耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，通過(guò)一種允許跨周期應(yīng)答的非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制，如果傳感器節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期已成功發(fā)送數(shù)據(jù)，但直到下一個(gè)通信周期的接收時(shí)隙仍未收到協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)收成功應(yīng)答信息，相關(guān)數(shù)據(jù)才會(huì)在發(fā)送時(shí)隙被重傳一次，減少了數(shù)據(jù)重傳次數(shù)，進(jìn)而減少通信數(shù)據(jù)流量，降低路由開銷，可最大化縮短通信時(shí)隙，從而降低各設(shè)備的能耗。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，包括以下步驟:
1)建立網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)協(xié)調(diào)器和若干無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)；
2)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器中均嵌入一個(gè)非實(shí)時(shí)應(yīng)答協(xié)議組件；所述非實(shí)時(shí)應(yīng)答協(xié)議組件提供一個(gè)允許跨周期應(yīng)答的非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制，所述非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制是指對(duì)于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，在一個(gè)通信周期發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送后，允許在下一個(gè)通信周期起始階段的接收時(shí)隙獲得本數(shù)據(jù)發(fā)送成功的應(yīng)答信息，即傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收應(yīng)答信息可不在同一個(gè)通信周期完成；對(duì)于協(xié)調(diào)器，在一個(gè)通信周期成功接收一個(gè)數(shù)據(jù)后，允許在下一通信周期的起始階段的發(fā)送時(shí)隙回送本接收成功數(shù)據(jù)的應(yīng)答信息；
3)將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信周期分為蘇醒期和休眠期，將協(xié)調(diào)器的蘇醒期從起始時(shí)刻依次劃分為發(fā)送時(shí)隙、延遲時(shí)隙、接收時(shí)隙，將無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的蘇醒期從起始時(shí)刻依次劃分為接收時(shí)隙、延遲時(shí)隙、發(fā)送時(shí)隙和路由時(shí)隙；
4)進(jìn)行基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸包括協(xié)調(diào)器向無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸應(yīng)答信息幀和無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)幀，
所述協(xié)調(diào)器向無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸應(yīng)答信息幀包括以下步驟:
41)協(xié)調(diào)器與無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期的休眠期結(jié)束時(shí)同時(shí)被MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊喚醒；
42)協(xié)調(diào)器進(jìn)入發(fā)送時(shí)隙，在發(fā)送時(shí)隙中發(fā)送未發(fā)送的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀，發(fā)送完畢后刪除此數(shù)據(jù)編號(hào)的應(yīng)答信息幀，然后繼續(xù)發(fā)送應(yīng)答信息幀；如果所有的應(yīng)答信息幀發(fā)送結(jié)束，而發(fā)送時(shí)隙還未結(jié)束，則直接結(jié)束發(fā)送時(shí)隙，進(jìn)入延遲時(shí)隙；當(dāng)本發(fā)送時(shí)隙結(jié)束時(shí)，如果還有應(yīng)答信息幀未發(fā)送，則終止發(fā)送，進(jìn)入延遲時(shí)隙，未發(fā)送的應(yīng)答信息幀留待下一周期發(fā)送；
43)協(xié)調(diào)器經(jīng)過(guò)設(shè)定的延遲時(shí)隙，轉(zhuǎn)入接收時(shí)隙，接收來(lái)自各無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀，如接收到數(shù)據(jù)，則保存數(shù)據(jù)至存儲(chǔ)器，同時(shí)編碼并保存數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀至存儲(chǔ)器，直到接收時(shí)隙結(jié)束；
44)協(xié)調(diào)器在接收時(shí)隙結(jié)束后，MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊立即進(jìn)入休眠狀態(tài)，如果MCU還有任務(wù)，就繼續(xù)進(jìn)行任務(wù)處理，否則進(jìn)入休眠狀態(tài)；
所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)幀包括以下步驟:
4a)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器在一個(gè)通信周期的休眠期結(jié)束時(shí)同時(shí)被MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊喚醒；
4b)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在接收時(shí)隙，等待接收來(lái)自協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀，當(dāng)接收到來(lái)自協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀時(shí)，立即刪除數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)中相應(yīng)數(shù)據(jù)編號(hào)的數(shù)據(jù)記錄，直到接收時(shí)隙結(jié)束；
4c)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)設(shè)定的延遲時(shí)隙，進(jìn)入發(fā)送時(shí)隙，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)將測(cè)量數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)幀格式自報(bào)給協(xié)調(diào)器；如果發(fā)送時(shí)隙結(jié)束還有未發(fā)送的數(shù)據(jù)，則留待下一周期進(jìn)行，進(jìn)入路由時(shí)隙；如果本節(jié)點(diǎn)無(wú)數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則直接進(jìn)入路由時(shí)隙；
4d)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在路由時(shí)隙，將本節(jié)點(diǎn)MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊的通信資源留給以本節(jié)點(diǎn)為路由的相關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)監(jiān)聽和接收來(lái)自協(xié)調(diào)器的信息；
4e)路由時(shí)隙結(jié)束后，MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊立即進(jìn)入休眠狀態(tài)，如果MCU還有任務(wù)，就繼續(xù)進(jìn)行任務(wù)處理，否則進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0009]前述的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期數(shù)據(jù)發(fā)送后不需要立即接收到應(yīng)答信息，在同一個(gè)通信周期不進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳，如果無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期已成功發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，直到下一個(gè)通信周期的接收時(shí)隙結(jié)束仍未收到本數(shù)據(jù)發(fā)送成功的應(yīng)答信息，本數(shù)據(jù)才會(huì)在隨后一個(gè)的通信周期的發(fā)送時(shí)隙被重傳一次。
[0010]前述的協(xié)調(diào)器在數(shù)據(jù)幀接收成功后，其發(fā)送的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀在之后任意一個(gè)通信周期內(nèi)發(fā)送均有效。
[0011]前述的數(shù)據(jù)幀包括:幀頭、保留字、幀類型、地址、數(shù)據(jù)編號(hào)、數(shù)據(jù)、幀尾、驗(yàn)證碼；所述應(yīng)答信息幀包括:幀頭、保留字、幀類型、地址、數(shù)據(jù)編號(hào)、幀尾、驗(yàn)證碼。
[0012]前述的步驟3)中，
所述協(xié)調(diào)器的發(fā)送時(shí)隙用于發(fā)送應(yīng)答信息幀；所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙用于發(fā)送數(shù)據(jù)幀；
所述協(xié)調(diào)器與無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的延遲時(shí)隙用于進(jìn)行發(fā)送和接收狀態(tài)切換；
所述協(xié)調(diào)器的接收時(shí)隙用于接收數(shù)據(jù)幀；所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的接收時(shí)隙用于接收應(yīng)答信息幀；
所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)隙用于為以本無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)為路由的相關(guān)設(shè)備提供數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間間隙，同時(shí)節(jié)點(diǎn)也可以監(jiān)聽和接收協(xié)調(diào)器發(fā)送來(lái)的信息。
[0013]前述的各時(shí)隙可根據(jù)具體系統(tǒng)情況靈活配置，所述協(xié)調(diào)器的發(fā)送時(shí)隙與無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的接收時(shí)隙時(shí)間相同；所述協(xié)調(diào)器的延遲時(shí)隙時(shí)間小于等于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的最小延遲時(shí)隙時(shí)間相同；所述協(xié)調(diào)器的接收時(shí)隙時(shí)間大于等于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙與路由時(shí)隙時(shí)間之和的最大值。
[0014]前述的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)包括MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、RTC、傳感器模塊和電源模塊，所述MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、RTC、傳感器模塊均與電源模塊相連，所述MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、存儲(chǔ)器、RTC、傳感器模塊均與MCU相連；
所述協(xié)調(diào)器包括MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、RTC、遠(yuǎn)程通信接口模塊和電源模塊，所述MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、RTC、遠(yuǎn)程通信接口模塊均與電源模塊相連，所述MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、存儲(chǔ)器、RTC、遠(yuǎn)程通信接口模塊均與MCU相連；
所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的MCU中均嵌入一個(gè)非實(shí)時(shí)應(yīng)答協(xié)議組件。
[0015]前述的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的電源模塊采用具有BUCK-B00ST功能的升壓和降壓電源模塊。
[0016]前述的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊選用具有深度休眠功能的DigiMesh模塊，使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中所以節(jié)點(diǎn)及協(xié)調(diào)器均按設(shè)定休眠周期同步休眠和同步自動(dòng)喚醒，所有傳感器節(jié)點(diǎn)可按設(shè)定的休眠周期進(jìn)行深度休眠。
[0017]本發(fā)明通過(guò)一種允許跨周期應(yīng)答的非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制，如果傳感器節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期已成功發(fā)送數(shù)據(jù)，但直到下一個(gè)通信周期的接收時(shí)隙仍未收到協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息，相關(guān)數(shù)據(jù)才會(huì)在發(fā)送時(shí)隙被重傳一次，因而減少了數(shù)據(jù)重傳次數(shù)，減少通信數(shù)據(jù)流量，最大化縮短通信時(shí)隙，進(jìn)而降低路由開銷，達(dá)到降低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的能耗的目的，解決了具有同步休眠、全路由功能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由開銷較大，實(shí)際能耗較高的問(wèn)題。
[0018]本發(fā)明的非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制中，直接返回應(yīng)答幀內(nèi)容，不需要任何打包和幀序號(hào)，不會(huì)額外增加應(yīng)答幀的數(shù)據(jù)量。本發(fā)明除了嚴(yán)格控制各節(jié)點(diǎn)收發(fā)時(shí)隙外，還設(shè)置了路由時(shí)隙，降低通信鏈路沖突概率，降低數(shù)據(jù)丟包率，因此減少了通信數(shù)據(jù)量，可最大化縮短通信時(shí)隙，降低路由開銷，最終達(dá)到進(jìn)一步降低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的能耗之目的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)圖；
圖2為本發(fā)明非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程示意圖；
圖3為本發(fā)明的幀格式圖；
圖4Ca)為本發(fā)明的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4(b)為本發(fā)明的協(xié)調(diào)器功能結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5Ca)為本發(fā)明的協(xié)調(diào)器非實(shí)時(shí)應(yīng)答協(xié)議組件工作流程圖；
圖5(b)為本發(fā)明的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)非實(shí)時(shí)應(yīng)答協(xié)議組件工作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0021]本發(fā)明的基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法，如圖1所示，首先建立網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)協(xié)調(diào)器和若干無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)管理，同時(shí)負(fù)責(zé)與外界進(jìn)行通信聯(lián)系，各無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)均可作為其余節(jié)點(diǎn)的路由，可自由組網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于同步休眠機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)及協(xié)調(diào)器均按設(shè)定休眠周期同步休眠和同步自動(dòng)喚醒，并且所有無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)可以按設(shè)定的休眠周期進(jìn)行深度休眠，可以最大化降低節(jié)點(diǎn)功耗。
[0022]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制，需要在無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器中的MCU中均嵌入一個(gè)非實(shí)時(shí)應(yīng)答協(xié)議組件，非實(shí)時(shí)應(yīng)答協(xié)議組件提供一個(gè)允許跨周期應(yīng)答的非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制，非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制是指對(duì)于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，在一個(gè)通信周期發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送后，允許在下一個(gè)通信周期起始階段的接收時(shí)隙獲得本數(shù)據(jù)發(fā)送成功的應(yīng)答信息，即傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收應(yīng)答信息可不在同一個(gè)通信周期完成；對(duì)于協(xié)調(diào)器，在一個(gè)通信周期成功接收一個(gè)數(shù)據(jù)后，允許在下一通信周期的起始階段的發(fā)送時(shí)隙回送本接收成功數(shù)據(jù)的應(yīng)答信息；同時(shí)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)通信周期不進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳，如果無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期已成功發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，直到下一個(gè)通信周期的接收時(shí)隙結(jié)束仍未收到本數(shù)據(jù)發(fā)送成功的應(yīng)答信息，本數(shù)據(jù)才會(huì)在隨后一個(gè)的通信周期的發(fā)送時(shí)隙被重傳一次。而協(xié)調(diào)器在數(shù)據(jù)幀接收成功后，其發(fā)送的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀在之后任意一個(gè)通信周期內(nèi)發(fā)送均有效。
[0023]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制，需要將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信周期分為蘇醒期和休眠期，將協(xié)調(diào)器的蘇醒期從起始時(shí)刻依次劃分為發(fā)送時(shí)隙、延遲時(shí)隙、接收時(shí)隙，將無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的蘇醒期從起始時(shí)刻依次劃分為接收時(shí)隙、延遲時(shí)隙、發(fā)送時(shí)隙和路由時(shí)隙。從圖2可以看出，本發(fā)明的協(xié)調(diào)器的發(fā)送時(shí)隙與無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的接收時(shí)隙時(shí)間相同，協(xié)調(diào)器的延遲時(shí)隙時(shí)間小于等于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)中的最小延遲時(shí)隙時(shí)間，協(xié)調(diào)器的接收時(shí)隙時(shí)間大于等于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)中的發(fā)送時(shí)隙與路由時(shí)隙時(shí)間之和的最大值。
[0024]其中，協(xié)調(diào)器的發(fā)送時(shí)隙用于發(fā)送應(yīng)答信息幀，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙用于發(fā)送數(shù)據(jù)幀。協(xié)調(diào)器與無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的延遲時(shí)隙用于進(jìn)行發(fā)送和接收狀態(tài)切換，對(duì)于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的延遲時(shí)隙還可用于幫助各設(shè)備間具體分配數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間，當(dāng)某一傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間需要延后，僅需增大延遲時(shí)隙即可。協(xié)調(diào)器的接收時(shí)隙用于接收數(shù)據(jù)幀，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的接收時(shí)隙用于接收應(yīng)答信息幀。無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)隙用于為以本無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)為路由的相關(guān)設(shè)備提供數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間間隙，同時(shí)節(jié)點(diǎn)也可以監(jiān)聽和接收協(xié)調(diào)器發(fā)送來(lái)的信息。這種時(shí)隙的劃分，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的分時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，可有效降低網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)沖突，提高通信成功概率，降低數(shù)據(jù)重傳次數(shù)，降低節(jié)點(diǎn)能耗。在通信周期中，各時(shí)隙長(zhǎng)度可根據(jù)具體系統(tǒng)情況來(lái)靈活配置，目的是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信通暢穩(wěn)定之下，盡可能縮短蘇醒期時(shí)長(zhǎng)，降低能耗。同時(shí)協(xié)調(diào)器的發(fā)送時(shí)隙設(shè)置在每個(gè)通信周期的蘇醒期起始階段，不會(huì)因?yàn)樯漕l模塊進(jìn)入休眠而丟失，從而減少數(shù)據(jù)重傳次數(shù)，進(jìn)而減少通信數(shù)據(jù)量，可最大化縮短通信時(shí)隙，減輕各節(jié)點(diǎn)的路由開銷，降低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的能耗。
[0025]如圖2和圖5所示，本發(fā)明的基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸包括協(xié)調(diào)器的應(yīng)答和無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答。
[0026]如圖5 Ca)所示，協(xié)調(diào)器向無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)傳輸應(yīng)答信息幀包括以下步驟:
41)協(xié)調(diào)器與無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期的休眠期結(jié)束時(shí)同時(shí)被MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊喚醒；
42)協(xié)調(diào)器進(jìn)入發(fā)送時(shí)隙，在發(fā)送時(shí)隙中發(fā)送未發(fā)送的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀，發(fā)送完畢后刪除此數(shù)據(jù)編號(hào)的應(yīng)答信息幀，然后繼續(xù)發(fā)送應(yīng)答信息幀；如果所有的應(yīng)答信息幀發(fā)送結(jié)束，而發(fā)送時(shí)隙還未結(jié)束，則直接結(jié)束發(fā)送時(shí)隙，進(jìn)入延遲時(shí)隙；當(dāng)本發(fā)送時(shí)隙結(jié)束時(shí)，如果還有應(yīng)答信息幀未發(fā)送，則終止發(fā)送，進(jìn)入延遲時(shí)隙，未發(fā)送的應(yīng)答信息幀留待下一周期發(fā)送；
43)協(xié)調(diào)器經(jīng)過(guò)設(shè)定的延遲時(shí)隙，轉(zhuǎn)入接收時(shí)隙，接收來(lái)自各無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀，如接收到數(shù)據(jù)，則保存數(shù)據(jù)至存儲(chǔ)器，同時(shí)編碼并保存數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀至存儲(chǔ)器，直到接收時(shí)隙結(jié)束；
44)協(xié)調(diào)器在接收時(shí)隙結(jié)束后，MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊立即進(jìn)入休眠狀態(tài)，如果MCU還有任務(wù)，就繼續(xù)進(jìn)行任務(wù)處理，否則進(jìn)入休眠狀態(tài)；
如圖5 (b)所示，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)幀包括以下步驟:
4a)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器在一個(gè)通信周期的休眠期結(jié)束時(shí)同時(shí)被MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊喚醒；
4b)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在接收時(shí)隙，等待接收來(lái)自協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀，當(dāng)接收到來(lái)自協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀時(shí)，立即刪除數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)中相應(yīng)數(shù)據(jù)編號(hào)的數(shù)據(jù)記錄，直到接收時(shí)隙結(jié)束；
4c)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)設(shè)定的延遲時(shí)隙，進(jìn)入發(fā)送時(shí)隙，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)將測(cè)量數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)幀格式自報(bào)給協(xié)調(diào)器；如果發(fā)送時(shí)隙結(jié)束還有未發(fā)送的數(shù)據(jù)，則留待下一周期進(jìn)行，進(jìn)入路由時(shí)隙；如果本節(jié)點(diǎn)無(wú)數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則直接進(jìn)入路由時(shí)隙；
4d)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在路由時(shí)隙，將本節(jié)點(diǎn)MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊的通信資源留給以本節(jié)點(diǎn)為路由的相關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)監(jiān)聽和接收來(lái)自協(xié)調(diào)器的信息；
4e)路由時(shí)隙結(jié)束后，MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊立即進(jìn)入休眠狀態(tài)，如果MCU還有任務(wù)，就繼續(xù)進(jìn)行任務(wù)處理，否則進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0027]本發(fā)明中數(shù)據(jù)發(fā)送后不需要立即接收到應(yīng)答信息(ACK)，即傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收應(yīng)答信息可不在同一個(gè)通信周期完成，因而不會(huì)立即進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳，而且在同一通信周期中，都不再進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)隙空閑時(shí)，協(xié)調(diào)器才回送數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息(ACK)，協(xié)調(diào)器甚至在下一通信周期起始階段才回送上一通信周期數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息(ACK)從而減少數(shù)據(jù)重傳次數(shù)。協(xié)調(diào)器在數(shù)據(jù)接收成功后，其應(yīng)答信息在之后任意一個(gè)通信周期內(nèi)發(fā)送均有效。如果無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期已成功發(fā)送數(shù)據(jù)，但直到下一個(gè)通信周期的接收時(shí)隙仍未收到協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息，相關(guān)數(shù)據(jù)才會(huì)在發(fā)送時(shí)隙被重傳一次，減少了數(shù)據(jù)重傳次數(shù)，減少通信數(shù)據(jù)流量。在非實(shí)時(shí)應(yīng)答過(guò)程中，直接返回應(yīng)答幀內(nèi)容，不需要任何打包和幀序號(hào)，不會(huì)額外增加應(yīng)答幀的數(shù)據(jù)量。并且采用分時(shí)發(fā)送方式，減少通信沖突概率，降低數(shù)據(jù)丟包率，減少數(shù)據(jù)重傳次數(shù)，從而減少通信數(shù)據(jù)量。通信數(shù)據(jù)流量的減少，進(jìn)而降低了路由開銷，最終達(dá)到最大化縮短通信時(shí)隙，降低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)能耗之目的。
[0028]本發(fā)明的非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)幀和應(yīng)答信息幀，如圖3所示，數(shù)據(jù)幀包括:巾貞頭、保留字、幀類型、地址(ADDRESS)、數(shù)據(jù)編號(hào)(DATA ID)、數(shù)據(jù)(DATA)、幀尾、驗(yàn)證碼；應(yīng)答信息幀包括:幀頭、保留字、幀類型、地址(ADDRESS)、數(shù)據(jù)編號(hào)(DATAID)、幀尾、驗(yàn)證碼?？梢姡瑤芯械刂?ADDRESS)和數(shù)據(jù)編號(hào)(DATA ID)，這兩個(gè)關(guān)鍵信息可避免在有多條數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息時(shí)出現(xiàn)信息混亂，為實(shí)現(xiàn)非實(shí)時(shí)應(yīng)答提供信息支撐。
[0029]本發(fā)明的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)如圖4 (a)所示，包括MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、傳感器模塊和電源模塊，其中MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、傳感器模塊均與電源模塊相連；MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、傳感器模塊均與MCU相連。MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自組網(wǎng)、承擔(dān)相關(guān)節(jié)點(diǎn)的通信路由、節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器之間的無(wú)線通信以及與協(xié)調(diào)器同步休眠和同步自動(dòng)喚醒。
[0030]本發(fā)明的協(xié)調(diào)器如圖4 (b)所示，包括MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、遠(yuǎn)程通信接口模塊和電源模塊，其中MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、遠(yuǎn)程通信接口模塊均與電源模塊相連；MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、遠(yuǎn)程通信接口模塊均與MCU相連。MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間自組網(wǎng)、管理網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)設(shè)備、與節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線通信以及與無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)同步休眠和同步自動(dòng)喚醒；遠(yuǎn)程通信接口模塊負(fù)責(zé)與外界進(jìn)行通信。
[0031]無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器中的MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊選用具有深度休眠功能的DigiMesh模塊，功耗低，組網(wǎng)能力強(qiáng)；電源模塊負(fù)責(zé)為與之相連的各器件提供穩(wěn)定電源，由于傳感節(jié)點(diǎn)采用電池供電，因此選用靜態(tài)功耗低的具有BUCK-B00ST功能的升壓和降壓電源模塊，能夠使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在電池電壓低于節(jié)點(diǎn)工作電壓時(shí)還能穩(wěn)定地工作，從而提高電池能量的利用率，延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定工作時(shí)長(zhǎng)；其余器件均選用低功耗器件，使整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)靜態(tài)功耗低于100 μ A。
【權(quán)利要求】
1.一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)建立網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)協(xié)調(diào)器和若干無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)； 2)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器中均嵌入一個(gè)非實(shí)時(shí)應(yīng)答協(xié)議組件；所述非實(shí)時(shí)應(yīng)答協(xié)議組件提供一個(gè)允許跨周期應(yīng)答的非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制，所述非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制是指對(duì)于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，在一個(gè)通信周期發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送后，允許在下一個(gè)通信周期起始階段的接收時(shí)隙獲得本數(shù)據(jù)發(fā)送成功的應(yīng)答信息，即傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收應(yīng)答信息可不在同一個(gè)通信周期完成；對(duì)于協(xié)調(diào)器，在一個(gè)通信周期成功接收一個(gè)數(shù)據(jù)后，允許在下一通信周期的起始階段的發(fā)送時(shí)隙回送本接收成功數(shù)據(jù)的應(yīng)答信息； 3)將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信周期分為蘇醒期和休眠期，將協(xié)調(diào)器的蘇醒期從起始時(shí)刻依次劃分為發(fā)送時(shí)隙、延遲時(shí)隙、接收時(shí)隙，將無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的蘇醒期從起始時(shí)刻依次劃分為接收時(shí)隙、延遲時(shí)隙、發(fā)送時(shí)隙和路由時(shí)隙； 4)進(jìn)行基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸包括協(xié)調(diào)器向無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸應(yīng)答信息幀和無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)幀， 所述協(xié)調(diào)器向無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸應(yīng)答信息幀包括以下步驟: 41)協(xié)調(diào)器與無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期的休眠期結(jié)束時(shí)同時(shí)被MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊喚醒； 42)協(xié)調(diào)器進(jìn)入發(fā)送時(shí)隙，在發(fā)送時(shí)隙中發(fā)送未發(fā)送的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀，發(fā)送完畢后刪除此數(shù)據(jù)編號(hào)的應(yīng)答信息幀，然后繼續(xù)發(fā)送應(yīng)答信息幀；如果所有的應(yīng)答信息幀發(fā)送結(jié)束，而發(fā)送時(shí)隙還未結(jié)束，則直接結(jié)束發(fā)送時(shí)隙，進(jìn)入延遲時(shí)隙；當(dāng)本發(fā)送時(shí)隙結(jié)束時(shí)，如果還有應(yīng)答信息幀未發(fā)送，則終止發(fā)送，進(jìn)入延遲時(shí)隙，未發(fā)送的應(yīng)答信息幀留待下一周期發(fā)送； 43)協(xié)調(diào)器經(jīng)過(guò)設(shè)定的延遲時(shí)隙，轉(zhuǎn)入接收時(shí)隙，接收來(lái)自各無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀，如接收到數(shù)據(jù)，則保存數(shù)據(jù)至存儲(chǔ)器，同時(shí)編碼并保存數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀至存儲(chǔ)器，直到接收時(shí)隙結(jié)束； 44)協(xié)調(diào)器在接收時(shí)隙結(jié)束后，MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊立即進(jìn)入休眠狀態(tài)，如果MCU還有任務(wù)，就繼續(xù)進(jìn)行任務(wù)處理，否則進(jìn)入休眠狀態(tài)； 所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)幀包括以下步驟: 4a)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器在一個(gè)通信周期的休眠期結(jié)束時(shí)同時(shí)被MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊喚醒； 4b)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在接收時(shí)隙，等待接收來(lái)自協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀，當(dāng)接收到來(lái)自協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀時(shí)，立即刪除數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)中相應(yīng)數(shù)據(jù)編號(hào)的數(shù)據(jù)記錄，直到接收時(shí)隙結(jié)束； 4c)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)設(shè)定的延遲時(shí)隙，進(jìn)入發(fā)送時(shí)隙，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)將測(cè)量數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)幀格式自報(bào)給協(xié)調(diào)器；如果發(fā)送時(shí)隙結(jié)束還有未發(fā)送的數(shù)據(jù)，則留待下一周期進(jìn)行，進(jìn)入路由時(shí)隙；如果本節(jié)點(diǎn)無(wú)數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則直接進(jìn)入路由時(shí)隙； 4d)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在路由時(shí)隙，將本節(jié)點(diǎn)MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊的通信資源留給以本節(jié)點(diǎn)為路由的相關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)監(jiān)聽和接收來(lái)自協(xié)調(diào)器的信息； 4e)路由時(shí)隙結(jié)束后，MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊立即進(jìn)入休眠狀態(tài)，如果MCU還有任務(wù)，就繼續(xù)進(jìn)行任務(wù)處理，否則進(jìn)入休眠狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期數(shù)據(jù)發(fā)送后不需要立即接收到應(yīng)答信息，在同一個(gè)通信周期不進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳，如果無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期已成功發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，直到下一個(gè)通信周期的接收時(shí)隙結(jié)束仍未收到本數(shù)據(jù)發(fā)送成功的應(yīng)答信息，本數(shù)據(jù)才會(huì)在隨后一個(gè)的通信周期的發(fā)送時(shí)隙被重傳一次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器在數(shù)據(jù)幀接收成功后，其發(fā)送的數(shù)據(jù)接收成功應(yīng)答信息幀在之后任意一個(gè)通信周期內(nèi)發(fā)送均有效。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)幀包括:幀頭、保留字、幀類型、地址、數(shù)據(jù)編號(hào)、數(shù)據(jù)、幀尾、驗(yàn)證碼；所述應(yīng)答信息幀包括:幀頭、保留字、幀類型、地址、數(shù)據(jù)編號(hào)、幀尾、驗(yàn)證碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述步驟3)中， 所述協(xié)調(diào)器的發(fā)送時(shí)隙用于發(fā)送應(yīng)答信息幀；所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙用于發(fā)送數(shù)據(jù)幀； 所述協(xié)調(diào)器與無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的延遲時(shí)隙用于進(jìn)行發(fā)送和接收狀態(tài)切換； 所述協(xié)調(diào)器的接收時(shí)隙用于接收數(shù)據(jù)幀；所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的接收時(shí)隙用于接收應(yīng)答信息幀； 所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)隙用于為以本無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)為路由的相關(guān)設(shè)備提供數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間間隙，同時(shí)節(jié)點(diǎn)也可以監(jiān)聽和接收協(xié)調(diào)器發(fā)送來(lái)的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述各時(shí)隙可根據(jù)具體系統(tǒng)情況靈活配置，所述協(xié)調(diào)器的發(fā)送時(shí)隙與無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的接收時(shí)隙時(shí)間相同；所述協(xié)調(diào)器的延遲時(shí)隙時(shí)間小于等于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的最小延遲時(shí)隙時(shí)間相同；所述協(xié)調(diào)器的接收時(shí)隙時(shí)間大于等于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙與路由時(shí)隙時(shí)間之和的最大值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于， 所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)包括MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、RTC、傳感器模塊和電源模塊，所述MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、RTC、傳感器模塊均與電源模塊相連，所述MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、存儲(chǔ)器、RTC、傳感器模塊均與MCU相連； 所述協(xié)調(diào)器包括MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、RTC、遠(yuǎn)程通信接口模塊和電源模塊，所述MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、MCU、存儲(chǔ)器、RTC、遠(yuǎn)程通信接口模塊均與電源模塊相連，所述MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊、存儲(chǔ)器、RTC、遠(yuǎn)程通信接口模塊均與MCU相連； 所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的MCU中均嵌入一個(gè)非實(shí)時(shí)應(yīng)答協(xié)議組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的電源模塊采用具有BUCK-BOOST功能的升壓和降壓電源模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于非實(shí)時(shí)應(yīng)答機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的MESH網(wǎng)絡(luò)射頻模塊選用具有深度休眠功能的DigiMesh模塊，使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中所以節(jié)點(diǎn)及協(xié)調(diào)器均按設(shè)定休眠周期同步休眠和同步自動(dòng)喚醒，所有傳感器節(jié)點(diǎn)可按設(shè)定的休眠周期進(jìn)行深度休眠。
【文檔編號(hào)】H04L1/18GK104243110SQ201410423121
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】羅孝兵, 華濤, 凌琪, 藍(lán)彥, 劉果, 李桂平, 景波云, 呂敏, 鄧檢華, 熊光亞, 叢山樺, 李冰, 姜曉, 程銳, 陳俊生 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 南京南瑞集團(tuán)公司