專利名稱：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信方法，尤其是一種應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的節(jié)能型通信方法，具體地說(shuō)是一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的通信方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過(guò)各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，這些信息通過(guò)無(wú)線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實(shí)現(xiàn)物理世界、計(jì)算世界以及人類社會(huì)三元世界的連通。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多重要領(lǐng)域都有潛在的實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了許多國(guó)家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。
圖1所示的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由很多自給供電的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱傳感器節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn))和傳感器網(wǎng)關(guān)(以下簡(jiǎn)稱網(wǎng)關(guān))組成的。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行周圍環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和簡(jiǎn)單計(jì)算，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)與外界(用戶終端或服務(wù)器)進(jìn)行聯(lián)系。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)平臺(tái)是傳感器節(jié)點(diǎn)，它是一個(gè)微型化的嵌入式系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了許多種傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，它們?cè)趯?shí)現(xiàn)原理上是相似的，只是分別采用了不同的微處理器或者不同的通信協(xié)議方式，比如采用802.11協(xié)議、ZigBee協(xié)議、藍(lán)牙協(xié)議以及UWB通信方式等。但這些協(xié)議都比較復(fù)雜，需要專用芯片或高性能處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
此外，傳感器節(jié)點(diǎn)作為微小器件，只能配備有限的電源，在有些應(yīng)用場(chǎng)合下，更換電池是近乎不可能的。這使得傳感器節(jié)點(diǎn)的壽命在很大程度上依賴于電池的壽命，所以降低功耗以延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要考慮的重要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)需要專用芯片或高性能處理器才能實(shí)現(xiàn)、而且傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線信號(hào)偵測(cè)與發(fā)射時(shí)間長(zhǎng)、功耗大，不利于采用電池供電等問(wèn)題，利用無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)本身所具備的特性發(fā)明一種新的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的通信方法，以便于在較低性能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)之間實(shí)現(xiàn)雙向無(wú)線通信，并能延長(zhǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的工作壽命，和降低產(chǎn)品成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的通信方法，其特征是a、以傳感器節(jié)點(diǎn)為主Master、傳感器網(wǎng)關(guān)為從Slave的通信模式，利用每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)唯一且不可更改的ID號(hào)的特性，將ID號(hào)作為每個(gè)收發(fā)數(shù)據(jù)包的一個(gè)字段，用于標(biāo)識(shí)發(fā)出或接收數(shù)據(jù)包的傳感器節(jié)點(diǎn)；b、在每個(gè)網(wǎng)關(guān)中存放一張ID號(hào)列表，使網(wǎng)關(guān)事先知道與該網(wǎng)關(guān)通信的每個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)，同時(shí)建立ID號(hào)與順序號(hào)SN之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；c、使每個(gè)傳感器網(wǎng)關(guān)占用一個(gè)無(wú)線頻道，相鄰安裝使用的傳感器網(wǎng)關(guān)工作于不同的無(wú)線頻道；d、傳感器節(jié)點(diǎn)注冊(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)加電后先工作于注冊(cè)狀態(tài)，每隔一定時(shí)間自動(dòng)向外發(fā)送一次包括自身ID號(hào)的注冊(cè)請(qǐng)求信號(hào)，發(fā)送信號(hào)的工作頻率依次為整個(gè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)中各網(wǎng)關(guān)的工作頻率；如果傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出的注冊(cè)請(qǐng)求信號(hào)被在某一網(wǎng)關(guān)所接收、而且注冊(cè)請(qǐng)求信號(hào)中的ID號(hào)與該網(wǎng)關(guān)ID號(hào)列表中存儲(chǔ)的某個(gè)ID號(hào)相同，則該網(wǎng)關(guān)回復(fù)含有傳感器節(jié)點(diǎn)ID號(hào)和所對(duì)應(yīng)的順序號(hào)SN的響應(yīng)信號(hào)，如果傳感器節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)回復(fù)的響應(yīng)信號(hào)，則注冊(cè)成功，該網(wǎng)關(guān)即為所述傳感器節(jié)點(diǎn)的注冊(cè)網(wǎng)關(guān)；如果傳感器節(jié)點(diǎn)沒(méi)有收到網(wǎng)關(guān)回復(fù)的響應(yīng)信號(hào)，則進(jìn)入休眠時(shí)段，休眠結(jié)束后再次發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求信號(hào)，如此往復(fù)，直至注冊(cè)成功；e、傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送傳感器節(jié)點(diǎn)注冊(cè)成功后進(jìn)入發(fā)送采集數(shù)據(jù)狀態(tài)，先根據(jù)收到的順序號(hào)SN計(jì)算出其休眠時(shí)間Twait，并進(jìn)入休眠時(shí)段；待休眠結(jié)束后開始采集傳感數(shù)據(jù)，再以注冊(cè)網(wǎng)關(guān)的工作頻率發(fā)送所采集到的數(shù)據(jù)；注冊(cè)網(wǎng)關(guān)在收到傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的包括有ID號(hào)的采集數(shù)據(jù)信號(hào)后回復(fù)響應(yīng)信號(hào)；傳感器節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)的響應(yīng)信號(hào)后，重新計(jì)算Twait，并進(jìn)入休眠時(shí)段，從而完成了一次數(shù)據(jù)采集和發(fā)送工作，此后，傳感器節(jié)點(diǎn)將如此不斷重復(fù)本步驟；f、在傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送階段，如果傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)后，連續(xù)多次未能收到網(wǎng)關(guān)的響應(yīng)信號(hào)，則重新進(jìn)入注冊(cè)狀態(tài)，并按照步驟d再次注冊(cè)。
與每個(gè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行無(wú)線通信的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)理論上沒(méi)有限制，實(shí)際實(shí)施時(shí)受網(wǎng)關(guān)的內(nèi)存容量限制，每個(gè)網(wǎng)關(guān)管理255個(gè)節(jié)點(diǎn)較佳。
所述的休眠時(shí)間Twait的取值為當(dāng)(SN-1)×△t≥Tu時(shí)，Twait＝(SN-1/2)×△t-Tu；否則，Twait＝(Ts-Tu)+(SN-1/2)×△t，其中SN為傳感器節(jié)點(diǎn)ID號(hào)在網(wǎng)關(guān)內(nèi)存中存放的順序號(hào)Ts傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集數(shù)據(jù)的周期Nt為網(wǎng)關(guān)管理的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目Tu為本發(fā)送采集數(shù)據(jù)周期已過(guò)去時(shí)間△t＝Ts÷Nt為網(wǎng)關(guān)分配給每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)送采集數(shù)據(jù)的時(shí)間本發(fā)明的有益效果1、傳感器節(jié)點(diǎn)只在注冊(cè)和上傳數(shù)據(jù)時(shí)主動(dòng)與網(wǎng)關(guān)通信，且用于發(fā)送和接收無(wú)線信號(hào)的時(shí)間極短，使無(wú)線傳感器的耗能很低，保證在采用小型電池供電時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)間隙工作的壽命可達(dá)5年以上。
2、算法的復(fù)雜度很低，便于在低檔單片機(jī)上軟件實(shí)現(xiàn)，有利降低產(chǎn)品成本。
3、無(wú)論是傳感器節(jié)點(diǎn)還是網(wǎng)關(guān)都不連續(xù)發(fā)射無(wú)線信號(hào)，減少了對(duì)環(huán)境的無(wú)線干擾，符合國(guó)家相關(guān)無(wú)線電管理規(guī)則。
4、傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間能夠雙向通信，方便傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的上傳，和隨時(shí)更改傳感器節(jié)點(diǎn)的工作參數(shù)。
5、具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)能力，可以隨時(shí)更換無(wú)線通信的工作頻率。當(dāng)網(wǎng)關(guān)的工作頻率改變后，傳感器節(jié)點(diǎn)能夠適應(yīng)變化，自動(dòng)重新與網(wǎng)關(guān)建立新的通信連接。
6、多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)與同一個(gè)網(wǎng)關(guān)之間的通信碰撞幾率極低，保證了數(shù)據(jù)上傳的成功率，也降低了傳感器節(jié)點(diǎn)功耗。


圖1是本發(fā)明采用的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)的軟件工作流程3是本發(fā)明傳感器網(wǎng)關(guān)的組成框4是本發(fā)明傳感器網(wǎng)關(guān)的通信軟件工作流程圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本發(fā)明的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的通信方法采用了以傳感器節(jié)點(diǎn)為“主Master”、傳感器網(wǎng)關(guān)為“從Slave”的通信聯(lián)絡(luò)方式，而頻道占用采用了頻分復(fù)用FDMA和時(shí)分復(fù)用TDMA相結(jié)合的方式。
(1)由傳感器節(jié)點(diǎn)每隔一定時(shí)間主動(dòng)向外發(fā)送一次信號(hào)，以完成傳感器節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)關(guān)上的注冊(cè)、以及上傳采集數(shù)據(jù)。
(2)傳感器網(wǎng)關(guān)只在接收到傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出的注冊(cè)請(qǐng)求和上傳數(shù)據(jù)后，才發(fā)送必要的響應(yīng)信號(hào)，平時(shí)不主動(dòng)向外發(fā)射任何無(wú)線信號(hào)。
(3)每個(gè)傳感器網(wǎng)關(guān)只占用一個(gè)無(wú)線頻道，在實(shí)際使用時(shí)相鄰安裝的傳感器網(wǎng)關(guān)選擇不同的無(wú)線頻道工作，即同一地區(qū)的多個(gè)網(wǎng)關(guān)采用頻分復(fù)用方式工作。
(4)傳感器節(jié)點(diǎn)有兩種工作狀態(tài)“注冊(cè)狀態(tài)”和“發(fā)送采集數(shù)據(jù)狀態(tài)”。注冊(cè)狀態(tài)用于確定管理該傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)，并獲得節(jié)點(diǎn)必要的工作參數(shù)；發(fā)送采集數(shù)據(jù)狀態(tài)用于每隔一定時(shí)間節(jié)點(diǎn)自動(dòng)采集傳感數(shù)據(jù)一次，再以注冊(cè)網(wǎng)關(guān)相同的工作頻率發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)。
(5)采用時(shí)分復(fù)用TDMA工作方式解決多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)與同一個(gè)網(wǎng)關(guān)通信的沖突問(wèn)題。節(jié)點(diǎn)在注冊(cè)成功后，就確定了其所通信的網(wǎng)關(guān)，同時(shí)獲得節(jié)點(diǎn)在該網(wǎng)關(guān)上的順序號(hào)SN；根據(jù)順序號(hào)SN，節(jié)點(diǎn)計(jì)算出自己的工作時(shí)隙，以后節(jié)點(diǎn)只在自己的時(shí)隙內(nèi)與網(wǎng)關(guān)通信。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的順序號(hào)SN不同，其通信時(shí)隙也就不同，因此相互之間就不會(huì)發(fā)生與網(wǎng)關(guān)同時(shí)通信的沖突問(wèn)題。
本發(fā)明所述的通信方法使用的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在出廠時(shí)應(yīng)被統(tǒng)一分配“身份號(hào)ID”，該ID號(hào)在每次通信時(shí)都作為數(shù)據(jù)包中的一個(gè)字段，用來(lái)識(shí)別空中無(wú)線信號(hào)是哪個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)正在收發(fā)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明所述的通信方法需要事先知道每個(gè)傳感器網(wǎng)關(guān)管理哪些傳感器節(jié)點(diǎn)，而且要求不同網(wǎng)關(guān)管理的節(jié)點(diǎn)不重疊。每個(gè)網(wǎng)關(guān)所管理的全部傳感器節(jié)點(diǎn)ID號(hào)在網(wǎng)關(guān)內(nèi)存中存成一張列表，稱為“節(jié)點(diǎn)ID號(hào)表”，表中ID號(hào)的存放順序用“順序號(hào)SN”表示。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中允許隨時(shí)修改“節(jié)點(diǎn)ID號(hào)表”中的內(nèi)容，以便新增或減少網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例采用的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，該無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)1位于網(wǎng)絡(luò)的最底層，傳感器網(wǎng)關(guān)2處于中間層，傳感器服務(wù)器3處于最高層。以傳感器網(wǎng)關(guān)2為中心，在其周圍的傳感器節(jié)點(diǎn)1通過(guò)該網(wǎng)關(guān)2把采集的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳到傳感器服務(wù)器3。傳感器節(jié)點(diǎn)1與網(wǎng)關(guān)2之間采用無(wú)線方式通信，而網(wǎng)關(guān)2與服務(wù)器3之間一般采用有線方式通信。一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中含有多個(gè)網(wǎng)關(guān)2，每個(gè)網(wǎng)關(guān)2又管理若干個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)1。本實(shí)施例的傳感器節(jié)點(diǎn)1相互之間不發(fā)生數(shù)據(jù)通信，每個(gè)網(wǎng)關(guān)2之間也不互相通信。
本發(fā)明實(shí)施例的傳感器節(jié)點(diǎn)1在出廠時(shí)被統(tǒng)一分配“身份號(hào)ID”，并隨程序一起固化在其EEPROM中，ID號(hào)的長(zhǎng)度為32bits。
本發(fā)明實(shí)施例的傳感器網(wǎng)關(guān)2的工作頻道有5個(gè)，分別為433.1MHz，433.3MHz，433.5MHz，433.7MHz，433.9MHz。每個(gè)網(wǎng)關(guān)事先設(shè)定工作于其中的一個(gè)頻道。
本發(fā)明實(shí)施例的傳感器網(wǎng)關(guān)2每個(gè)最多可管理255個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)1，這些被管理傳感器節(jié)點(diǎn)1的ID號(hào)都存放在網(wǎng)關(guān)2的內(nèi)存中，并按順序編號(hào)，即每個(gè)ID號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)順序號(hào)SN，SN的值為1～255。如果SN為0，表示對(duì)應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)不屬于該網(wǎng)關(guān)管理。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例傳感器節(jié)點(diǎn)1的軟件流程圖。傳感器節(jié)點(diǎn)1有兩種工作狀態(tài)(1)注冊(cè)狀態(tài)傳感器在加電后處于注冊(cè)狀態(tài)。在該狀態(tài)，傳感器節(jié)點(diǎn)每隔30秒向外發(fā)送一次“注冊(cè)數(shù)據(jù)包”，每次發(fā)送“注冊(cè)數(shù)據(jù)包”的工作頻道不同，依次為網(wǎng)關(guān)的5個(gè)工作頻道中的一個(gè)。因此，只要傳感器網(wǎng)關(guān)工作正常，傳感器節(jié)點(diǎn)最多需要30×5＝150秒，就能注冊(cè)成功。
“注冊(cè)數(shù)據(jù)包”的格式如下

在該頻道工作的傳感器網(wǎng)關(guān)在收到傳感器節(jié)點(diǎn)的注冊(cè)數(shù)據(jù)包后，網(wǎng)關(guān)返回如下“通信控制信息包”


如果傳感器節(jié)點(diǎn)能在10ms內(nèi)收到“通信控制信息包”，且包中的“順序號(hào)SN”不為0，則注冊(cè)成功，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送采集數(shù)據(jù)狀態(tài)工作。否則注冊(cè)失敗，傳感器節(jié)點(diǎn)休眠30秒后再次注冊(cè)，如此循環(huán)直到注冊(cè)成功。
(2)發(fā)送采集數(shù)據(jù)狀態(tài)在該狀態(tài)下，傳感器節(jié)點(diǎn)等待Twait時(shí)間后自動(dòng)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一次，再以注冊(cè)網(wǎng)關(guān)相同的工作頻率發(fā)送“采集數(shù)據(jù)包”。網(wǎng)關(guān)在收到節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的“采集數(shù)據(jù)包”后，給節(jié)點(diǎn)返回應(yīng)答信息-“通信控制信息包”；節(jié)點(diǎn)如果能夠收到網(wǎng)關(guān)的應(yīng)答信息，則再次進(jìn)入休眠，等待下次采集和發(fā)送；如果連續(xù)三次未能收到網(wǎng)關(guān)的應(yīng)答信息，則節(jié)點(diǎn)重新進(jìn)入注冊(cè)狀態(tài)。
“采集數(shù)據(jù)包”的格式如下

本發(fā)明實(shí)施例，每次網(wǎng)關(guān)收到傳感器節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)后都返回“通信控制信息包”，其作用一是協(xié)調(diào)各節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的工作時(shí)隙；另一個(gè)是方便通知節(jié)點(diǎn)隨時(shí)修改工作參數(shù)，這些參數(shù)包括采集數(shù)據(jù)時(shí)間間隔Ts、增加或減少網(wǎng)關(guān)管理傳感器的數(shù)目(表現(xiàn)為Nt、SN的改變)。
Twait的計(jì)算方法如下●每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分配到的一段上傳數(shù)據(jù)時(shí)間被稱為時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙的時(shí)間長(zhǎng)度為△t＝Ts÷Nt●順序號(hào)為SN的傳感器節(jié)點(diǎn)分配到的工作時(shí)隙為(SN-1)×△t≤t＜SN×△t●每次收到“通信控制信息包”后，傳感器節(jié)點(diǎn)需要等待Twait后，才能上傳數(shù)據(jù)當(dāng)(SN-1)×△t≥Tu時(shí)，Twait＝(SN-1/2)×△t-Tu；否則，Twait＝(Ts-Tu)+(SN-1/2)×△t。
其中SN為傳感器節(jié)點(diǎn)ID號(hào)在網(wǎng)關(guān)內(nèi)存中存放的順序號(hào)△t為網(wǎng)關(guān)分配給每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的采集發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間Ts為傳感器節(jié)點(diǎn)采集發(fā)送數(shù)據(jù)的周期Nt為網(wǎng)關(guān)管理的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目Tu為本采集發(fā)送數(shù)據(jù)周期已過(guò)去時(shí)間圖3為本發(fā)明實(shí)施例傳感器網(wǎng)關(guān)2的組成框圖。傳感器網(wǎng)關(guān)主要由三部分組成(1)無(wú)線通信模塊2-A，負(fù)責(zé)收發(fā)無(wú)線信號(hào)；(2)通信處理器2-B，它運(yùn)行本發(fā)明通信方法的實(shí)現(xiàn)程序；(3)主控制模塊2-C，負(fù)責(zé)對(duì)上傳采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、并作臨時(shí)存儲(chǔ)；以及通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)與傳感器服務(wù)器3連接，上傳數(shù)據(jù)和接收工作參數(shù)設(shè)定。通信處理器2-B內(nèi)部含有一個(gè)時(shí)隙計(jì)時(shí)器2-B-1，它以計(jì)數(shù)方式工作，初值置為數(shù)據(jù)采集周期Ts，每10ms計(jì)數(shù)器自動(dòng)減1，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0后，再自動(dòng)重新置初值，如此循環(huán)往復(fù)工作。通信處理器2-B內(nèi)存中還建一個(gè)“節(jié)點(diǎn)ID號(hào)表”2-B-2，用于保存本網(wǎng)關(guān)管理的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例傳感器網(wǎng)關(guān)2的通信處理器2-B上工作的軟件流程圖，流程說(shuō)明如下1、從主控制模塊2-C中下載網(wǎng)關(guān)工作參數(shù)，并建立“節(jié)點(diǎn)ID號(hào)表”。下載參數(shù)包括網(wǎng)關(guān)工作頻道CH、傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集周期Ts，網(wǎng)關(guān)管理的節(jié)點(diǎn)數(shù)量Nt和各節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)；2、設(shè)定通信模塊2-A的工作頻道為CH；置時(shí)隙定時(shí)器2-B-1初值為Ts，啟動(dòng)時(shí)隙定時(shí)器2-B-1。
3、置通信模塊2-A于偵聽(tīng)方式，等待接收傳感器節(jié)點(diǎn)1的注冊(cè)請(qǐng)求或上傳數(shù)據(jù)。如果收到節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，則進(jìn)到下一步。
4、把收到數(shù)據(jù)包中的ID號(hào)與“節(jié)點(diǎn)ID號(hào)表”中的各ID號(hào)逐個(gè)比較，得到該傳感器節(jié)點(diǎn)的“順序號(hào)SN”。如果“節(jié)點(diǎn)ID號(hào)表”中沒(méi)有該傳感器節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)，則SN＝0。
5、讀取時(shí)隙定時(shí)器的當(dāng)前值t，計(jì)算本采集周期已使用時(shí)間Tu＝Ts-t。
6、生成“通信控制信息包”，并把“通信控制信息包”發(fā)往傳感器節(jié)點(diǎn)。
7、如果發(fā)送數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)受本網(wǎng)關(guān)管理(SN≠0)，且收到的數(shù)據(jù)包為“采集數(shù)據(jù)包”，則把采集數(shù)據(jù)上傳給主控制模塊2-C。
8、跳轉(zhuǎn)到步驟(3)，一直循環(huán)工作下去。
本發(fā)明所涉及的傳感器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)的硬件電路可參照本發(fā)明實(shí)施例所公開的內(nèi)容、以及相關(guān)技術(shù)文件自行設(shè)計(jì)制造，它對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人而言是不言而喻的。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的通信方法，其特征是a、以傳感器節(jié)點(diǎn)為主Master、傳感器網(wǎng)關(guān)為從Slave的通信模式，利用每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)唯一且不可更改的ID號(hào)的特性，將ID號(hào)作為每個(gè)收發(fā)數(shù)據(jù)包的一個(gè)字段，用于標(biāo)識(shí)發(fā)出或接收數(shù)據(jù)包的傳感器節(jié)點(diǎn)；b、在每個(gè)網(wǎng)關(guān)中存放一張ID號(hào)列表，使網(wǎng)關(guān)事先知道與該網(wǎng)關(guān)通信的每個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)，同時(shí)建立ID號(hào)與順序號(hào)SN之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；c、使每個(gè)傳感器網(wǎng)關(guān)占用一個(gè)無(wú)線頻道，相鄰安裝使用的傳感器網(wǎng)關(guān)工作于不同的無(wú)線頻道；d、傳感器節(jié)點(diǎn)注冊(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)加電后先工作于注冊(cè)狀態(tài)，每隔一定時(shí)間自動(dòng)向外發(fā)送一次包括自身ID號(hào)的注冊(cè)請(qǐng)求信號(hào)，發(fā)送信號(hào)的工作頻率依次為整個(gè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)中各網(wǎng)關(guān)的工作頻率；如果傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出的注冊(cè)請(qǐng)求信號(hào)被在某一網(wǎng)關(guān)所接收、而且注冊(cè)請(qǐng)求信號(hào)中的ID號(hào)與該網(wǎng)關(guān)ID號(hào)列表中存儲(chǔ)的某個(gè)ID號(hào)相同，則該網(wǎng)關(guān)回復(fù)含有傳感器節(jié)點(diǎn)ID號(hào)和所對(duì)應(yīng)的順序號(hào)SN的響應(yīng)信號(hào)，如果傳感器節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)回復(fù)的響應(yīng)信號(hào)，則注冊(cè)成功，該網(wǎng)關(guān)即為所述傳感器節(jié)點(diǎn)的注冊(cè)網(wǎng)關(guān)；如果傳感器節(jié)點(diǎn)沒(méi)有收到網(wǎng)關(guān)回復(fù)的響應(yīng)信號(hào)，則進(jìn)入休眠時(shí)段，休眠結(jié)束后再次發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求信號(hào)，如此往復(fù)，直至注冊(cè)成功；e、傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送傳感器節(jié)點(diǎn)注冊(cè)成功后進(jìn)入發(fā)送采集數(shù)據(jù)狀態(tài)，先根據(jù)收到的順序號(hào)SN計(jì)算出其休眠時(shí)間Twait，并進(jìn)入休眠時(shí)段；待休眠結(jié)束后開始采集傳感數(shù)據(jù)，再以注冊(cè)網(wǎng)關(guān)的工作頻率發(fā)送所采集到的數(shù)據(jù)；注冊(cè)網(wǎng)關(guān)在收到傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的包括有ID號(hào)的采集數(shù)據(jù)信號(hào)后回復(fù)響應(yīng)信號(hào)；傳感器節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)的響應(yīng)信號(hào)后，重新計(jì)算Twait，并進(jìn)入休眠時(shí)段，從而完成了一次數(shù)據(jù)采集和發(fā)送工作，此后，傳感器節(jié)點(diǎn)將如此不斷重復(fù)本步驟；f、在傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送階段，如果傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)后，連續(xù)多次未能收到網(wǎng)關(guān)的響應(yīng)信號(hào)，則重新進(jìn)入注冊(cè)狀態(tài)，并按照步驟d再次注冊(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的通信方法，其特征是與每個(gè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行無(wú)線通信的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)理論上沒(méi)有限制，實(shí)際實(shí)施時(shí)受網(wǎng)關(guān)的內(nèi)存容量限制，以每個(gè)網(wǎng)關(guān)管理255個(gè)節(jié)點(diǎn)較佳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的通信方法，其特征是所述的休眠時(shí)間Twait的取值為當(dāng)(SN-1)×Δt≥Tu時(shí)，Twait＝(SN-1/2)×Δt-Tu；否則，Twait＝(Ts-Tu)+(SN-1/2)×Δt，其中SN為傳感器節(jié)點(diǎn)ID號(hào)在網(wǎng)關(guān)內(nèi)存中存放的順序號(hào)，Ts為傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集數(shù)據(jù)的周期，Nt為網(wǎng)關(guān)管理的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目，Tu為本發(fā)送采集數(shù)據(jù)周期已過(guò)去時(shí)間，Δt＝Ts÷Nt為網(wǎng)關(guān)分配給每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)送采集數(shù)據(jù)的時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)目前的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)需要專用芯片或高性能處理器才能實(shí)現(xiàn)、且偵測(cè)與發(fā)射時(shí)間長(zhǎng)、功耗大，不利于采用電池供電等問(wèn)題，公開了一種新的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的通信方法，它利用每個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的特性，采用了以傳感器節(jié)點(diǎn)為“主Master”、傳感器網(wǎng)關(guān)為“從Slave”的通信聯(lián)絡(luò)方式；每個(gè)傳感器網(wǎng)關(guān)占用一個(gè)無(wú)線頻道；每個(gè)傳感器網(wǎng)關(guān)中保存所有被管理傳感器節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的順序號(hào)SN；傳感器節(jié)點(diǎn)先通過(guò)注冊(cè)與網(wǎng)關(guān)建立連接和獲取工作頻率、采集周期等運(yùn)行參數(shù)，再進(jìn)入“發(fā)送采集數(shù)據(jù)”狀態(tài)按工作時(shí)隙采集、發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。具有算法簡(jiǎn)單、便于在較低性能的單片機(jī)上使用以及多節(jié)點(diǎn)通信碰撞幾率低、對(duì)環(huán)境無(wú)線輻射干擾小，并能延長(zhǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的工作壽命等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK1845520SQ200610038668
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者張華 申請(qǐng)人:南京澳帝姆科技有限公司