本發(fā)明涉及一種適應(yīng)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議時鐘系統(tǒng)，屬于時鐘同步技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是一個分布式系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)通過無線方式通信。IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)描述了低速率無線個人局域網(wǎng)的物理層和媒體接入控制，工作在868/915M、2.4GHz的ISM頻段上，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)250kbps。其低功耗、低成本的優(yōu)點(diǎn)使它在很多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。IEEE802.15.4協(xié)議的實施是建立在一套嚴(yán)密的時鐘序列基礎(chǔ)之上的，比如信道掃描和信道接入都有嚴(yán)格的時鐘要求。協(xié)調(diào)器在建立網(wǎng)絡(luò)時要進(jìn)行信道掃描，節(jié)點(diǎn)在加入網(wǎng)絡(luò)時也要進(jìn)行信道掃描，掃描時間是以Symbols為單位計時的；當(dāng)使用CSMA-CA機(jī)制進(jìn)行媒體接入時，IEEE802.15.4協(xié)議使用退避周期為單位進(jìn)行計時；當(dāng)采用TDMA時分機(jī)制進(jìn)行媒體接入時，IEEE802.15.4協(xié)議使用SoC時間戳進(jìn)行時鐘同步。由此可見，IEEE802.15.4協(xié)議進(jìn)行不同的處理，需要不同的計時單位，這必將給學(xué)習(xí)者和開發(fā)者帶來不便。

目前市場上現(xiàn)有的SoC片上系統(tǒng)都有一個時鐘系統(tǒng)，時鐘系統(tǒng)由時鐘計數(shù)器和溢出計數(shù)器組成，采用循環(huán)流水記賬方式進(jìn)行計時。比如TI公司的CC2530片上系統(tǒng)的時鐘系統(tǒng)有主時鐘計數(shù)器T2和T2溢出計數(shù)器OVF兩個寄存器組成，T2有兩字節(jié)，OVF有三個字節(jié)，T2和OVF計數(shù)器可以設(shè)置各自的循環(huán)計數(shù)周期。一個主時鐘周期，T2累加1，當(dāng)累加到T2的計數(shù)周期時，向OVF計數(shù)器溢出1，再從0開始計數(shù)；當(dāng)OVF計數(shù)到OVF的計數(shù)周期時產(chǎn)生溢出，OVF清零。顯然，這樣的時鐘系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)雜的時鐘換算，才能應(yīng)用于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的計時需求。這種計時時間的換算不僅使得應(yīng)用程序的復(fù)雜度增加，而且勢必造 成能量的多余消耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適應(yīng)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議時鐘系統(tǒng)，以解決目前IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)時鐘系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)雜的時鐘換算導(dǎo)致能量多余消耗的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供了一種適應(yīng)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議時鐘系統(tǒng)，該協(xié)議時鐘系統(tǒng)包括主時鐘計數(shù)器、退避周期計數(shù)器和時隙計數(shù)器；所述的主時鐘計數(shù)器用于對主時鐘計數(shù)，當(dāng)主時鐘計數(shù)器計數(shù)值所對應(yīng)的時間達(dá)到一個退避周期時，向退避周期計數(shù)器進(jìn)1，主時鐘計數(shù)器清零重新計數(shù)；所述的退避周期計數(shù)器用于對退避周期進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)退避周期計數(shù)器計數(shù)值所對應(yīng)的時間達(dá)到一個TDMA時隙時向時隙計數(shù)器進(jìn)1，退避周期計數(shù)器清零并重新計數(shù)；所述時隙計數(shù)器用于為對TDMA時隙進(jìn)行計數(shù)，時隙計數(shù)器的每一個數(shù)值對應(yīng)一個節(jié)點(diǎn)，當(dāng)時隙計數(shù)器計數(shù)值所對應(yīng)的時間達(dá)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的采樣周期時，時隙計數(shù)器清零開始下一輪計時。

當(dāng)IEEE 802.15.4協(xié)議進(jìn)行信道掃描時，其掃描時間為退避周期計數(shù)器內(nèi)的數(shù)值。

當(dāng)IEEE 802.15.4協(xié)議采用CSMA-CA機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，采用退避周期計數(shù)器的計數(shù)值來控制CSMA-CA機(jī)制的延遲計時。

當(dāng)IEEE 802.15.4協(xié)議采用TDMA機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，將時隙計數(shù)器的每一個數(shù)值對應(yīng)一個終端節(jié)點(diǎn)，根據(jù)時隙計數(shù)器內(nèi)的計數(shù)值控制對應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)在自己的時隙內(nèi)與匯聚節(jié)點(diǎn)通訊，使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)按順序使用通訊信道，以避免通訊信道上數(shù)據(jù)沖突。

當(dāng)IEEE 802.15.4協(xié)議采用TDMA機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，所有節(jié)點(diǎn)的協(xié)議時鐘系統(tǒng)各個計數(shù)器的數(shù)值相同，并具有相同主時鐘計數(shù)器周期、相同的退避周期 計數(shù)器周期、相同的時隙計數(shù)器周期以及相同的主時鐘頻率。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)k加入網(wǎng)絡(luò)后，節(jié)點(diǎn)k以匯聚節(jié)點(diǎn)的時間戳調(diào)整自身協(xié)議時鐘后，判斷當(dāng)前協(xié)議時鐘系統(tǒng)中時隙計數(shù)器數(shù)值所對應(yīng)的時間是否是自己的采樣時隙開始邊緣，若是，則進(jìn)行采樣并將采樣數(shù)據(jù)發(fā)往匯聚節(jié)點(diǎn)；若不是，則該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入首次休眠，直到協(xié)議時鐘系統(tǒng)中時隙計數(shù)器數(shù)值所對應(yīng)的時間為自己的采樣時隙開始邊緣喚醒。

節(jié)點(diǎn)的首次休眠時間t_FirstSleep為：

其中t_Start為節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的時隙的開始邊緣，t_Join為節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的時間，T_Cycle為網(wǎng)絡(luò)的采樣周期。

節(jié)點(diǎn)首次采樣并成功傳送數(shù)據(jù)后，進(jìn)入正常的按輪采樣數(shù)據(jù)，即節(jié)點(diǎn)的喚醒按照協(xié)議時鐘系統(tǒng)中時隙計數(shù)器的計數(shù)值進(jìn)行控制，當(dāng)時隙計數(shù)器的計數(shù)值為該節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)數(shù)值時，喚醒該節(jié)點(diǎn)完成環(huán)境采樣并傳輸數(shù)據(jù)。

節(jié)點(diǎn)從休眠狀態(tài)喚醒后需進(jìn)行協(xié)議時鐘調(diào)整，各個計數(shù)器調(diào)整結(jié)果如下：

T_Clock＝(C+N_CS)mod P_C

T_BackOff＝(BO_tick+N_BS)mod P_Bak

T_Slot＝(ST_tick+N_SS)mod P_Slot

${\mathrm{BO}}_{tick}=Int\left(\frac{C+N_{CS}}{P_C}\right)$

${\mathrm{ST}}_{tick}=Int\left(\frac{{\mathrm{BO}}_{tick}+N_{BS}}{P_{Bak}}\right)$

其中，T_Clock為主時鐘計數(shù)器，T_BackOff為退避周期計數(shù)器，T_Slot為時隙計數(shù)器； C為節(jié)點(diǎn)休眠期間32K時鐘換算成32M時鐘對應(yīng)的ticks數(shù)；N_CS、N_BS和N_SS分別為休眠前T_Clock、T_BackOff和T_Slot中的值；P_C、P_Bak和P_Slot分別為主時鐘計數(shù)器周期、退避周期計數(shù)器和時隙計數(shù)器的計數(shù)周期。

本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的協(xié)議時鐘系統(tǒng)包括主時鐘計數(shù)器、退避周期計數(shù)器和時隙計數(shù)器；主時鐘計數(shù)器用于對主時鐘計數(shù)，當(dāng)主時鐘計數(shù)器計數(shù)值所對應(yīng)的時間達(dá)到一個退避周期時，向退避周期計數(shù)器進(jìn)1，主時鐘計數(shù)器清零重新計數(shù)；退避周期計數(shù)器用于對退避周期進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)退避周期計數(shù)器計數(shù)值所對應(yīng)的時間達(dá)到一個TDMA時隙時向時隙計數(shù)器進(jìn)1，退避周期計數(shù)器清零并重新計數(shù)；時隙計數(shù)器的每一個數(shù)值對應(yīng)一個節(jié)點(diǎn)，當(dāng)時隙計數(shù)器計數(shù)值所對應(yīng)的時間達(dá)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的采樣周期時，時隙計數(shù)器清零開始下一輪計時。本發(fā)明的時鐘系統(tǒng)能夠適應(yīng)IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，無論是在信道掃描、CSMA-CA機(jī)制接入媒體還是TDMA機(jī)制接入媒體時，均能直接使用該時鐘系統(tǒng)進(jìn)行計時，無需通過復(fù)雜的換算，從而降低了開發(fā)程序的復(fù)雜度，并進(jìn)一步降低了的系統(tǒng)能耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明802.15.4協(xié)議時鐘系統(tǒng)的原理圖；

圖2是CSMA-CA算法流程圖；

圖3是星型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時鐘同步過程圖；

圖4是節(jié)點(diǎn)首次休眠時間t_FirstSleep示意圖；

圖5是節(jié)點(diǎn)在正常數(shù)據(jù)采集中喚醒和休眠時間示意圖；

圖6是CC2530SoC的時鐘調(diào)整算法原理圖；

圖7是采樣周期為1分鐘采樣時隙為1秒的協(xié)議時鐘示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進(jìn)一步的說明。

為了滿足IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的各種時鐘計時要求，包括設(shè)備進(jìn)行信道掃描計 時、競爭訪問媒體計時以及時分多址(TDMA)訪問媒體計時，本發(fā)明提供了一種適應(yīng)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議時鐘系統(tǒng)，該協(xié)議時鐘系統(tǒng)包括主時鐘計數(shù)器、退避周期計數(shù)器和時隙計數(shù)器三部分，用T表示，該協(xié)議時鐘系統(tǒng)的格式可表示為：

T＝T_Slot:T_BackOff:T_Clock

其中，T_Clock為主時鐘計數(shù)器，802.15.4協(xié)議規(guī)定主時鐘為32mHz/s，即T_Clock＝1/32us；T_BackOff為退避周期計數(shù)器，802.15.4協(xié)議規(guī)定一個退避周期為320us，即T_BackOff＝320÷1/32＝10240(T_Clock)；T_Slot為時隙計數(shù)器，在TDMA機(jī)制里，一個設(shè)備對應(yīng)一個時隙，一個時隙有若干個退避周期構(gòu)成，即T_Slot＝k·T_BackOff，k為在具體應(yīng)用中用戶規(guī)定的一個整數(shù)，其數(shù)值大小決定了T_Slot的大小，T_Slot大小必須滿足節(jié)點(diǎn)能夠在1個T_Slot內(nèi)完成環(huán)境數(shù)據(jù)采樣。

當(dāng)T_Clock計數(shù)器計數(shù)到10240時，向計數(shù)器T_BackOff進(jìn)1，T_Clock計數(shù)清零后重新計數(shù)；當(dāng)T_BackOff計數(shù)器計數(shù)到k時，向T_Slot計數(shù)器進(jìn)1，T_BackOff計數(shù)器清零后重新計數(shù)；當(dāng)T_Slot計數(shù)器計數(shù)到某個數(shù)值N時，T_Slot計數(shù)器清零，開始下一輪計時，數(shù)值N所對應(yīng)的時間為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的采樣周期，用T_cycle表示，即

T_cycle＝N·T_Slot

網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)每隔T_cycle周期向匯聚節(jié)點(diǎn)傳送一次數(shù)據(jù)，協(xié)議時鐘系統(tǒng)可采用圖1表示，從中可以看出，本發(fā)明的協(xié)議時鐘系統(tǒng)包含有N個時隙。在星型網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)使用TDMA機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)分配一個時隙T_Slot，節(jié)點(diǎn)在自己的時隙內(nèi)喚醒采樣并傳輸數(shù)據(jù)，在非自己的時隙內(nèi)處于低功耗休眠狀態(tài)，因此，在該星型網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)數(shù)不能超過N。

本發(fā)明適應(yīng)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議時鐘系統(tǒng)能夠為信道掃描提供計時，為 CSMA-CA機(jī)制提供退避周期，為TDMA機(jī)制提供采樣時隙。

1.為信道掃描提供計時

IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義了四種信道掃描方式，ED信道掃描(ED Scan)、主動信道掃描(Active Scan)、被動信道掃描(Passive Scan)和孤立信道掃描(Orphan Scan)。IEEE 802.15.4協(xié)議規(guī)定ED信道掃描、主動信道掃描和被動信道掃描的掃描時間為aBaseSuperframeDuration*(2ⁿ+1)symbols，其中aBaseSuperframeDuration＝aBaseSlotDuration*aNumSuperframeSlots＝60*16＝960sy mbols，Symbols＝16us＝16/320T_BackOff，因此ED信道掃描、主動信道掃描和被動信道掃描的掃描時間為：

48*(2ⁿ+1)T_BackOff

其中n＝0、1、2、…、14，在實際應(yīng)用中，ED信道掃描、主動信道掃描和被動信道掃描的掃描時間可以通過協(xié)議時鐘系統(tǒng)的T_BackOff計數(shù)器內(nèi)的數(shù)值獲得。

802.15.4協(xié)議規(guī)定孤立信道掃描的掃描時間為aResponseWaitTime symbols。

aResponseWaitTime＝32 aBaseSuperframeDuration＝32*960symbol＝1536T_Backoff

在實際應(yīng)用中，對于孤立信道掃描時，采用協(xié)議時鐘系統(tǒng)中的T_BackOff計數(shù)器對掃描時間進(jìn)行控制。

2.為CSMA-CA提供退避周期

當(dāng)IEEE802.15.4協(xié)議采用CSMA-CA機(jī)制訪問媒體時，節(jié)點(diǎn)在傳送數(shù)據(jù)前，需隨機(jī)延遲若干個退避周期，再檢查信道是否空閑，若空閑，即可訪問信道；若信道忙碌，則隨機(jī)等待若干退避周期后，再次進(jìn)行信道空閑評估，具體的CSMA-CA算法如圖2所示，從中可以看出，無論是信標(biāo)使能的時隙型CSMA-CA，還是信標(biāo)不使能的非時隙CSMA-CA算法，都使用了以退避周期為單位的計時機(jī) 制。因此，可采用本發(fā)明協(xié)議時鐘系統(tǒng)中的退避周期計數(shù)器T_BackOff的計數(shù)值直接控制CSMA-CA算法的延遲計時，在控制CSMA-CA算法的延遲計時時只需統(tǒng)計協(xié)議時鐘系統(tǒng)中退避周期計數(shù)器的計數(shù)值即可。

3.為TDMA提供采樣時隙

TDMA(Time Division Multiple Access)時分多址算法，就是將每一個終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)議時鐘系統(tǒng)上的一個時隙相對應(yīng)，即，一個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)時隙計數(shù)器的一個數(shù)值。終端節(jié)點(diǎn)在自己的時隙內(nèi)與匯聚節(jié)點(diǎn)通訊，使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)按順序使用通訊信道，從而避免了通訊信道上數(shù)據(jù)沖突。TDMA機(jī)制是以網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間時鐘同步為基礎(chǔ)的。每個終端節(jié)點(diǎn)在自己的時隙開始邊緣上喚醒采樣環(huán)境數(shù)據(jù)，并發(fā)往匯聚節(jié)點(diǎn)。一旦數(shù)據(jù)傳輸成功，節(jié)點(diǎn)即進(jìn)入低功耗休眠階段，直到下一個采樣周期喚醒。設(shè)終端節(jié)點(diǎn)k對應(yīng)的時隙計數(shù)器的計數(shù)值k，即，協(xié)議時鐘系統(tǒng)鐘面上第k個時隙。利用TDMA機(jī)制傳輸數(shù)據(jù)時不僅要考慮節(jié)點(diǎn)時鐘同步和節(jié)點(diǎn)的時鐘校對，還要考慮節(jié)點(diǎn)首次休眠和節(jié)點(diǎn)常態(tài)休眠。

1)節(jié)點(diǎn)之間的時鐘系統(tǒng)同步

時鐘系統(tǒng)同步的最終目標(biāo)是使網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的協(xié)議時鐘時間一致，只有網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時鐘同步了，才能保證TDMA機(jī)制有序使用信道。在定期采樣的星型網(wǎng)絡(luò)中，若要使用TDMA機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)議時鐘必須同步。不僅要求在同一時刻，所有節(jié)點(diǎn)的協(xié)議時鐘系統(tǒng)各個計數(shù)器的數(shù)值相同，而且還要求具有相同主時鐘計數(shù)器周期、相同的退避周期計數(shù)器周期、相同的時隙計數(shù)器周期以及相同的主時鐘頻率。

在星型網(wǎng)絡(luò)模型中，因為關(guān)心的是終端節(jié)點(diǎn)之間的時鐘同步。如果將匯聚節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的協(xié)議時鐘系統(tǒng)表示為相同的形式，采用“發(fā)送者-接受者”算法，很容易實現(xiàn)星型網(wǎng)絡(luò)中終端節(jié)點(diǎn)之間的時鐘同步。終端節(jié)點(diǎn)向匯聚節(jié)點(diǎn)請求時間 戳，匯聚節(jié)點(diǎn)收到請求后，將自己的時間戳發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)以此來調(diào)整自己的協(xié)議時鐘系統(tǒng)即可。

設(shè)節(jié)點(diǎn)k發(fā)送時間戳請求，匯聚節(jié)點(diǎn)響應(yīng)時的時間戳為t_0k，節(jié)點(diǎn)k的時間戳為t_k；節(jié)點(diǎn)j發(fā)送時間戳請求，匯聚節(jié)點(diǎn)響應(yīng)時的時間戳為t_0j，節(jié)點(diǎn)j的時間戳為t_j，則：

t_k＝t_0k+t_1k+t_2k+t_3k+t_4k+t_5k+t_6k

t_j＝t_0j+t_1j+t_2j+t_3j+t_4j+t_5j+t_6j

其中：t_1k、t_1j為匯聚節(jié)點(diǎn)響應(yīng)節(jié)點(diǎn)的時間戳請求時，將時間戳放入發(fā)送緩沖區(qū)所用時間；因為匯集節(jié)點(diǎn)處理同一進(jìn)程時間消耗是相同的，所以t_1k＝t_1j；t_2k、t_2j為匯聚節(jié)點(diǎn)響應(yīng)節(jié)點(diǎn)時間戳請求時的等待信道接入時間，匯聚節(jié)點(diǎn)在響應(yīng)時間戳請求時，等到信道空閑并發(fā)送完前導(dǎo)碼后，再將自己的時間戳放入發(fā)送緩沖區(qū)，即t_2k＝t_2j；t_3k、t_3j為時間戳信息幀發(fā)射時間，因為匯聚節(jié)點(diǎn)的發(fā)射速率是固定的，響應(yīng)節(jié)點(diǎn)的幀長度是相同的，所以t_3k＝t_3j；t_4k、t_4j為時間戳信息幀在空中傳播時間，由于星型網(wǎng)絡(luò)區(qū)域很小，信息在空中傳播時延可以忽略，因此t_4k＝t_4j；t_5k、t_5j為節(jié)點(diǎn)接收時間戳所用時間，t_6k、t_6j為節(jié)點(diǎn)將時間戳調(diào)整為協(xié)議時鐘所用時間，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)采用相同的硬件模塊時，忽略硬件固有的性能差異，則t_5k＝t_5j，t_6k＝t_6j。通過以上分析可知：

t_k-t_j＝t_0k-t_0j

說明了星型傳感器網(wǎng)絡(luò)中終端節(jié)點(diǎn)k和j的時間戳與匯聚節(jié)點(diǎn)的時間戳之差是一樣的，也就是說，節(jié)點(diǎn)k和j的協(xié)議時鐘相對于匯聚節(jié)點(diǎn)是同步的，該星型網(wǎng)絡(luò)中終端節(jié)點(diǎn)的時鐘的同步過程如圖3所示。從中可以看出，當(dāng)匯聚節(jié)點(diǎn)的協(xié)議時鐘走到t_0k時刻時，信道空閑，匯聚節(jié)點(diǎn)將自己的時間戳發(fā)送給節(jié)點(diǎn)k，節(jié) 點(diǎn)k以接收的匯聚節(jié)點(diǎn)時間戳調(diào)整自己的協(xié)議時鐘為t_k；當(dāng)匯聚節(jié)點(diǎn)的協(xié)議時鐘走到t_0j時刻時，信道空閑，匯聚節(jié)點(diǎn)將此時的時間戳發(fā)送給節(jié)點(diǎn)j，節(jié)點(diǎn)j以接收的匯聚節(jié)點(diǎn)時間戳調(diào)整自己的協(xié)議時鐘為t_j。

2)節(jié)點(diǎn)首次休眠

當(dāng)節(jié)點(diǎn)k加入網(wǎng)絡(luò)后，發(fā)送時間戳請求，匯聚節(jié)點(diǎn)響應(yīng)時間戳?xí)r告知節(jié)點(diǎn)k所對應(yīng)的采樣時隙，節(jié)點(diǎn)k接收到時間戳后，節(jié)點(diǎn)k以匯聚節(jié)點(diǎn)的時間戳調(diào)整自身協(xié)議時鐘后，判斷當(dāng)前協(xié)議時鐘系統(tǒng)中時隙計數(shù)器數(shù)值所對應(yīng)的時間是否是自己的采樣時隙開始邊緣，若是，則進(jìn)行采樣并將采樣數(shù)據(jù)發(fā)往匯聚節(jié)點(diǎn)；若不是，則該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入首次休眠，直到協(xié)議時鐘系統(tǒng)中時隙計數(shù)器數(shù)值所對應(yīng)的時間為自己的采樣時隙開始邊緣喚醒。節(jié)點(diǎn)的首次休眠時間t_FirstSleep為：

其中t_Start為節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的時隙的開始邊緣，t_Join為節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的時間，T_Cycle為網(wǎng)絡(luò)的采樣周期。本實施例中節(jié)點(diǎn)的首次休眠時間如圖4所示。

3)節(jié)點(diǎn)常規(guī)休眠時間

節(jié)點(diǎn)首次采樣并成功傳送數(shù)據(jù)后，進(jìn)入正常的按輪采樣數(shù)據(jù)，即節(jié)點(diǎn)的喚醒按照協(xié)議時鐘系統(tǒng)中時隙計數(shù)器的計數(shù)值進(jìn)行控制，當(dāng)時隙計數(shù)器的計數(shù)值為該節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)數(shù)值時，喚醒該節(jié)點(diǎn)完成環(huán)境采樣并傳輸數(shù)據(jù)。每次采樣傳輸數(shù)據(jù)之后，進(jìn)入低功耗休眠節(jié)點(diǎn)，直到下一輪采樣開始。節(jié)點(diǎn)k對應(yīng)協(xié)議時鐘的第k個時隙。節(jié)點(diǎn)k完成環(huán)境采樣并成功傳輸完數(shù)據(jù)，所需要的時間用t_Done表示，則節(jié)點(diǎn)k的休眠時間t_Sleep為：

t_Sleep＝T_cycle-t_Done

其中t_Done＜T_Slot，本實施例中，節(jié)點(diǎn)在正常數(shù)據(jù)采集中，喚醒和休眠時間如圖5所示。

4)協(xié)議時鐘系統(tǒng)的調(diào)整

下面以CC2530為例進(jìn)行說明。CC2530節(jié)點(diǎn)在休眠階段，32MHz系統(tǒng)時鐘是停止工作的，32kHz時鐘繼續(xù)運(yùn)行，因此節(jié)點(diǎn)從休眠狀態(tài)喚醒后應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)時鐘調(diào)整，CC2530SoC的時鐘調(diào)整算法如圖6所示。在CC2530系統(tǒng)時鐘調(diào)整的基礎(chǔ)上，設(shè)：N_CS、N_BS和N_SS分別表示節(jié)點(diǎn)休眠前，計數(shù)器T_Clock、T_BackOff和T_Slo終的值；P_C、P_Bak和P_Slot分別表示計數(shù)器T_Clock、T_BackOff和T_Slo的技術(shù)周期；C表示為節(jié)點(diǎn)休眠期間32KHz時鐘換算成32MHz時鐘對應(yīng)的ticks數(shù)。則，節(jié)點(diǎn)喚醒后本發(fā)明協(xié)議時鐘系統(tǒng)中各個計數(shù)器調(diào)整如下：

T_Clock＝(C+N_CS)mod P_C

T_BackOff＝(BO_tick+N_BS)mod P_Bak

T_Slot＝(ST_tick+N_SS)mod P_Slot

${\mathrm{BO}}_{tick}=Int\left(\frac{C+N_{CS}}{P_C}\right)$

${\mathrm{ST}}_{tick}=Int\left(\frac{{\mathrm{BO}}_{tick}+N_{BS}}{P_{Bak}}\right)$

其中，T_Clock為主時鐘計數(shù)器，T_BackOff為退避周期計數(shù)器，T_Slot為時隙計數(shù)器；C為節(jié)點(diǎn)休眠期間32K時鐘換算成32M時鐘對應(yīng)的ticks數(shù)；N_CS、N_BS和N_SS分別為休眠前T_Clock、T_BackOff和T_Slot中的值；P_C、P_Bak和P_Slot分別為主時鐘計數(shù)器周期、退避周期計數(shù)器和時隙計數(shù)器的計數(shù)周期。

本發(fā)明所建立的協(xié)議時鐘的鐘面如圖7所示，可見該協(xié)議時鐘系統(tǒng)能夠適應(yīng)IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，無論是在信道掃描、CSMA-CA機(jī)制接入媒體還是TDMA 機(jī)制接入媒體時，均能直接使用該時鐘系統(tǒng)進(jìn)行計時，無需通過復(fù)雜的換算，從而降低了開發(fā)程序的復(fù)雜度，并進(jìn)一步降低了的系統(tǒng)能耗。