無線傳感器多跳網(wǎng)絡(luò)鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鏈路休眠方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線傳感器多跳網(wǎng)絡(luò)鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鏈路休眠方法，屬于無線通信領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]無線鏈狀通信系統(tǒng)針對(duì)通信區(qū)域呈鏈狀拓?fù)涞膸顟?yīng)用場(chǎng)景而設(shè)計(jì)，在猶如防風(fēng)阻沙林、海岸沙灘、邊防周界等需要帶狀覆蓋的應(yīng)用場(chǎng)景下有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，目前有著廣泛的市場(chǎng)需求。
[0003]當(dāng)鏈路由于沒有業(yè)務(wù)需求發(fā)生而進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，按照一定規(guī)則推遲鏈路中位于主控節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠的周期，這樣可以解決在鏈路中某一局部區(qū)域在短時(shí)間內(nèi)頻繁發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸而頻繁喚醒鏈路的問題。
[0004]現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議在鏈路休眠機(jī)制上均無法很好的解決無線多跳鏈狀拓?fù)湎到y(tǒng)的鏈路快速喚醒的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種無線傳感器多跳網(wǎng)絡(luò)鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鏈路休眠方法，該方法適用于鏈路中某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸后，在較短時(shí)間內(nèi)其前后若干鄰居節(jié)點(diǎn)包括其本身中某個(gè)節(jié)點(diǎn)又發(fā)生了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸而重新喚醒鏈路較慢的問題，能夠在一定條件下達(dá)到快速喚醒的目的。
[0006]假設(shè)鏈路中第K個(gè)節(jié)點(diǎn)在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，處于該節(jié)點(diǎn)前面的所有節(jié)點(diǎn)都處于工作狀態(tài)，該節(jié)點(diǎn)后的所有節(jié)點(diǎn)都處于周期性的休眠喚醒狀態(tài)；節(jié)點(diǎn)固有的休眠延遲時(shí)間為T2，即節(jié)點(diǎn)在時(shí)間段T2內(nèi)沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸則進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)；當(dāng)?shù)贙個(gè)節(jié)點(diǎn)完成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，使該節(jié)點(diǎn)及其前向K/i取整個(gè)節(jié)點(diǎn)延遲時(shí)間段T3再進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)；其他節(jié)點(diǎn)按照正常情況進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)；其中i和T3為預(yù)先設(shè)置，具體根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)情況測(cè)試得到，1〈= i <=k，0〈= T3〈=1000*T2。
[0007]當(dāng)?shù)贙個(gè)節(jié)點(diǎn)完成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，還可以同時(shí)喚醒該節(jié)點(diǎn)后向K/i取整個(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0008]鏈路的喚醒過程是由位于節(jié)點(diǎn)根部的中央控制節(jié)點(diǎn)來發(fā)起，由中央控制節(jié)點(diǎn)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)向第一個(gè)節(jié)點(diǎn)一直發(fā)送喚醒包，節(jié)點(diǎn)被喚醒后，會(huì)向其后的節(jié)點(diǎn)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)發(fā)送喚醒包，依次類推，直到發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)被喚醒。
[0009]發(fā)送喚醒包的時(shí)間大于節(jié)點(diǎn)的休眠周期，所述休眠周期是指周期性的休眠喚醒狀態(tài)中一次休眠加喚醒的時(shí)間。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明所述方法定義出一種適用于無線多跳鏈狀系統(tǒng)的鏈路休眠機(jī)制，該機(jī)制可以使得在鏈路中某一局部區(qū)域短時(shí)間內(nèi)頻繁發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，能達(dá)到快速喚醒鏈路的目的，從而提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。
【附圖說明】
[0011]圖1是鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是鏈路分段示意圖。
[0013]圖3是休眠喚醒時(shí)隙示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。
[0015]本發(fā)明提出了一種推遲發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)及其前、后向(前向指該節(jié)點(diǎn)到中央控制節(jié)點(diǎn)的方向，后向是該節(jié)點(diǎn)到尾節(jié)點(diǎn)的方向)若干鄰居節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳輸完成時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)的機(jī)制。當(dāng)上述節(jié)點(diǎn)在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸完成后要進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)其工作時(shí)間，這樣若在短時(shí)間內(nèi)下次發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)落在上述節(jié)點(diǎn)內(nèi)，能夠達(dá)到快速喚醒的目的。
[0016]鏈路中某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是由中央控制節(jié)點(diǎn)(一條鏈路上只有一個(gè)，位于鏈路最前端)來觸發(fā)，其工作方式為半雙工，鏈路上的所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的發(fā)起都是從中央控制節(jié)點(diǎn)開始的。
[0017]所述的節(jié)點(diǎn)本身在空閑時(shí)會(huì)進(jìn)入周期性的休眠喚醒狀態(tài)。其一個(gè)休眠周期包括休眠和喚醒兩個(gè)部分，分別占有一定的比例，一般來說，休眠部分的占空比大于喚醒部分的占空比，這里假設(shè)休眠周期設(shè)為T。
[0018]假設(shè)鏈路中第K個(gè)節(jié)點(diǎn)(稱為節(jié)點(diǎn)K)在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，此時(shí)處于該節(jié)點(diǎn)前面(包括該節(jié)點(diǎn))的所有節(jié)點(diǎn)都是處于工作狀態(tài)的，其后的所有節(jié)點(diǎn)都是處于周期性的休眠喚醒狀態(tài)的。假設(shè)節(jié)點(diǎn)K在Tl時(shí)刻完成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，所有節(jié)點(diǎn)本身由于在一定時(shí)間段T2內(nèi)沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸而需進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)。
[0019]此時(shí)，我們的休眠策略是不讓所有的工作節(jié)點(diǎn)進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)，而是讓發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)其前向若干節(jié)點(diǎn)假設(shè)為K/i取整(其中1〈= i <=k)個(gè)節(jié)點(diǎn)(可按一定比例)延遲一定時(shí)間段T3(T3范圍是0〈= Τ3〈=1000*Τ2)再進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)，同時(shí)喚醒其后的若干節(jié)點(diǎn)(主要考慮最近要喚醒的節(jié)點(diǎn)可能是其后的鄰居節(jié)點(diǎn))。然后其他節(jié)點(diǎn)按照正常情況進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)。
[0020]這樣若在限定時(shí)間段Τ2+Τ3內(nèi)，下次發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)落在上述處于工作節(jié)點(diǎn)的范圍(K-K/i~ K+K/i)內(nèi)，那么喚醒鏈路時(shí)，只需喚醒該區(qū)域之前的κ-κ/1-l個(gè)節(jié)點(diǎn)即可，處在該區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)無需喚醒，這樣能夠達(dá)到快速喚醒鏈路的目的。
[0021]若在限定時(shí)間段T2+T3內(nèi)，沒有發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)或者發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)不在該區(qū)域內(nèi)(這里考慮范圍為K+K/i沒有超過最大節(jié)點(diǎn)數(shù))，那么該區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)只需按正常情況進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)即可。
[0022]鏈路喚醒過程是由位于節(jié)點(diǎn)根部的中央控制節(jié)點(diǎn)來發(fā)起，由中央控制節(jié)點(diǎn)在一定時(shí)間內(nèi)向第一個(gè)節(jié)點(diǎn)一直發(fā)送喚醒包，節(jié)點(diǎn)被喚醒后，會(huì)向其后的節(jié)點(diǎn)在一定內(nèi)發(fā)送喚醒包，依次類推，直到發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)被喚醒。
[0023]本發(fā)明的初始條件是所有節(jié)點(diǎn)都是處于周期性的休眠喚醒狀態(tài)，即整條鏈路是處于休眠狀態(tài)的。在節(jié)點(diǎn)進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，節(jié)點(diǎn)本身需一直處在工作狀態(tài)，不能進(jìn)行周期性的休眠喚醒，即鏈路是需要先喚醒的。
[0024]本發(fā)明所述的快速喚醒是在發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)在短時(shí)間內(nèi)落在了某一局部區(qū)域時(shí)，針對(duì)于其他情況，本發(fā)明的喚醒效率沒有提高。
[0025]圖1所示的是鏈狀多跳網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本發(fā)明將以鏈狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說明，但并不局限于此。在鏈狀網(wǎng)絡(luò)中，全部的通信節(jié)點(diǎn)成一條或者多條鏈路。在網(wǎng)絡(luò)中存在著一個(gè)中央控制節(jié)點(diǎn)，定義其所在位置為網(wǎng)絡(luò)的根部。定義從中央控制節(jié)點(diǎn)到葉子節(jié)點(diǎn)的通信方向?yàn)橄滦蟹较颍瑥娜~子節(jié)點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)的通信方向?yàn)樯闲蟹较?。針?duì)于某個(gè)普通節(jié)點(diǎn)來說，在拓?fù)浞较蛏峡拷W(wǎng)絡(luò)根部的節(jié)點(diǎn)稱為其前向節(jié)點(diǎn)；遠(yuǎn)離網(wǎng)絡(luò)根部的節(jié)點(diǎn)稱為其后向節(jié)點(diǎn)。例如，對(duì)于節(jié)點(diǎn)2來說，節(jié)點(diǎn)I處于靠近網(wǎng)絡(luò)根部的方向上，稱為節(jié)點(diǎn)2的前向節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)3處于遠(yuǎn)離網(wǎng)絡(luò)根部的方向上，稱為節(jié)點(diǎn)2的后向節(jié)點(diǎn)。
[0026]本實(shí)施例中，將以一條鏈路上節(jié)點(diǎn)間通信時(shí)的鏈路休眠機(jī)制為例進(jìn)行展開說明。但本發(fā)明所適用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并不局限于此，所適用的節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于2即可。
[0027]圖2描述了在鏈路上具有m個(gè)節(jié)點(diǎn)。初始時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)的休眠周期一致且所有節(jié)點(diǎn)開始都處于周期性休眠狀態(tài)。假設(shè)中央控制節(jié)點(diǎn)本次與節(jié)點(diǎn)K發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，那么中央控制節(jié)點(diǎn)會(huì)首先喚醒其與節(jié)點(diǎn)K之間的鏈路。
[0028]喚醒過程為中央控制節(jié)點(diǎn)首先向節(jié)點(diǎn)I在一定時(shí)間段P內(nèi)一直發(fā)送喚醒包，其中P是大于節(jié)點(diǎn)的一個(gè)休眠周期T的，這樣可以保證節(jié)點(diǎn)I在一個(gè)休眠周期的喚醒狀態(tài)時(shí)肯定能收到喚醒包。在節(jié)點(diǎn)I被喚醒后，其會(huì)向節(jié)點(diǎn)2按上述過程發(fā)送喚醒包，以此類推，直到喚醒節(jié)點(diǎn)K。
[0029]節(jié)點(diǎn)K被喚醒后會(huì)向中央控制節(jié)點(diǎn)回送一個(gè)被喚醒的消息，然后中央控制節(jié)點(diǎn)會(huì)向節(jié)點(diǎn)K發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南?。假設(shè)在Tl時(shí)刻節(jié)點(diǎn)K數(shù)據(jù)傳輸完成，在經(jīng)過一定空閑時(shí)間T2后，所有節(jié)點(diǎn)本來應(yīng)該進(jìn)入周期性的休眠喚醒狀態(tài)，此時(shí)，我們推遲節(jié)點(diǎn)K以及其前向第(K-K/i)~ K之間的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，推遲時(shí)間為T3。而同時(shí)喚醒其后的第K~ (Κ+Κ/
i)節(jié)點(diǎn)(這里考慮K+K/i不超過最大節(jié)點(diǎn)數(shù))，這樣在節(jié)點(diǎn)K-K/i~ K+K/i這段區(qū)域的所有節(jié)點(diǎn)都處于工作狀態(tài)，而其他所有節(jié)點(diǎn)都處于周期性休眠喚醒狀態(tài)。
[0030]在節(jié)點(diǎn)K完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸后，在限定時(shí)間段T2+T3內(nèi)，若發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)在K-K/i~ K+K/i范圍內(nèi)，那么我們只需要喚醒前κ-κ/1-l個(gè)節(jié)點(diǎn)即可，這樣可以達(dá)到快速喚醒鏈路的目的。若發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)不在上述范圍內(nèi)或者在限定時(shí)間段T2+T3內(nèi)沒有發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，那么上述范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)即可。
[0031]本發(fā)明中，為表述清晰，區(qū)域的劃分按照?qǐng)D二的劃分情況來表示，但鏈路延遲休眠節(jié)點(diǎn)區(qū)域的的具體劃分形式并不局限于本文所述的實(shí)例。
[0032]圖3描述了節(jié)點(diǎn)的喚醒休眠占空比的情況，以及喚醒過程中其前向鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)喚醒包的情況，為保證其能夠收到喚醒包，我們發(fā)送喚醒包的最小喚醒時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)該長(zhǎng)于節(jié)點(diǎn)本身的休眠周期。
[0033]所述的休眠周期包括休眠和喚醒兩部分，節(jié)點(diǎn)只有在處于喚醒狀態(tài)時(shí)才能接收到喚醒包，在節(jié)點(diǎn)完全醒來之前，可能會(huì)收到多個(gè)喚醒包，當(dāng)節(jié)點(diǎn)醒來時(shí)，便向其前向節(jié)點(diǎn)回送一個(gè)已經(jīng)醒來的消息。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.無線傳感器多跳網(wǎng)絡(luò)鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鏈路休眠方法，其特征是:當(dāng)鏈路中第K個(gè)節(jié)點(diǎn)在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，處于該節(jié)點(diǎn)前面的所有節(jié)點(diǎn)都處于工作狀態(tài)，該節(jié)點(diǎn)后的所有節(jié)點(diǎn)都處于周期性的休眠喚醒狀態(tài)；節(jié)點(diǎn)固有的休眠延遲時(shí)間為T2，即節(jié)點(diǎn)在時(shí)間段T2內(nèi)沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸則進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)； 當(dāng)?shù)贙個(gè)節(jié)點(diǎn)完成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，使該節(jié)點(diǎn)及其前向K/i取整個(gè)節(jié)點(diǎn)延遲時(shí)間段T3再進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)；其他節(jié)點(diǎn)按照正常情況進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)；其中K= i <=k0
2.如權(quán)利要求1所述的無線傳感器多跳網(wǎng)絡(luò)鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鏈路休眠方法，其特征是，0〈= T3〈=1000*T2。
3.如權(quán)利要求1所述的無線傳感器多跳網(wǎng)絡(luò)鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鏈路休眠方法，其特征是，當(dāng)?shù)贙個(gè)節(jié)點(diǎn)完成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)喚醒該節(jié)點(diǎn)后向K/i取整個(gè)節(jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的無線傳感器多跳網(wǎng)絡(luò)鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鏈路休眠方法，其特征是，鏈路的喚醒過程是由位于節(jié)點(diǎn)根部的中央控制節(jié)點(diǎn)來發(fā)起，由中央控制節(jié)點(diǎn)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)向第一個(gè)節(jié)點(diǎn)一直發(fā)送喚醒包，節(jié)點(diǎn)被喚醒后，會(huì)向其后的節(jié)點(diǎn)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)發(fā)送喚醒包，依次類推，直到發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)被喚醒。
5.如權(quán)利要求4所述的無線傳感器多跳網(wǎng)絡(luò)鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鏈路休眠方法，其特征是，發(fā)送喚醒包的時(shí)間大于節(jié)點(diǎn)的休眠周期，所述休眠周期是指周期性的休眠喚醒狀態(tài)中一次休眠加喚醒的時(shí)間。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種無線傳感器多跳網(wǎng)絡(luò)鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鏈路休眠方法，假設(shè)鏈路中第K個(gè)節(jié)點(diǎn)在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，處于該節(jié)點(diǎn)前面的所有節(jié)點(diǎn)都處于工作狀態(tài)，該節(jié)點(diǎn)后的所有節(jié)點(diǎn)都處于周期性的休眠喚醒狀態(tài)；節(jié)點(diǎn)固有的休眠延遲時(shí)間為T2，即節(jié)點(diǎn)在時(shí)間段T2內(nèi)沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸則進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)；當(dāng)?shù)贙個(gè)節(jié)點(diǎn)完成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，使該節(jié)點(diǎn)及其前向K/i取整個(gè)節(jié)點(diǎn)延遲時(shí)間段T3再進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)；其他節(jié)點(diǎn)按照正常情況進(jìn)入周期性休眠喚醒狀態(tài)；其中1≤i≤k。本發(fā)明可以使得在鏈路中某一局部區(qū)域短時(shí)間內(nèi)頻繁發(fā)生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，能達(dá)到快速喚醒鏈路的目的，從而提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。
【IPC分類】H04W52-02
【公開號(hào)】CN104684057
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510122208
【發(fā)明人】王兆桐, 董晉
【申請(qǐng)人】江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月19日