低耗能傳感器節(jié)點睡眠方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低耗能傳感器節(jié)點睡眠方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡是由大量具備感知、傳輸數(shù)據(jù)，處理以及無線傳輸功能的傳感器組成。無線傳感器節(jié)點感知數(shù)據(jù)并以多跳的方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給基站。傳感器通常都是由電池供電，部署在偏遠或者人跡罕至的地方。因此，最小化能量消耗，以便使傳感器網(wǎng)絡的生命周期最大化至關(guān)重要。
[0003]傳感器節(jié)點的功率消耗主要在通信及信息收集方面。一般來說，四個主要的通信狀態(tài)分別為傳輸、接收、監(jiān)聽及睡眠。Matthew指出，81mW、3(MW、3(MW和0.003mW分別為上述四種狀態(tài)的功率水平。顯然，監(jiān)聽時的能源消耗是整個的能量消耗很大的部分。事實上，在特定的環(huán)境中，不必要時刻維持所有節(jié)點清醒地監(jiān)聽。
[0004]然而，現(xiàn)有的睡眠調(diào)度方案并沒有很好的解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，有必要提供一種低耗能傳感器節(jié)點睡眠方法及系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明提供一種低耗能傳感器節(jié)點睡眠方法，該方法包括如下步驟:a.設(shè)定每輪周期、迭代次數(shù)、能量門限值、網(wǎng)絡延時及網(wǎng)絡基本延時；b.從網(wǎng)絡內(nèi)傳感器節(jié)點中選擇休眠節(jié)點、工作節(jié)點；c.確定本輪周期需要正常工作的節(jié)點；d.對于本輪周期需要正常工作的節(jié)點，將感知數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)儲存到其存儲模塊，并喚醒本節(jié)點；e.將所述感知數(shù)據(jù)及所述處理數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，本節(jié)點再次進入休眠狀態(tài)。
[0007]其中，所述能量門限值為維持節(jié)點正常運作的最低能量值；所述網(wǎng)絡延時為網(wǎng)絡傳輸?shù)膶嶋H延時；所述網(wǎng)絡基本延時為網(wǎng)絡延時的最低要求。
[0008]所述的感知數(shù)據(jù)指直接發(fā)給本節(jié)點的數(shù)據(jù)；所述的處理數(shù)據(jù)指由別的節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)。
[0009]所述的步驟c具體包括:比較網(wǎng)絡延時Di與網(wǎng)絡基本延時Dn^求的門限值。如果小于門限值，則增加休眠節(jié)點的數(shù)目，即讓上述選擇的工作節(jié)點中的一部分節(jié)點進入休眠狀態(tài)；反之如果大于門限值，則減少休眠節(jié)點的數(shù)目，即讓上述選擇的休眠節(jié)點中的一部分節(jié)點進入工作狀態(tài)。當節(jié)點剩余能量小于能量門限值D時，該節(jié)點無法維持下一輪節(jié)點的正常能量消耗，則更新該節(jié)點。直到Di ( D1^Wi數(shù)目最小，以確定本輪周期需要正常工作的節(jié)點。
[0010]所述的傳輸模塊為無線收發(fā)天線。
[0011]本發(fā)明提供一種低耗能傳感器節(jié)點睡眠系統(tǒng)，包括設(shè)定模塊、選擇模塊、處理模塊、感知模塊、存儲模塊、睡眠模塊及傳輸模塊，其中:所述設(shè)定模塊用于設(shè)定每輪周期、迭代次數(shù)、能量門限值、網(wǎng)絡延時及網(wǎng)絡基本延時；所述選擇模塊用于從網(wǎng)絡內(nèi)傳感器節(jié)點中選擇休眠節(jié)點、工作節(jié)點；所述處理模塊用于確定本輪周期需要正常工作的節(jié)點；所述感知模塊用于獲取外界的感知數(shù)據(jù)，及當檢測到有下游鏈路發(fā)送過來的處理數(shù)據(jù)即將到達本節(jié)點時，喚醒睡眠模塊，使節(jié)點進入正常工作狀態(tài)；所述存儲模塊用于存儲獲取的感知數(shù)據(jù)及別的節(jié)點傳送過來的處理數(shù)據(jù)；所述傳輸模塊用于在睡眠模塊喚醒后將存儲模塊內(nèi)的所述感知數(shù)據(jù)及所述處理數(shù)據(jù)發(fā)送給后跳鄰居節(jié)點；所述睡眠模塊用于在沒有被所述感知模塊喚醒前使本節(jié)點處于休眠狀態(tài)，在傳輸模塊將所述感知數(shù)據(jù)及所述處理數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，使本節(jié)點再次進入休眠狀態(tài)。
[0012]其中，所述能量門限值為維持節(jié)點正常運作的最低能量值；所述網(wǎng)絡延時為網(wǎng)絡傳輸?shù)膶嶋H延時；所述網(wǎng)絡基本延時為網(wǎng)絡延時的最低要求。
[0013]所述的感知數(shù)據(jù)指直接發(fā)給本節(jié)點的數(shù)據(jù)；所述的處理數(shù)據(jù)指由別的節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)。
[0014]所述的處理模塊具體用于:比較網(wǎng)絡延時Di與網(wǎng)絡基本延時0?1要求的門限值。如果小于門限值，則增加休眠節(jié)點的數(shù)目，即讓上述選擇的工作節(jié)點中的一部分節(jié)點進入休眠狀態(tài)；反之如果大于門限值，則減少休眠節(jié)點的數(shù)目，即讓上述選擇的休眠節(jié)點中的一部分節(jié)點進入工作狀態(tài)。當節(jié)點剩余能量小于能量門限值D時，該節(jié)點無法維持下一輪節(jié)點的正常能量消耗，則更新該節(jié)點。直到Di ( D1^Wi數(shù)目最小，以確定本輪周期需要正常工作的節(jié)點。
[0015]所述的傳輸模塊為無線收發(fā)天線。
[0016]本發(fā)明所提供的低耗能傳感器節(jié)點睡眠方法及系統(tǒng)，在滿足網(wǎng)絡延遲的情況下，維持最少數(shù)目的節(jié)點正常工作，而其他節(jié)點保持睡眠狀態(tài)，從而最大限度的減少整個網(wǎng)絡的能量消耗。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明低耗能傳感器節(jié)點睡眠方法的流程圖；
[0018]圖2為本發(fā)明低耗能傳感器節(jié)點睡眠系統(tǒng)的運行環(huán)境示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0020]本實施例針對一個傳感器節(jié)點進行描述。
[0021]參閱圖1所示，是本發(fā)明低耗能傳感器節(jié)點睡眠方法較佳實施例的作業(yè)流程圖。
[0022]步驟S401，設(shè)定每輪周期為T，迭代次數(shù)為R，能量門限值為D，網(wǎng)絡延時為Di,網(wǎng)絡基本延時為Dm。網(wǎng)絡內(nèi)傳感器節(jié)點的數(shù)目為n，S為休眠節(jié)點Si的集合，W為工作節(jié)點Wi的集合，C為簇頭節(jié)點的集合。其中，所述傳感器節(jié)點由休眠節(jié)點、工作節(jié)點和簇頭節(jié)點組成；所述能量門限值為維持節(jié)點正常運作的最低能量值；所述網(wǎng)絡延時為網(wǎng)絡傳輸?shù)膶嶋H延時；所述網(wǎng)絡基本延時為網(wǎng)絡延時的最低要求。
[0023]步驟S402，從η個網(wǎng)絡內(nèi)傳感器節(jié)點中選擇數(shù)目為η/2的節(jié)點為休眠節(jié)點，其余節(jié)點作為工作節(jié)點。其中，所述休眠節(jié)點從上一輪周期的工作節(jié)點中選取，所述工作節(jié)點從上一輪周期的休眠節(jié)點中選取。
[0024]步驟S403，比較網(wǎng)絡延時Di與網(wǎng)絡基本延時Dn^求的門限值。如果小于門限值，則增加休眠節(jié)點的數(shù)目，即讓上述選擇的工作節(jié)點中的一部分節(jié)點進入休眠狀態(tài)；反之如果大于門限值，則減少休眠節(jié)點的數(shù)目，即讓上述選擇的休眠節(jié)點中的一部分節(jié)點進入工作狀態(tài)。當節(jié)點剩余能量小于能量門限值D時，該節(jié)點無法維持下一輪節(jié)點的正常能量消耗，則更新該節(jié)點。直到Di ( Dffl, Wi數(shù)目最小，以確定本輪周期需要正常工作的節(jié)點。
[0025]步驟S404，對于本輪周期需要正常工作的節(jié)點，將感知數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)儲存到其存儲豐吳塊。
[0026]其中，所述感知數(shù)據(jù)指直接發(fā)給本節(jié)點的數(shù)據(jù)；所述處理數(shù)據(jù)指由別的節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)。獲取感知數(shù)據(jù)并儲存在存儲模塊。采用無線電技術(shù)探測周圍環(huán)境，當檢測到有下游鏈路發(fā)送過來的處理數(shù)據(jù)即將到達本節(jié)點時，喚醒睡眠模塊，使節(jié)點進入正常工作狀態(tài)，并將所述處理數(shù)據(jù)也儲存在存儲模塊。
[0027]步驟S405，將存儲模塊內(nèi)的所述感知數(shù)據(jù)及所述處理數(shù)據(jù)發(fā)送給后跳鄰居節(jié)點。所述感知數(shù)據(jù)及所述處理數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，本節(jié)點再次進入休眠狀態(tài)，繼續(xù)探測外界信息。所述傳輸模塊為無線收發(fā)天線。
[0028]參閱圖2所示，是本發(fā)明低耗能傳感器節(jié)點睡眠系統(tǒng)的硬件架構(gòu)圖。
[0029]本系統(tǒng)包括:前跳鄰居節(jié)點、本節(jié)點、后跳鄰居節(jié)點、設(shè)定模塊、選擇模塊及處理模塊。其中，所述前跳鄰居節(jié)點、本節(jié)點及后跳鄰居節(jié)點均為網(wǎng)絡內(nèi)的傳感器節(jié)點。所述本節(jié)點包括感知模塊、存儲模塊、睡眠模塊及傳輸模塊。
[0030]所述設(shè)定模塊用于設(shè)定每輪周期為