專利名稱：：工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)及其基于分布式協(xié)同頻率的通訊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，尤其是工作于2.4GHzISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段的工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，以及用于在這種工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基于分布式協(xié)同頻率管理技術(shù)的通訊方法。
背景技術(shù)：
：無線傳感網(wǎng)絡(luò)中眾多的傳感器通過無線通信的方式，相互聯(lián)系、處理、傳遞信息的網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，可以實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進(jìn)行處理，傳送給所需用戶。這種基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器，使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無線通訊技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場設(shè)備、移動機(jī)器人以及各種自動化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)一步完善了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通信性能。為了滿足無線通訊技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，新興的面向設(shè)備間信息交互的無線通信技術(shù)，適合在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境使用，具有很強的抗干擾能力、超低能耗、實時通信等技術(shù)特征，是一類特殊的傳感器網(wǎng)絡(luò)。這是因為工業(yè)環(huán)境較為惡劣，大電壓大電流高頻電磁干擾無處不在，對通信的可靠性，抗干擾性要求很高。在工業(yè)無線通信系統(tǒng)中，干擾是一項永遠(yuǎn)存在的問題。干擾可能源自于鄰近的類似系統(tǒng)，或是來自于使用相同頻率的非同質(zhì)系統(tǒng)。在干擾源存在的環(huán)境中，確保正確的數(shù)據(jù)傳輸，是工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)面臨到的一項重大挑戰(zhàn)。雖然主流無線協(xié)議(如ZigBee/802.15.4、802.11b和802.11g等)都進(jìn)行了必要的頻率管理設(shè)計來減小干擾的影響，但還不能完全滿足工業(yè)應(yīng)用特定的技術(shù)要求。下面介紹無線局域網(wǎng)Wi-Fi，Wi-Fi工作于固定單頻道方式。每個設(shè)備可采用2.4GHz頻段中的任一工作頻率，一旦確定后在整個工作工程中頻道不再發(fā)生改變。Wi-Fi免沖突法在發(fā)射前偵聽"安靜"的信道。如果Wi-Fi信道噪聲很大，則Wi-Fi設(shè)備在又一次傾聽信道前會進(jìn)行隨機(jī)退避。如果信道仍有噪聲，則會重復(fù)此過程直至信道安靜為止。一旦信道變得安靜，Wi-Fi設(shè)備即會開始發(fā)射。如果信道永遠(yuǎn)嘈雜，則Wi-Fi設(shè)備會搜索另條信道上的其他可用接入點。該無線局域網(wǎng)Wi-Fi的缺點是功耗大、成本高、協(xié)議開銷大、需要接入點，故并不適用于能量和硬件資源有限的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。下面介紹無線個域網(wǎng)Bluetooth,Bluetooth工作于全頻段跳頻通信方式。該類設(shè)備運用跳頻擴(kuò)展頻譜技術(shù)(FHSS)，在工作時收發(fā)頻率始終不停地在整個頻段范圍內(nèi)按照約定跳變，即每隔625微秒，藍(lán)牙系統(tǒng)以及所有相關(guān)節(jié)點就會將通信頻率在所有83個ISM頻帶的頻道中79個頻道，并選擇其中一個頻道進(jìn)行切換。頻段范圍內(nèi)每個頻道都可能被隨機(jī)的使用。1.2版藍(lán)牙規(guī)范運用稱為自適應(yīng)跳頻的技術(shù)，這項技術(shù)讓系統(tǒng)能運用智能型功能，記憶哪些頻道會導(dǎo)致錯誤，并避免未來在跳頻時使用這些頻道，因此跳頻的范圍小于藍(lán)牙系統(tǒng)原先的79個頻道。但每種藍(lán)牙設(shè)備都包含多個協(xié)議層帶來了巨大的協(xié)議開銷，同時由于藍(lán)牙技術(shù)以及連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)流量需要使用較大的微處理器，因此藍(lán)牙設(shè)備的電池使用壽命常常只有3個月(或更短)。對于傳感器節(jié)點而言，利用藍(lán)牙來作為電纜的替代方案應(yīng)用于工業(yè)傳感網(wǎng)絡(luò)在成本和功耗指標(biāo)方面還很難令人滿意。下面介紹無線個域網(wǎng)ZigBee，該ZigBee提供空閑信道評估(CCA，ClearChannelAssessment)和動態(tài)信道選擇算法來保證網(wǎng)絡(luò)的抗同頻干擾性能。盡管ZigBee協(xié)議棧具有高通信效率、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本、高安全性等諸多優(yōu)點，這些優(yōu)點使得ZigBee和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完美地結(jié)合在一起，但ZigBee在兼容性與性能方面還表現(xiàn)欠佳，因此還不具備完全支持無線傳感網(wǎng)絡(luò)工業(yè)應(yīng)用的能力。上述無線聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)雖然能夠解決ISM頻段內(nèi)無線設(shè)備之間的頻率資源的相互沖突及兼容問題，但對于工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)而言，利用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)來作為頻率管理的解決方案在局限性、成本和功耗方面還很難令人滿意。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中局限性、成本和功耗方面的問題，本發(fā)明提供了一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)及基于分布式協(xié)同頻率的通訊方法，實現(xiàn)頻率避撞以及頻率捷變功能來躲避干擾。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包括傳感器節(jié)點，用于在握手階段自動搜索可用頻道，并在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾，以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)；Sink節(jié)點，與所述傳感器接點通信，用于在握手階段自動搜索可用頻道，并在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾；以及無線信息主干網(wǎng)，與所述Sink節(jié)點通信，用于將所述傳感器節(jié)點采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，傳遞到所述工業(yè)以太網(wǎng)中的其他設(shè)備。進(jìn)一步地，所述傳感器節(jié)點包括自動搜索可用信道模塊，用于在握手階段自動搜索可用頻道；以及頻率捷變模塊，用于將在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾，以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述Sink節(jié)點包括自動搜索可用信道模塊，用于在握手階段自動搜索可用頻道；以及頻率捷變模塊，用于將在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾，以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種基于分布式協(xié)同頻率的通訊方法，該方法包括傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點在握手階段自動搜索可用工作頻道，并且所述傳感器節(jié)點在所述可用工作頻道上采集數(shù)據(jù)包，并將所述數(shù)據(jù)包發(fā)送給所述Sink節(jié)點；當(dāng)所述傳感器節(jié)點等待不到所述Sink節(jié)點的應(yīng)答信號且重發(fā)數(shù)據(jù)包超時，所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。進(jìn)一步地，所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道發(fā)送數(shù)據(jù)包具體包括所述傳感器節(jié)點在"更新工作頻道并且檢測信道環(huán)路是否存在"狀態(tài)中確定所述Sink節(jié)點是否仍在可通信范圍內(nèi)；如果所述Sink節(jié)點仍然存在，所述傳感器節(jié)點回到"發(fā)送數(shù)據(jù)包到Sink節(jié)點"狀態(tài)，在新的所述工作頻道中向Sink節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包；如果所述Sink節(jié)點移動到其他位置或是失效，所述傳感器節(jié)點無法與其進(jìn)行通信，則進(jìn)入"休眠/無RF系統(tǒng)"狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述Sink節(jié)點的應(yīng)答信號是通過以下步驟發(fā)送的所述Sink節(jié)點檢測是否收到所述傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包；如果接收到數(shù)據(jù)包，Sink節(jié)點檢測到并且進(jìn)入到"向傳感器節(jié)點發(fā)送應(yīng)答信號"狀態(tài)，然后返回"休眠"狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道發(fā)送所述數(shù)據(jù)包之后還包括所述Sink節(jié)點在3ms內(nèi)沒有接收到所述數(shù)據(jù)包，則所述Sink節(jié)點將轉(zhuǎn)入"檢測是否允許跳轉(zhuǎn)頻道"狀態(tài)，如果所述Sink節(jié)點得到允許跳轉(zhuǎn)所述工作頻道，則進(jìn)入"跳轉(zhuǎn)到下一個工作頻道"狀態(tài)；如果不被允許，則將回到"休眠"狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述不被允許具體情況為所述傳感器節(jié)點處于"休眠"狀態(tài)，Sink節(jié)點不能夠改變工作頻道；或者所述Sink節(jié)點與所述傳感器節(jié)點在現(xiàn)有的工作頻道上沒有通信活動。進(jìn)一步地，所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道具體為按照預(yù)先設(shè)置的頻道跳轉(zhuǎn)表來改變頻率選擇新的可用工作頻道。因此，本發(fā)明提供的工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)和基于分布式協(xié)同頻率管理的通訊方法不需要集中控制中心進(jìn)行頻率管理，具有實時性強，網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強，良好的抗同頻段干擾的優(yōu)點，以保證在工業(yè)環(huán)境中進(jìn)行可靠通信。圖1是本發(fā)明頻率管理技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明在工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于分布式協(xié)同頻率的通訊方法實施例1的流程圖；圖3為本發(fā)明在工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于分布式協(xié)同頻率的通訊方法實施例1的流程圖；圖4表示所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道的流程示意圖。具體實施方式下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖，該網(wǎng)絡(luò)包括傳感器節(jié)點1，用于在握手階段自動搜索可用頻道，并在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾，以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)；Sink節(jié)點2，與所述傳感器節(jié)點l通信，用于在握手階段自動搜索可用頻道，并在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾；以及工業(yè)以太網(wǎng)3，與所述Sink節(jié)點2通信，用于將所述傳感器節(jié)點1采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，傳遞到所述工業(yè)以太網(wǎng)3中的其他設(shè)備。本發(fā)明頻率管理技術(shù)可以封裝為軟件模塊內(nèi)嵌于任何傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點，一起組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。其中頻率管理技術(shù)主要包括兩個功能自動搜索空置頻率和頻率捷變。前者主要用于握手階段，選定可用頻道，無線傳感網(wǎng)絡(luò)保持該信道并進(jìn)入正常通信階段。后者使得在干擾導(dǎo)致工作信道惡化時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾。兩者順序執(zhí)行，從而完成整個頻率管理技術(shù)功能。內(nèi)嵌頻率管理技術(shù)的傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點可以作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的一部分一起構(gòu)成完整的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的任何設(shè)備可以相互進(jìn)行通信。傳感器節(jié)點將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集上來，與Sink節(jié)點進(jìn)行通信，最終傳遞到無線信息主干網(wǎng)(工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線等)中的其他設(shè)備。因此，每一個傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點都分別包括自動搜索可用頻道模塊IOO，用于在握手階段自動搜索可用頻道；以及頻率捷變模塊200，用于將在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾，以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)工作頻率范圍為2.4GHzISM頻段的83MHz帶寬，可劃分為83個lMHz頻道，主要包括自動搜索可用信道和頻率捷變兩個功能，解決傳感器節(jié)點同其他設(shè)備的相互干擾問題。無線傳感網(wǎng)絡(luò)工作于動態(tài)多頻道方式，采用頻率碰撞退讓措施。Sink節(jié)點與傳感器節(jié)點首先工作于自動搜索到的可用工作頻道上，隨后工作頻率可能會發(fā)生改變，主要取決于原頻道的工作情況及受干擾情況。一旦原頻道不能繼續(xù)工作，將會人工或自動選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾。其中所述自動搜索可用頻道模塊的功能是為了保證Sink節(jié)點與傳感器節(jié)點雙方捷變的同步性。雖然可以通過設(shè)定，使收發(fā)雙方上電后開始工作于同一固定頻道，完成握手對話后根據(jù)接收數(shù)據(jù)包的有效性再決定是否需要跳轉(zhuǎn)頻道。但這樣做存在兩方面問題一是要求所有設(shè)備的初始工作頻道為同一頻道，否則無法握手，缺乏靈活性，不同品牌產(chǎn)品難于兼容；二是當(dāng)預(yù)置的初始頻道發(fā)生嚴(yán)重頻率沖突時，無法完成握手對話，也無法繼續(xù)執(zhí)行頻率捷變協(xié)議，導(dǎo)致收發(fā)系統(tǒng)無法進(jìn)人正常工作。因此通過自動搜索可用頻道模塊的功能來解決這個問題。所述頻率捷變模塊的功能包括(l)檢測固定頻率的干擾信號；(2)將工作頻率移至沒有固定干擾的頻道；(3)對于跳頻系統(tǒng)的干擾不需改變工作頻率；(4)沒有固定頻率沖突時維持在原信道工作。即傳感器節(jié)點無法接收到Sink節(jié)點的應(yīng)答信號時，傳感器節(jié)點會啟動更換頻率的程序，讓傳感器節(jié)點以及Sink節(jié)點搜尋一個適合的空置頻道，并切換至新頻道進(jìn)行通信在這個新頻道中，無線電系統(tǒng)會在該頻率下運作，直到遭遇到新的干擾為止。如圖2所示為本發(fā)明在工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于分布式協(xié)同頻率的通訊方法實施例的流程圖，該方法包括步驟10，傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點在握手階段自動搜索可用工作頻道，并且所述傳感器節(jié)點在所述可用工作頻道上采集數(shù)據(jù)包，并將所述數(shù)據(jù)包發(fā)送給工作在自動搜索的工作頻道上的所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點；步驟20，當(dāng)所述傳感器節(jié)點等待不到所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號且且最多再重新發(fā)送原數(shù)據(jù)一次，若仍不能收到所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號，所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。其中，步驟20中傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道發(fā)送數(shù)據(jù)包具體包括步驟201，所述傳感器節(jié)點在"改變工作頻道并且檢測通信鏈路計數(shù)器"狀態(tài)中確定所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點是否仍在可通信范圍內(nèi)；如果所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點仍然存在，則執(zhí)行步驟202，所述傳感器節(jié)點回到"發(fā)送數(shù)據(jù)包到Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點"狀態(tài)，在新的所述工作頻道中向Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包；如果所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點移動到其他位置或是失效，所述傳感器節(jié)點無法與其進(jìn)行通信，則執(zhí)行步驟203，進(jìn)入"休眠/無RF系統(tǒng)"狀態(tài)。所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號是通過以下步驟發(fā)送的所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點檢測是否收到所述傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包；如果接收到數(shù)據(jù)包，Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點檢測到并且進(jìn)入到"向傳感器節(jié)點發(fā)送應(yīng)答信號"狀態(tài)，然后返回"休眠"狀態(tài)。如圖3所示為本發(fā)明在工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于分布式協(xié)同頻率的通訊方法的實施例2的流程圖，步驟20傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道發(fā)送所述數(shù)據(jù)包之后還包括步驟30，所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點接收到所述數(shù)據(jù)包，則執(zhí)行步驟40所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點進(jìn)入"向傳感器節(jié)點發(fā)送應(yīng)答信號"，如果所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點沒有接收到所述數(shù)據(jù)，則執(zhí)行步驟50檢測是否允許跳轉(zhuǎn)頻道；如果不允許，則執(zhí)行步驟60將回到"休眠"狀態(tài)。如果所述Sink節(jié)點得到允許跳轉(zhuǎn)所述工作頻道，則執(zhí)行步驟70進(jìn)入"跳轉(zhuǎn)到下一個工作頻道"狀態(tài)，并返回判斷是否接收到所述數(shù)據(jù)。在以下情況下，所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點將不被允許跳轉(zhuǎn)工作頻道所述傳感器節(jié)點處于"休眠"狀態(tài)，Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點不能夠改變工作頻道；或者所述Sink節(jié)點與所述傳感器節(jié)點在現(xiàn)有的工作頻道上沒有通信活動。其中傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點在握手階段自動搜索可用工作頻道，即傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點使用頻率管理技術(shù)中的自動搜索空置頻道模塊。所述傳感器節(jié)點在"發(fā)送數(shù)據(jù)包到Sink節(jié)點"狀態(tài)向所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包并等待所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求設(shè)置超時Timeout,當(dāng)所述傳感器節(jié)點等待所述Timeout,仍未收到所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號且最多再重復(fù)上述步驟一次，仍收不到所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號，所述傳感器節(jié)點在"更新工作頻道并且檢測通信鏈路計數(shù)器"狀態(tài)中改變頻率，按照頻率跳轉(zhuǎn)表選擇新的可用工作頻道回到"發(fā)送數(shù)據(jù)包到Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點"狀態(tài)，所述頻率跳轉(zhuǎn)表中頻道個數(shù)為N，在所述新的工作頻道中向所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包并等待所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號，如果收到所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號，則表明所述自動搜索可用工作頻道過程完成；如果沒有收到所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號，則所述傳感器節(jié)點選擇新的可用工作頻道重復(fù)上述流程；如果所述頻率跳轉(zhuǎn)表已遍歷完成，所述傳感器節(jié)點將其內(nèi)部通信鏈路計數(shù)器ChannelLoopCounter值加1，直到所述通信鏈路計算器ChannelLoopCounter值為N時，所述傳感器節(jié)點仍沒有收到所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號，則表明所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點不在通信范圍以內(nèi)，所述傳感器節(jié)點回到"休眠/無RF系統(tǒng)"狀態(tài)；即如果所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點移動到其他位置或是失效，所述傳感器節(jié)點無法與其進(jìn)行通信，則進(jìn)入"休眠/無RF系統(tǒng)"狀態(tài)。上述描述的傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道具體為按照預(yù)先設(shè)置的頻道跳轉(zhuǎn)表來改變頻率選擇新的可用工作頻道。當(dāng)傳感器節(jié)點采集到現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，在預(yù)置頻道上向Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包，發(fā)送完后等待Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的回應(yīng)，在此后Timeout周期內(nèi)如果能接收到Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點發(fā)回的回應(yīng)，則該網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)保持在該預(yù)置信道上工作。當(dāng)在Timeout周期內(nèi)未接收到Sink節(jié)點準(zhǔn)感器節(jié)點的回應(yīng)信號，傳感器節(jié)點將會在該預(yù)置信道上最多再重新發(fā)送一次原數(shù)據(jù)包，若還是不能收到Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的回應(yīng)，則傳感器節(jié)點就會轉(zhuǎn)換至新的頻道再重新發(fā)送原數(shù)據(jù)包。圖4表示所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道的流程示意圖，即所述傳感器節(jié)點采用頻率捷變功能的具體流程圖。首先步驟501確定誤碼率不正常，發(fā)送跳轉(zhuǎn)到頻道+1的請求，等待所述頻率跳轉(zhuǎn)表中頻道個數(shù)x2x所述Timeout后，執(zhí)行步驟502判斷是否收到回應(yīng)？如果沒有收到回應(yīng)，則執(zhí)行步驟503判斷頻道次數(shù)是否已經(jīng)大于N，如是則執(zhí)行步驟504收發(fā)信道錯誤處理，否則執(zhí)行步驟501;如收到回應(yīng)，則步驟505變換頻道在新的頻道上發(fā)送數(shù)據(jù)包，等待所述頻率跳轉(zhuǎn)表中頻道個數(shù)x2x所述Timeout后，執(zhí)行步驟506判斷是否收到所述Sink節(jié)點的回答，如收到則執(zhí)行步驟507正常通信，否則執(zhí)行步驟508判斷是否己經(jīng)重新發(fā)送兩次數(shù)據(jù)包，如是執(zhí)行步驟501;否則執(zhí)行步驟505。信道的選擇次序可按照表2.1所示"頻道跳轉(zhuǎn)表"進(jìn)行。而"頻道跳轉(zhuǎn)表"是提前制定好的。傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點雙方都按照"頻道選擇順序表"上的順序同時轉(zhuǎn)換，直到搜索出一個可以正常工作的"安靜"頻道。頻道跳轉(zhuǎn)表的制定原則是轉(zhuǎn)換后的新頻道應(yīng)該能避免同類設(shè)備的干擾。首先應(yīng)該考慮的是Wi-Fi信道的影響。由于Wi-Fi信道帶寬為22MHz，所以在考慮頻道跳轉(zhuǎn)表時，任意兩個相鄰跳轉(zhuǎn)頻道的頻道序號相差在22以上，而任意3個相鄰的頻道分別表2.1nRF2401頻道跳轉(zhuǎn)表示例<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>分布在2.4GHz頻段的高、中、低3個分段，這樣可以保證nRF2401在和Wi-Fi頻率沖突時快速找到非重疊頻道，頻道捷變原則是收發(fā)雙方從序號08按次序變換信道，然后從序號8信道再跳轉(zhuǎn)到0信道，共計9個信道循環(huán)變換。下面介紹傳感器節(jié)點所有的狀態(tài)，其中"休眠/無RF系統(tǒng)"狀態(tài)是傳感器節(jié)點在大多數(shù)時間內(nèi)所處的狀態(tài)。在這個狀態(tài)中，傳感器節(jié)點不會進(jìn)行任何RF通信。只有當(dāng)采集到現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，傳感器節(jié)點進(jìn)入到"發(fā)送數(shù)據(jù)包到Sink節(jié)點"狀態(tài)。在發(fā)送數(shù)據(jù)包以后，傳感器節(jié)點轉(zhuǎn)入"等待應(yīng)答信號ACK"狀態(tài)，此時傳感器節(jié)點等待Sink節(jié)點在收到數(shù)據(jù)包以后返回的應(yīng)答信號ACK到達(dá)。正常情況下，傳感器節(jié)點能夠接收到ACK，那么將回到"休眠/無RF系統(tǒng)"狀態(tài)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求設(shè)置超時Timeout,如果傳感器節(jié)點在所述Timeout內(nèi)沒有接收到ACK信號，將再次發(fā)送數(shù)據(jù)包。如果仍然無法接收到應(yīng)答信號，那么傳感器節(jié)點將在"改變頻率"狀態(tài)中跳轉(zhuǎn)到另一個頻道中。新信道的選擇次序按照預(yù)先制定的頻道跳轉(zhuǎn)表進(jìn)行。在轉(zhuǎn)換至新的頻道之后，傳感器節(jié)點在"更新工作頻道并且檢測信道環(huán)路是否存在"狀態(tài)中確定Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點是否仍在可通信范圍內(nèi)。如果Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點仍然存在，傳感器節(jié)點回到"發(fā)送數(shù)據(jù)包到Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點"狀態(tài)，在新的工作頻道中向Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包。如果Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點移動到其他位置或是失效，傳感器節(jié)點無法與其進(jìn)行通信，則進(jìn)入"休眠/無RF系統(tǒng)"狀態(tài)。同時介紹Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的狀態(tài)。當(dāng)處于"休眠"狀態(tài)時，Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點檢測是否收到傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包。如果接收到數(shù)據(jù)包，Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點能夠檢測到并且進(jìn)入到"向傳感器節(jié)點發(fā)送應(yīng)答信號ACK"狀態(tài)，然后返回"休眠"狀態(tài)。如果所述頻率跳轉(zhuǎn)表中頻道個數(shù)x2x所述Timeout后，Sink節(jié)點仍沒有接收到任何來自傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)包，Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點將轉(zhuǎn)入"檢測是否允許跳轉(zhuǎn)頻道"狀態(tài)。如果傳感器節(jié)點處于"休眠"狀態(tài)，Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點不能夠改變工作頻道。同樣，如果Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點與傳感器節(jié)點有現(xiàn)有工作頻道上沒有通信活動，Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點也不能夠跳轉(zhuǎn)到下一個工作頻道。本發(fā)明中的的基于分布式頻率管理的通訊方法無需采用大量的協(xié)議棧，成本低，功耗小，適用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明是用來完成惡劣的工業(yè)環(huán)境下良好工作的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的頻率管理。其核心技術(shù)——分布式協(xié)同頻率管理即自動搜索可用信道模塊和頻率捷變模塊，，以非聯(lián)網(wǎng)協(xié)議為基礎(chǔ)，工作于動態(tài)多頻道方式，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾。是適用于工業(yè)現(xiàn)場的健壯、輕型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)頻率管理協(xié)議。它具有如下優(yōu)點(1)成本本發(fā)明無需采用大量的協(xié)議棧，這使得系統(tǒng)能夠采用更小、更廉價的微處理器。(2)功耗本發(fā)明采用較輕的協(xié)議，有助于減少無線電傳送時間，這直接影響到功耗并使無線傳感設(shè)備具有較長的電池使用壽命。(3)開放性本發(fā)明工作在2.4GHz的ISM頻段，無需許可證，給廠商生產(chǎn)、銷售無線傳感器節(jié)點以極大的便利條件，適用于工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的成本控制和資源開銷，從而滿足大量產(chǎn)品應(yīng)用的需求。(4)靈活性本發(fā)明無需遵照嚴(yán)格的協(xié)議占有和使用頻道，頻道選擇方式完全對用戶開放，由用戶根據(jù)需要來確定，成本低而使用靈活。(5)抗干擾性本發(fā)明相對于主流無線協(xié)議同處于無許可證的全球通用的2.4GHzISM頻段，但由于設(shè)計了頻率捷變技術(shù)以保證找到空置的頻道并對新干擾做出反應(yīng)，使得本發(fā)明具有很強的抗干擾能力。因此，本發(fā)明可以在一定范圍內(nèi)同其他無線設(shè)備共存。由于本發(fā)明有以上特點，特別是協(xié)議的簡化和開放頻段的使用，使頻率管理協(xié)議滿足無線傳感網(wǎng)絡(luò)能量和硬件資源有限的要求，并適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明實施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍。權(quán)利要求1、一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征在于包括傳感器節(jié)點，用于在握手階段自動搜索可用頻道，并在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾，以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)；Sink節(jié)點，與所述傳感器接點通信，用于在握手階段自動搜索可用頻道，并在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾；以及無線信息主干網(wǎng)，與所述Sink節(jié)點通信，用于將所述傳感器節(jié)點采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，傳遞到無線信息主干網(wǎng)上的物理設(shè)備。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述傳感器節(jié)點包括自動搜索可用信道模塊，用于在握手階段自動搜索可用頻道；以及頻率捷變模塊，用于將在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾，以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述Sink節(jié)點包括自動搜索可用信道模塊，用于在握手階段自動搜索可用頻道；以及頻率捷變模塊，用于將在所述頻道不可用時選擇新的工作頻率，通過分布式的協(xié)同信道切換來躲避干擾，以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。4、一種基于分布式協(xié)同頻率的通訊方法，其特征在于包括-傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點在握手階段自動搜索可用工作頻道，并且所述傳感器節(jié)點在所述可用工作頻道上采集數(shù)據(jù)包，并將所述數(shù)據(jù)包發(fā)送給所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點；當(dāng)所述傳感器節(jié)點等待不到所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點的應(yīng)答信號且重發(fā)數(shù)據(jù)包超時，所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的通訊方法，其特征在于所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道發(fā)送數(shù)據(jù)包具體包括所述傳感器節(jié)點在"更新工作頻道并且檢測信道環(huán)路是否存在"狀態(tài)中確定所述Sink節(jié)點準(zhǔn)感器節(jié)點是否仍在可通信范圍內(nèi)；如果所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點仍然存在，所述傳感器節(jié)點回到"發(fā)送數(shù)據(jù)包到Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點"狀態(tài)，在新的所述工作頻道中向Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包；如果所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點移動到其他位置或是失效，所述傳感器節(jié)點/傳感器節(jié)點無法與其進(jìn)行通信，則進(jìn)入"休眠/無RF系統(tǒng)"狀態(tài)。6、根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的通訊方法，其特征在于所述Sink節(jié)點的應(yīng)答信號是通過以下步驟發(fā)送的所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點檢測是否收到所述傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包；如果接收到數(shù)據(jù)包，Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點檢測到并且進(jìn)入到"向傳感器節(jié)點發(fā)送應(yīng)答信號"狀態(tài)，然后返回"休眠"狀態(tài)。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的通訊方法，其特征在于所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道發(fā)送所述數(shù)據(jù)包之后還包括所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點在超時時間內(nèi)沒有接收到所述數(shù)據(jù)包，則所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點將轉(zhuǎn)入"檢測是否允許跳轉(zhuǎn)頻道"狀態(tài)，如果所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點得到允許跳轉(zhuǎn)所述工作頻道，則進(jìn)入"跳轉(zhuǎn)到下一個工作頻道"狀態(tài)；如果不被允許，則將回到"休眠"狀態(tài)。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的通訊方法，其特征在于所述不被允許具體情況為所述傳感器節(jié)點處于"休眠"狀態(tài)，Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點不能夠改變工作頻道；或者所述Sink節(jié)點/傳感器節(jié)點與所述傳感器節(jié)點在現(xiàn)有的工作頻道上沒有通信活動。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的通訊方法，其特征在于所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道具體為按照預(yù)先設(shè)置的頻道跳轉(zhuǎn)表來改變?nèi)恼景l(fā)明涉及工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，包括傳感器節(jié)點、Sink節(jié)點；以及無線信息主干網(wǎng)。本發(fā)明還涉及基于分布式協(xié)同頻率的通訊方法，其特征在于包括傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點在握手階段自動搜索可用工作頻道，并且所述傳感器節(jié)點在所述可用工作頻道上采集數(shù)據(jù)包，并將所述數(shù)據(jù)包發(fā)送給所述Sink節(jié)點；當(dāng)所述傳感器節(jié)點等待不到所述Sink節(jié)點的應(yīng)答信號且重發(fā)數(shù)據(jù)包超時，所述傳感器節(jié)點改變頻率選擇新的可用工作頻道發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。因此，本發(fā)明提供的工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)和基于頻率管理的通訊方法不需要采用復(fù)雜的聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，并且具備良好的抗同頻段干擾的性能。文檔編號H04L12/28GK101262393SQ20081004678公開日2008年9月10日申請日期2008年1月25日優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日發(fā)明者彬戴,珺袁,閔玉堂,黃本雄申請人:華中科技大學(xué)