專利名稱:一種無線傳感器通信系統(tǒng)及其通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于無線傳感器領(lǐng)域，特別關(guān)于一種無線傳感器通信系統(tǒng)及其通信方法。
技術(shù)背景
無線傳感器所組成的通信系統(tǒng)由于其分布靈活、組網(wǎng)簡單以及無線傳輸?shù)葍?yōu)勢， 目前已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)取得了較廣泛的應(yīng)用。如申請(qǐng)?zhí)枮?00610015212. 2、公開號(hào)為CN 1920502A、發(fā)明名稱為“遠(yuǎn)程無線測溫系統(tǒng)”的中國發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種通過Zigbee 網(wǎng)絡(luò)將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)接收端的遠(yuǎn)程無線測溫系統(tǒng)。然而，現(xiàn)有的無線傳感器系統(tǒng)由于存在以下缺陷而使其的應(yīng)用受到限制
首先，無線傳感器一般由電池供電，能量有限，需要頻繁更換電池才能維持其正常工作。然而，對(duì)于一些處于惡劣環(huán)境的無線傳感器更換電池會(huì)很麻煩，導(dǎo)致一些無線傳感器由于電池原因被丟棄而造成浪費(fèi)。解決該問題的一種方式是當(dāng)無線傳感器不工作時(shí)進(jìn)行休眠。
通過休眠的方式雖然可以有效的節(jié)電，但是由于無線傳感器本身的時(shí)鐘在休眠期間將會(huì)很不準(zhǔn)確，這樣實(shí)際的休眠時(shí)間可能會(huì)不同于預(yù)設(shè)時(shí)間而造成傳感器收發(fā)周期的紊亂，從而造成與其它無線傳感器收發(fā)數(shù)據(jù)的沖突，導(dǎo)致系統(tǒng)容量下降。
解決休眠時(shí)鐘不準(zhǔn)確的一種方法是在無線傳感器中增加時(shí)鐘，如額外的RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)芯片或者外接一個(gè)RTC芯片。因?yàn)镽TC芯片即使處于休眠狀態(tài)也是正常工作，并能提供精準(zhǔn)的時(shí)鐘。然而，增加RTC芯片會(huì)造成單個(gè)無線傳感器成本提高，而且RTC本身也需要消耗部分電量，這同樣不利于省電。
此外，現(xiàn)有的無線傳感器系統(tǒng)也沒有有效的機(jī)制來避免由于不同無線傳感器在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的碰撞而導(dǎo)致的系統(tǒng)容量下降的問題，也沒有有效的機(jī)制確保每次采集的數(shù)據(jù)都能夠上傳到數(shù)據(jù)接收端，這將造成采集數(shù)據(jù)的丟失。
通過以上分析可知，現(xiàn)有無線傳感器系統(tǒng)并不能在省電的情況下獲得精準(zhǔn)的時(shí)鐘，要提供精準(zhǔn)的時(shí)鐘則需要增加RTC芯片，這又會(huì)導(dǎo)致成本的提高。從成本的角度考慮， 如何設(shè)計(jì)一種不需要增加RTC芯片也能實(shí)現(xiàn)省電以及時(shí)鐘校準(zhǔn)并能夠保證系統(tǒng)容量的無線傳感器系統(tǒng)就成為了亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一是提供一種無線傳感器通信方法，以實(shí)現(xiàn)無線傳感器不需要RTC 芯片的情況下同樣能夠獲得當(dāng)前時(shí)間并能有效保障系統(tǒng)容量。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明一實(shí)施例提供一種無線傳感器通信方法，所述方法包括按照預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)采集周期采集數(shù)據(jù)；無線接收當(dāng)前時(shí)間信息以及指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，所述數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙為預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)發(fā)送周期內(nèi)的具體時(shí)間段；根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)間信息更新本地時(shí)間，并在所述指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙內(nèi)發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明目的之二是提供一種無線傳感器通信系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)無線傳感器不需要RTC芯片的情況下同樣能夠獲得當(dāng)前時(shí)間并能有效保障系統(tǒng)容量。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種無線傳感器通信系統(tǒng)，所述無線傳感器通信系統(tǒng)包括集中器以及與所述集中器連接的多個(gè)無線傳感器；所述集中器包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元，用于提供當(dāng)前的時(shí)間；時(shí)隙分配單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的所述無線傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送周期以及所述無線傳感器通信系統(tǒng)的容量，將所述數(shù)據(jù)發(fā)送周期劃分為與所述系統(tǒng)容量對(duì)應(yīng)的多個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，并將所述數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙分別分配給每個(gè)無線傳感器； 集中器發(fā)送單元，連接所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元和所述時(shí)隙分配單元，向所述無線傳感器發(fā)送所述當(dāng)前的時(shí)間以及所述指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙；集中器接收單元，接收所述無線傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)；所述無線傳感器包括傳感器接收單元，接收所述當(dāng)前時(shí)間和所述指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙；時(shí)間更新單元，連接所述傳感器接收單元，根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)間更新本地時(shí)間；定時(shí)器，提供數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)送的定時(shí)觸發(fā)；采集單元，連接所述定時(shí)器，按照所述數(shù)據(jù)采集周期采集數(shù)據(jù)；傳感器發(fā)送單元，連結(jié)所述定時(shí)器和所述采集單元，在所述指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙內(nèi)發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明實(shí)施例的無線傳感器接收由集中器統(tǒng)一下發(fā)的時(shí)間來更新自身的時(shí)間，通過該下發(fā)的時(shí)間來調(diào)整無線傳感器由于休眠而導(dǎo)致的自身時(shí)鐘的不準(zhǔn)確，解決了現(xiàn)有的無線傳感器需要包含額外RTC芯片或外接RTC芯片才能獲取當(dāng)前時(shí)間的缺陷，節(jié)約了無線傳感器的成本，使無線傳感器既能省電又能獲得精準(zhǔn)的時(shí)間。同時(shí)，集中器為每個(gè)無線傳感器分配具體的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，避免多個(gè)無線傳感器同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)所造成的碰撞，能夠極大提高該無線傳感器通信系統(tǒng)的容量。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的無線傳感器通信系統(tǒng)示意圖；
圖加為本發(fā)明實(shí)施例1的無線傳感器通信系統(tǒng)的第一種原理圖；
圖2b為本發(fā)明實(shí)施例1的無線傳感器通信系統(tǒng)的第二種原理圖；
圖2c為本發(fā)明實(shí)施例1的無線傳感器通信系統(tǒng)的第三種原理圖；
圖2d為本發(fā)明實(shí)施例1的無線傳感器通信系統(tǒng)的第四種原理圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的無線傳感器通信方法流程圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的無線傳感器通信系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施方式和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種無線傳感器通信系統(tǒng)，圖1為該系統(tǒng)的示意圖。如圖所示，該無線傳感器系統(tǒng)包括集中器以及與集中器連接的多個(gè)無線傳感器。該系統(tǒng)的無線傳感器不包含RTC芯片，而是接收由集中器統(tǒng)一下發(fā)的時(shí)間。在一較佳實(shí)施方式中，集中器在接收完無線傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)之后，在返回的應(yīng)答消息中包含該時(shí)間信息，無線傳感器根據(jù)該時(shí)間信息更新自身的時(shí)間。在另一較佳實(shí)施方式中，該集中器和一計(jì)算機(jī)連接，從計(jì)算機(jī)獲取當(dāng)前時(shí)間。
為了提高系統(tǒng)的接入容量，需要盡量避免多個(gè)無線傳感器在同一時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這樣將導(dǎo)致每個(gè)傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)無法辨識(shí)，并且接入的無線傳感器數(shù)量越多，碰撞的幾率越大。本實(shí)施例將無線傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送周期劃分為與接入容量相應(yīng)的多個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，并分別為每個(gè)無線傳感器發(fā)送指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，無線傳感器在為其分配的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。該通信方式能夠有效降低無線傳感器之間的碰撞幾率，并提高系統(tǒng)的容量。
圖加為本實(shí)施例無線傳感器系統(tǒng)的第一種原理圖。如圖所示，集中器20包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元201、時(shí)隙分配單元202、集中器發(fā)送單元203和集中器接收單元204。實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元201和時(shí)隙分配單元202分別與集中器發(fā)送單元203連接。無線傳感器21包括傳感器接收單元211、時(shí)間更新單元212、定時(shí)器213、采集單元214以及傳感器發(fā)送單元215。 傳感器接收單元211與集中器發(fā)送單元203以及時(shí)間更新單元212連接，定時(shí)器213與采集單元214以及傳感器發(fā)送單元215連接，采集單元214和傳感器發(fā)送單元215連接。
實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元201為整個(gè)無線傳感器系統(tǒng)提供當(dāng)前的時(shí)間信息，并將該時(shí)間下發(fā)到與集中器20連接的無線傳感器21。該實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元201可以連接一計(jì)算機(jī)，從該計(jì)算機(jī)獲得當(dāng)前時(shí)間，或者該實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元201本身就是RTC芯片。
時(shí)隙分配單元202，根據(jù)預(yù)設(shè)的無線傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送周期以及無線傳感器通信系統(tǒng)的容量，將數(shù)據(jù)發(fā)送周期劃分為與系統(tǒng)容量對(duì)應(yīng)的多個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，并將多個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙分別分配給每個(gè)無線傳感器。該劃分的方式有多種，如，為每個(gè)無線傳感器分配相等的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，并且在相鄰的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙之間留出一段空閑時(shí)間以避免與下一個(gè)無線傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。如，無線傳感器系統(tǒng)的容量為200，而數(shù)據(jù)發(fā)送周期為300 秒，則可以將200個(gè)無線傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙平均分布在300秒內(nèi)，每一秒為一個(gè)發(fā)送時(shí)間點(diǎn)，連續(xù)兩個(gè)發(fā)送時(shí)間點(diǎn)分配給無線傳感器，空閑下一個(gè)發(fā)送時(shí)間點(diǎn)。此時(shí)，有效時(shí)間點(diǎn)為200個(gè)，空閑時(shí)間點(diǎn)為100個(gè)。以上所說的時(shí)隙分配方式僅用于說明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，事實(shí)上，還可以有其他類型的時(shí)隙分配方式，只要能夠減少無線傳感器在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的沖突即可。
集中器發(fā)送單元203，連接實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元201和時(shí)隙分配單元202，向無線傳感器 21發(fā)送所述當(dāng)前時(shí)間以及為該無線傳感器指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙。傳感器接收單元211，接收當(dāng)前時(shí)間和指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙。
時(shí)間更新單元212，連接傳感器接收單元211，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間更新本地時(shí)間。定時(shí)器213，提供數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)送的定時(shí)觸發(fā)，在一較佳實(shí)施方式中，該采集周期和發(fā)送周期也是由集中器20統(tǒng)一設(shè)置并由集中器發(fā)送單元203發(fā)送給無線傳感器21，定時(shí)器213根據(jù)獲得的采集周期和發(fā)送周期定時(shí)觸發(fā)該傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和發(fā)送。采集單元214，連接定時(shí)器213，按照數(shù)據(jù)采集周期采集數(shù)據(jù)。傳感器發(fā)送單元215，連結(jié)定時(shí)器213，在指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙內(nèi)發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)。
圖加所示的系統(tǒng)，由于采用集中器進(jìn)行時(shí)間下發(fā)，傳感器自身不需要額外的RTC 芯片，節(jié)約了成本。并且，集中器還為每個(gè)傳感器分配指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，有效降低了數(shù)據(jù)之間的碰撞概率，提高了系統(tǒng)容量。
圖2b為本實(shí)施例無線傳感器系統(tǒng)的第二種原理圖。和圖加不同的是，圖2b的無線傳感器21還包括休眠觸發(fā)單元216和休眠調(diào)整單元217。休眠觸發(fā)單元216，連接定時(shí)器213，在本次數(shù)據(jù)采集或發(fā)送以及下一次數(shù)據(jù)采集或發(fā)送之間，觸發(fā)無線傳感器21進(jìn)入休眠狀態(tài)。休眠調(diào)整單元217，連接時(shí)間更新單元212和定時(shí)器213，根據(jù)本次休眠結(jié)束時(shí)無線接收的時(shí)間信息以及本次休眠開始時(shí)無線接收的時(shí)間信息，生成本次休眠的實(shí)際時(shí)長；根據(jù)本次休眠的實(shí)際時(shí)長以及本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來生成下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長，以滿足數(shù)據(jù)采集周期和數(shù)據(jù)發(fā)送周期的要求。
休眠調(diào)整單元217的具體實(shí)現(xiàn)原理是如果本次休眠的實(shí)際時(shí)長大于本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長，則減少下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來調(diào)整下一次數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間，以滿足所述數(shù)據(jù)采集周期和數(shù)據(jù)發(fā)送周期的要求；如果本次休眠的實(shí)際時(shí)長小于本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長，則增加下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來調(diào)整下一次數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間，以滿足所述數(shù)據(jù)采集周期和數(shù)據(jù)發(fā)送周期的要求。
圖2b所示的系統(tǒng)中，休眠觸發(fā)單元216在無線傳感器不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳送時(shí)觸發(fā)無線傳感器進(jìn)行休眠，能夠有效節(jié)省傳感器消耗的電量，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在使用普通5號(hào)電池的情況下可以工作一年以上。休眠調(diào)整單元217通過接收集中器下發(fā)的時(shí)間對(duì)每次的預(yù)設(shè)休眠時(shí)長進(jìn)行調(diào)整，以使每一次數(shù)據(jù)的發(fā)送基本上是按照預(yù)設(shè)的周期進(jìn)行的，能夠有效避免了多個(gè)傳感器之間的沖突，保證的系統(tǒng)容量。這樣通過集中器下發(fā)的時(shí)間來調(diào)整每次休眠時(shí)長，既能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器的節(jié)電，又能獲得正確的時(shí)鐘，是一種一舉兩得的方法。
圖2c為本實(shí)施例無線傳感器系統(tǒng)的第三種原理圖。和圖2b不同的是，圖2c的無線傳感器還包括存儲(chǔ)單元218，連接傳感器發(fā)送單元215，可選的也可以連接采集單元 214。圖2c的集中器20的集中器發(fā)送單元203還連接集中器接收單元204。如圖2c所示， 集中器發(fā)送單元203，在收到傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)后提供應(yīng)答消息，該應(yīng)答消息可以包含當(dāng)前時(shí)間信息；傳感器接收單元204，接收應(yīng)答消息；存儲(chǔ)單元218，存儲(chǔ)未收到應(yīng)答消息的發(fā)送數(shù)據(jù)；傳感器發(fā)送單元215，還用于發(fā)送存儲(chǔ)單元218中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包含采集時(shí)間 fn息ο
圖2c所示的系統(tǒng)，采用了集中器應(yīng)答以及傳感器重傳的機(jī)制來保障所有采集的數(shù)據(jù)都能發(fā)送到集中器。如果傳感器在一定時(shí)間之內(nèi)還未收到應(yīng)答消息則將該發(fā)送的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于本地，待下一次數(shù)據(jù)發(fā)送周期到來時(shí)發(fā)送。在一可選的情況下，該存儲(chǔ)單元不僅存儲(chǔ)未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)也可以將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。
圖2d為本實(shí)施例無線傳感器系統(tǒng)的第四種原理圖。和圖2c不同的是，圖2d的系統(tǒng)支持跳頻以及碰撞檢測功能。如圖2d所示，傳感器21還包括傳感器跳頻單元219，連接傳感器接收單元和傳感器發(fā)送單元，根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)包以及收到應(yīng)答的數(shù)據(jù)包計(jì)算通信成功率，如果通信成功率低于閾值則切換至下一頻道。碰撞檢測單元220，連接傳感器發(fā)送單元215，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先進(jìn)行載波監(jiān)聽，如果載波空閑超過預(yù)定時(shí)間則發(fā)起隨機(jī)競爭；在發(fā)起隨機(jī)競爭時(shí)再次進(jìn)行載波監(jiān)聽，如果載波空閑則進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。集中器20還包括集中器跳頻單元，根據(jù)數(shù)據(jù)通信質(zhì)量以及信道的占空比做出跳頻決定。
圖2d所示的系統(tǒng)，采用載波監(jiān)聽和跳頻的方式完成數(shù)據(jù)通信，能夠更好的保證通信質(zhì)量以及保證系統(tǒng)容量。實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，由于周圍其他無線設(shè)備的影響，以及初次加入該無線傳感器系統(tǒng)的無線傳感器所發(fā)送的加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求消息等因素，即使無線傳感器按照理想的時(shí)隙分配方式來發(fā)送數(shù)據(jù)也有可能與其它設(shè)備造成沖突。因此，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先進(jìn)行載波監(jiān)聽，是一種更優(yōu)的方式。圖圖2d的集中器為實(shí)時(shí)不斷電的工作。
圖3為本實(shí)施例無線傳感器通信方法的完整流程圖。該圖以一個(gè)實(shí)際的例子來詳細(xì)說明本系統(tǒng)的工作方式。需要指出的是該流程圖中每個(gè)步驟的先后順序只是用于說明本發(fā)明，實(shí)際應(yīng)用中并不限于圖中所示的步驟順序，凡是基于本發(fā)明思想的其他實(shí)現(xiàn)方法同樣在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。以下詳細(xì)說明每個(gè)步驟
步驟S301，無線傳感器接入無線傳感器系統(tǒng)。本實(shí)施例的無線傳感器系統(tǒng)包括集中器和多個(gè)無線傳感器。
步驟S302，無線傳感器從集中器接收下發(fā)的時(shí)間以及為該無線傳感器分配的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙。完成該步驟的時(shí)機(jī)有兩種，一種情況是該無線傳感器請(qǐng)求接入系統(tǒng)時(shí)會(huì)發(fā)送一請(qǐng)求消息，集中器在收到該接入請(qǐng)求消息后返回應(yīng)答消息，該消息包含了當(dāng)前時(shí)間信息以及為該無線傳感器分配的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙。另一種情況時(shí)無線傳感器在接入系統(tǒng)之后，將采集的數(shù)據(jù)周期性的發(fā)送給集中器，集中器在收到該消息之后同樣會(huì)返回應(yīng)答消息，其中包含了當(dāng)前的時(shí)間信息。
集中器為無線傳感器分配數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙的一種方式為集中器根據(jù)預(yù)設(shè)的無線傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送周期以及無線傳感器通信系統(tǒng)的容量，將數(shù)據(jù)發(fā)送周期劃分為與系統(tǒng)容量對(duì)應(yīng)的多個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，并將多個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙分別分配給每個(gè)無線傳感器。在分配的時(shí)候可以按照無線傳感器接入系統(tǒng)的先后順序來依次分配。一種更優(yōu)的方式是為每個(gè)無線傳感器分配長度相等的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙。
步驟S303，無線傳感器根據(jù)其數(shù)據(jù)采集周期進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并在其數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙到來時(shí)準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集周期和發(fā)送周期都可以通過集中器來統(tǒng)一設(shè)置。
步驟S304，無線傳感器在數(shù)據(jù)發(fā)送之前先檢測是否有載波沖突。如果沒有沖突則進(jìn)入步驟S305，如果有沖突則返回步驟S303，待到下一個(gè)發(fā)送時(shí)間點(diǎn)到來時(shí)再次嘗試發(fā)送。
步驟S305，如果沒有沖突，則發(fā)送數(shù)據(jù)并接收集中器的應(yīng)答消息。
步驟S306，當(dāng)完成了一次采集或者發(fā)送之后，傳感器將進(jìn)入休眠狀態(tài)。直到下一次采集或發(fā)送周期的到來。
步驟S307，為了抵消每一次休眠造成的內(nèi)部時(shí)鐘不準(zhǔn)的問題，需要對(duì)每一次的休眠長度進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明采用以下方法來進(jìn)行休眠長度調(diào)整根據(jù)本次休眠結(jié)束時(shí)無線接收的時(shí)間信息以及本次休眠開始時(shí)無線接收的時(shí)間信息，生成本次休眠的實(shí)際時(shí)長；根據(jù)本次休眠的實(shí)際時(shí)長以及本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來生成下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長，如果本次休眠的實(shí)際時(shí)長大于本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長，則減少下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來調(diào)整下一次數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間，以滿足所述數(shù)據(jù)采集周期和數(shù)據(jù)發(fā)送周期的要求；如果本次休眠的實(shí)際時(shí)長小于本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長，則增加下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來調(diào)整下一次數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間，以滿足所述數(shù)據(jù)采集周期和數(shù)據(jù)發(fā)送周期的要求。完成步驟S307之后再次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和發(fā)送的過程。
步驟S308，判斷是否接收到應(yīng)答消息，如果沒有接收到則進(jìn)入步驟S309，如果接收到則進(jìn)入步驟S310。
步驟S309，存儲(chǔ)未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)，然后返回步驟S303，待下一次數(shù)據(jù)發(fā)送周期到來時(shí)發(fā)送存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。發(fā)送的數(shù)據(jù)中都包含采集時(shí)間信息，因此這種重傳的方式不會(huì)造成采集數(shù)據(jù)的丟失。
步驟S310，如果在一預(yù)定的時(shí)間內(nèi)沒有收到應(yīng)答消息則判斷為通信失敗，如果收到應(yīng)答消息則表示通信成功，判斷通信成功率是否低于閾值。如果是則進(jìn)入步驟S311，如果否則返回步驟S303繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和發(fā)送。
步驟S311，切換至下一頻道，直到滿足通信成功率的要求，然后返回步驟S303，在新的頻道上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和發(fā)送。
本實(shí)施例的無線傳感器系統(tǒng)包含集中器和與集中器連接的無線傳感器。無線傳感器自身并不需要包含額外的RTC芯片，而是接收由集中器統(tǒng)一下發(fā)的時(shí)間來更新自身的時(shí)間。并且，集中器為每個(gè)傳感器分配指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，無線傳感器在為其指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，有效避免了不同傳感器之間的沖突，增加了系統(tǒng)容量。此外，為了節(jié)省電池電量，本實(shí)施例的無線傳感器在不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和發(fā)送時(shí)將處于休眠狀態(tài)，由于不包含RTC芯片的無線傳感器在休眠狀態(tài)時(shí)其自身的時(shí)鐘將不準(zhǔn)確，本實(shí)施例無線傳感器根據(jù)所接收的時(shí)間對(duì)每一次休眠時(shí)長進(jìn)行調(diào)整，以滿足數(shù)據(jù)采集周期和數(shù)據(jù)發(fā)送周期的要求。 因此，本實(shí)施例的無線傳感器既能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器的節(jié)電，又能獲得正確的時(shí)鐘。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供另一種無線傳感器通信系統(tǒng)，圖4為該系統(tǒng)的示意圖。如圖所示，該無線傳感器系統(tǒng)包括集中器、與集中器連接的多個(gè)無線傳感器、轉(zhuǎn)發(fā)器以及與轉(zhuǎn)發(fā)器連接的多個(gè)無線傳感器(圖中未示)。轉(zhuǎn)發(fā)器通過其上一級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)器一級(jí)級(jí)連接到集中器。該集中器還可以和一計(jì)算機(jī)相連接，從計(jì)算機(jī)獲取當(dāng)前時(shí)間或通過計(jì)算機(jī)對(duì)集中器進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。
和實(shí)施例1不同的是，由于該系統(tǒng)既包含集中器又包含轉(zhuǎn)發(fā)器，無線傳感器在接入該系統(tǒng)時(shí)將會(huì)選擇一個(gè)接入設(shè)備，該接入設(shè)備可以是集中器也可以是轉(zhuǎn)發(fā)器。當(dāng)無線傳感器請(qǐng)求接入該系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)收到該請(qǐng)求的設(shè)備會(huì)返回一個(gè)應(yīng)答消息，該應(yīng)答消息中就包含該設(shè)備的自身路由信息。該路由信息由兩部分組成，一部分為路由等級(jí)，另一部分為已接入設(shè)備的數(shù)量。路由等級(jí)為距離集中器的跳數(shù)，集中器自身的路由等級(jí)為0。無線傳感器選擇路由等級(jí)最低以及已接入設(shè)備最少的應(yīng)答設(shè)備接入該無線傳感器系統(tǒng)。具體接入方法如下選擇路由等級(jí)最低的設(shè)備；如果存在多個(gè)路由等級(jí)相同的設(shè)備，則選擇自身接入設(shè)備最少的設(shè)備；如果路由等級(jí)和自身接入設(shè)備均相同，則隨機(jī)選擇一個(gè)設(shè)備接入；選擇完成后，向選定路由發(fā)出接入申請(qǐng)，接收確認(rèn)應(yīng)答，則自身路由等級(jí)為選定路由的等級(jí)+1 ；路由發(fā)生變化時(shí)，設(shè)備將重新選擇路由。
該系統(tǒng)的原理圖可以參考圖圖2d。所不同的是，本實(shí)施例的集中器20還包括集中器路由信息生成單元(圖中未示)，用于生成集中器路由信息，所述集中器路由信息包括路由等級(jí)和與集中器20連接的設(shè)備的數(shù)量，集中器20的路由等級(jí)為0。集中器發(fā)送單元203還用于發(fā)送集中器的路由信息。
本實(shí)施例的轉(zhuǎn)發(fā)器至少包括轉(zhuǎn)發(fā)器路由信息生成單元和轉(zhuǎn)發(fā)器路由發(fā)送單元 (圖中未示)。轉(zhuǎn)發(fā)器路由信息生成單元，用于生成轉(zhuǎn)發(fā)器路由信息，該轉(zhuǎn)發(fā)器路由信息包括路由等級(jí)和與該轉(zhuǎn)發(fā)器連接的設(shè)備的數(shù)量，所述轉(zhuǎn)發(fā)器的路由等級(jí)為距離所述集中器的跳數(shù)。轉(zhuǎn)發(fā)器路由發(fā)送單元，用于發(fā)送所述轉(zhuǎn)發(fā)器路由信息。
本實(shí)施例的無線傳感器21還包括接入單元，根據(jù)所述集中器和轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送的路由信息，選擇路由等級(jí)最低以及已接入設(shè)備數(shù)量最少的轉(zhuǎn)發(fā)器或集中器接入所述無線傳感器系統(tǒng)。本實(shí)施例的集中器和轉(zhuǎn)發(fā)器為實(shí)時(shí)不斷電的工作。
本實(shí)施例還是由集中器統(tǒng)一下發(fā)時(shí)間以及為系統(tǒng)中的每個(gè)無線傳感器分配數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，轉(zhuǎn)發(fā)器將集中器下發(fā)的時(shí)間以及數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙轉(zhuǎn)發(fā)給與該轉(zhuǎn)發(fā)器連接的無線傳感器。本實(shí)施例的無線傳感器系統(tǒng)不僅包含集中器還包含轉(zhuǎn)發(fā)器，在實(shí)施例1的有益效果基礎(chǔ)上還能進(jìn)一步擴(kuò)大系統(tǒng)容量。
以上所述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器通信方法，其特征在于，所述方法包括 按照預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)采集周期采集數(shù)據(jù)；從集中器無線接收當(dāng)前時(shí)間信息以及所述集中器為無線傳感器分配的指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，所述數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙為預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)發(fā)送周期內(nèi)的具體時(shí)間段；根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)間信息更新所述無線傳感器的本地時(shí)間，根據(jù)所接收的時(shí)間對(duì)每一次休眠時(shí)長進(jìn)行調(diào)整，以滿足數(shù)據(jù)采集周期和數(shù)據(jù)發(fā)送周期的要求，并在所述指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙內(nèi)發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在本次數(shù)據(jù)采集或發(fā)送以及下一次數(shù)據(jù)采集或發(fā)送之間，觸發(fā)所述無線傳感器進(jìn)入休眠狀態(tài)；根據(jù)本次休眠結(jié)束時(shí)無線接收的時(shí)間信息以及本次休眠開始時(shí)無線接收的時(shí)間信息， 生成本次休眠的實(shí)際時(shí)長；根據(jù)本次休眠的實(shí)際時(shí)長以及本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來生成下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)本次休眠的實(shí)際時(shí)長以及本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來生成下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長，具體包括如果本次休眠的實(shí)際時(shí)長大于本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長，則減少下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來調(diào)整下一次數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間，以滿足所述數(shù)據(jù)采集周期和數(shù)據(jù)發(fā)送周期的要求；如果本次休眠的實(shí)際時(shí)長小于本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長，則增加下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來調(diào)整下一次數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間，以滿足所述數(shù)據(jù)采集周期和數(shù)據(jù)發(fā)送周期的要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括根據(jù)所述無線傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送周期以及所述無線傳感器所接入的無線傳感器系統(tǒng)的容量，將所述數(shù)據(jù)發(fā)送周期劃分為與所述系統(tǒng)的容量對(duì)應(yīng)的多個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙； 將所述數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙分別分配給每個(gè)無線傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括接收對(duì)所發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)的應(yīng)答消息，所述應(yīng)答消息包含所述當(dāng)前時(shí)間信息； 如果在一預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收到應(yīng)答消息，則判斷為通信成功；如果在一預(yù)定時(shí)間內(nèi)未收到應(yīng)答消息，則判斷為通信失敗，并存儲(chǔ)未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)， 待下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送周期到來時(shí)發(fā)送所述未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)，所發(fā)送的數(shù)據(jù)包含采集時(shí)間信肩、ο
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 根據(jù)通信成功與通信失敗的次數(shù)生成通信成功率；如果通信成功率低于設(shè)定的閾值，則切換至下一頻道，直到滿足通信成功率的要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先進(jìn)行載波監(jiān)聽，如果載波空閑超過預(yù)定時(shí)間則發(fā)起隨機(jī)競爭； 在發(fā)起隨機(jī)競爭時(shí)再次進(jìn)行載波監(jiān)聽，如果載波空閑則進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
8.一種無線傳感器通信系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器通信系統(tǒng)包括集中器以及與所述集中器連接的多個(gè)無線傳感器；所述集中器包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元，用于提供當(dāng)前的時(shí)間；時(shí)隙分配單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的所述無線傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送周期以及所述無線傳感器通信系統(tǒng)的容量，將所述數(shù)據(jù)發(fā)送周期劃分為與所述系統(tǒng)容量對(duì)應(yīng)的多個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙， 并將所述數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙分別分配給系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)無線傳感器；集中器發(fā)送單元，連接所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元和所述時(shí)隙分配單元，向所述無線傳感器發(fā)送所述當(dāng)前的時(shí)間以及指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙；集中器接收單元，接收所述無線傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)； 所述無線傳感器包括傳感器接收單元，接收所述當(dāng)前時(shí)間和所述指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙； 時(shí)間更新單元，連接所述傳感器接收單元，根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)間更新本地時(shí)間； 定時(shí)器，提供數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)送的定時(shí)觸發(fā)； 采集單元，連接所述定時(shí)器，按照所述數(shù)據(jù)采集周期采集數(shù)據(jù)； 傳感器發(fā)送單元，連結(jié)所述定時(shí)器和所述采集單元，在所述指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙內(nèi)發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器還包括休眠觸發(fā)單元，連結(jié)所述定時(shí)器，在本次數(shù)據(jù)采集或發(fā)送以及下一次數(shù)據(jù)采集或發(fā)送之間，觸發(fā)所述無線傳感器進(jìn)入休眠狀態(tài)；休眠調(diào)整單元，連接所述時(shí)間更新單元和所述定時(shí)器，根據(jù)本次休眠結(jié)束時(shí)無線接收的時(shí)間信息以及本次休眠開始時(shí)無線接收的時(shí)間信息，生成本次休眠的實(shí)際時(shí)長；根據(jù)本次休眠的實(shí)際時(shí)長以及本次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長來生成下一次休眠的預(yù)設(shè)時(shí)長，以滿足所述數(shù)據(jù)采集周期和數(shù)據(jù)發(fā)送周期的要求。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述集中器發(fā)送單元還連接所述集中器接收單元，用于在收到所述傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)后提供應(yīng)答消息，所述應(yīng)答消息包含所述當(dāng)前時(shí)間信息； 所述傳感器接收單元，還用于接收所述應(yīng)答消息； 所述無線傳感器還包括存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)未收到應(yīng)答消息的發(fā)送數(shù)據(jù)； 所述傳感器發(fā)送單元，還用于發(fā)送所述存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，所發(fā)送的數(shù)據(jù)包含采集時(shí)間信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述集中器還包括集中器跳頻單元，根據(jù)數(shù)據(jù)通信質(zhì)量以及信道的占空比做出跳頻決定；所述無線傳感器還包括傳感器跳頻單元，根據(jù)所接收的應(yīng)答消息生成通信成功率，并根據(jù)通信成功率作出跳頻決定。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器還包括碰撞檢測單元，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先進(jìn)行載波監(jiān)聽，如果載波空閑超過預(yù)定時(shí)間則發(fā)起隨機(jī)競爭；在發(fā)起隨機(jī)競爭時(shí)再次進(jìn)行載波監(jiān)聽，如果載波空閑則進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
13.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器通信系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)發(fā)器，所述轉(zhuǎn)發(fā)器通過其上一級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)器一級(jí)級(jí)連接到所述集中器，所述轉(zhuǎn)發(fā)器連接多個(gè)無線傳感器，所述集中器還包括集中器路由信息生成單元，生成集中器路由信息，所述集中器路由信息包括路由等級(jí)和與所述集中器連接的設(shè)備的數(shù)量，所述集中器的路由等級(jí)為0 ；所述集中器發(fā)送單元，還用于發(fā)送集中器的路由信息；所述轉(zhuǎn)發(fā)器包括轉(zhuǎn)發(fā)器路由信息生成單元，生成轉(zhuǎn)發(fā)器路由信息，所述轉(zhuǎn)發(fā)器路由信息包括路由等級(jí)和與所述轉(zhuǎn)發(fā)器連接的設(shè)備的數(shù)量，所述轉(zhuǎn)發(fā)器的路由等級(jí)為距離所述集中器的跳數(shù)；轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送單元，用于發(fā)送所述轉(zhuǎn)發(fā)器路由信息；所述無線傳感器還包括接入單元，根據(jù)所述集中器和轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送的路由信息，選擇路由等級(jí)最低以及已接入設(shè)備數(shù)量最少的轉(zhuǎn)發(fā)器或集中器接入所述無線傳感器通信系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述集中器和轉(zhuǎn)發(fā)器為實(shí)時(shí)工作。
專利摘要
本發(fā)明提供一種無線傳感器通信系統(tǒng)及其通信方法，該方法包括按照預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)采集周期采集數(shù)據(jù)；無線接收當(dāng)前時(shí)間信息以及指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，所述數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙為預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)發(fā)送周期內(nèi)的具體時(shí)間段；根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)間信息更新本地時(shí)間，并在所述指定的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙內(nèi)發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)。本發(fā)明由集中器統(tǒng)一下發(fā)時(shí)間，無線傳感器不需要包含額外RTC芯片，節(jié)約了無線傳感器的成本。同時(shí)，集中器為每個(gè)無線傳感器分配具體的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，避免多個(gè)無線傳感器同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)所造成的碰撞，能夠極大提高該無線傳感器通信系統(tǒng)的容量。
文檔編號(hào)H04L12/28GKCN101515941 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200810057966
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2008年2月22日
發(fā)明者周旻, 曾永平, 王宏偉 申請(qǐng)人:北京北科驛唐科技有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2),