1161'/5油3(31'化61'通信模式和1?69〇1'古/ Sink通信模式。Client/server通信模式支持動(dòng)態(tài)的、非周期的信息的單播傳輸，可W實(shí)現(xiàn) 用戶(hù)應(yīng)用對(duì)象中參數(shù)的讀、寫(xiě)等信息獲取或設(shè)置操作。首先由Client端確定需要操作的參 數(shù)，即給定參數(shù)的尋址信息，如果是寫(xiě)操作，還應(yīng)準(zhǔn)備好需要寫(xiě)入的參數(shù)值，按照固定的方 法數(shù)據(jù)格式進(jìn)行封裝，然后將運(yùn)些信息W及傳輸模式通過(guò)應(yīng)用子層提供的數(shù)據(jù)傳輸原語(yǔ)提 交給應(yīng)用子層。Publisher/Subscriber通信模式支持預(yù)先配置的、周期的信息傳輸，A化提 供的發(fā)布服務(wù)是從發(fā)布者對(duì)象(PubliSher；)到訂閱對(duì)象（Subscriber)，任何一個(gè)對(duì)象都可 作為發(fā)布者或者訂閱者。為了最小化通信帶寬的使用，一般集中器對(duì)象用于發(fā)布，分散對(duì)象 用于訂閱。Report/Sink通信模式用于支持非周期性的報(bào)警或事件報(bào)告，W及針對(duì)報(bào)警或事 件的確認(rèn)操作。產(chǎn)生報(bào)警數(shù)據(jù)的設(shè)備將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，通過(guò)應(yīng)用子層提供的數(shù)據(jù)傳輸原語(yǔ) 將數(shù)據(jù)提交到應(yīng)用子層。應(yīng)用支持子層W中間件的方式提供給用戶(hù)應(yīng)用，按照統(tǒng)一的接口 實(shí)現(xiàn)不同用戶(hù)進(jìn)程與下層的數(shù)據(jù)傳遞。
[0060]如圖1所示，通信網(wǎng)整體架構(gòu)是一種多頻段多信道傳輸模式，本實(shí)施例中的多頻段 多信道傳輸及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流劃歸于于應(yīng)用層，將應(yīng)用層劃分出一個(gè)應(yīng)用子層，所述應(yīng)用層設(shè) 置有應(yīng)用層主狀態(tài)機(jī)，所述應(yīng)用子層設(shè)置有應(yīng)用支持子層主狀態(tài)機(jī)和應(yīng)用支持子層接收狀 態(tài)機(jī)；
[0061 ] 所述應(yīng)用層主狀態(tài)機(jī)(Apl FSM)用于管理用戶(hù)應(yīng)用進(jìn)程、設(shè)備應(yīng)用進(jìn)程W及調(diào)用 應(yīng)用支持子層服務(wù)請(qǐng)求原語(yǔ)；
[0062] 所述應(yīng)用支持子層接收狀態(tài)機(jī)用于解析協(xié)議，調(diào)用上層服務(wù)指示原語(yǔ)或者進(jìn)入主 狀態(tài)機(jī)執(zhí)行服務(wù)響應(yīng)原語(yǔ)；
[0063] 所述應(yīng)用支持子層主狀態(tài)機(jī)(Aps FSM)用于網(wǎng)絡(luò)管理、安全管理、報(bào)文聚合與解聚 W及調(diào)用傳輸層服務(wù)請(qǐng)求原語(yǔ)。
[0064] 在本實(shí)施例中，應(yīng)用層主函數(shù)實(shí)現(xiàn)了十幾種電力協(xié)議驅(qū)動(dòng)及數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序， W及從形成網(wǎng)絡(luò)、組網(wǎng)到數(shù)據(jù)通信的協(xié)議找運(yùn)行時(shí)序。系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理和安全管理位于 操作后臺(tái)。應(yīng)用層設(shè)計(jì)框架主要包括組網(wǎng)、應(yīng)用對(duì)象列表匯報(bào)、資源分配和用戶(hù)應(yīng)用進(jìn)程四 部分，其具體的設(shè)計(jì)框架如圖2所示。本實(shí)施例通過(guò)通信管理機(jī)將230M化子網(wǎng)與另一端的 433MHz 或 470MHz 或 780MHz 子網(wǎng)相連。
[0065] 在本實(shí)施例中，由于距離遠(yuǎn)或障礙物遮擋等問(wèn)題，單跳的星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟巡荒苓m 用一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用基于多跳級(jí)聯(lián)通信的樹(shù)形網(wǎng)或網(wǎng)狀網(wǎng)，多數(shù)路由算法只考 慮影響網(wǎng)絡(luò)通信的一種情況作為算法的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，如一些研究中只考慮信道質(zhì)量。而另外 一部分算法中只將鏈路中的通信延時(shí)作為尋求最優(yōu)路徑的準(zhǔn)則，在實(shí)際中，通信鏈路的信 道較差時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)通信的丟包現(xiàn)象。由于數(shù)據(jù)在空中采用電磁波的方式傳播，速率極快， 在無(wú)線(xiàn)傳輸過(guò)程中所造成的端到端延時(shí)可W忽略不計(jì)，因此通信延時(shí)主要與確定性調(diào)度所 產(chǎn)生的時(shí)隙偏移有關(guān)。另外，若所選的最優(yōu)路徑上的一些節(jié)點(diǎn)負(fù)載過(guò)大，能量損耗過(guò)快，將 降低了其電池的壽命，也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，本實(shí)施例根據(jù)確定性調(diào)度分配的節(jié)點(diǎn)間 的時(shí)隙偏移和跳信道過(guò)程的信道質(zhì)量，選取最佳的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，具體的，如圖3-6所 示，將確定性調(diào)度所產(chǎn)生的時(shí)隙偏移和跳信道過(guò)程中所選信道的信道質(zhì)量作為兩個(gè)權(quán)值， 分別記為Gs和Gq,將I Pv6傳感網(wǎng)子網(wǎng)抽象為分別W運(yùn)兩組權(quán)值組成的兩個(gè)加權(quán)圖，分別W Gs和Gq標(biāo)識(shí)。每個(gè)有向圖中的每條邊上都有相應(yīng)的權(quán)值。時(shí)隙偏移，確定性調(diào)度是在滿(mǎn)足時(shí) 間同步的條件下，將在超帖中相應(yīng)的時(shí)隙分配給網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)用于其數(shù)據(jù)通信。源節(jié)點(diǎn) 可W在確定性調(diào)度所分配的時(shí)隙中有序的發(fā)送數(shù)據(jù)；同時(shí)，對(duì)應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)也在預(yù)定的時(shí) 隙上有序的接收源節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào)文。所有的終端設(shè)備均要按照調(diào)度實(shí)體分配的時(shí) 隙收發(fā)數(shù)據(jù)。信道質(zhì)量，根據(jù)I邸E 802.15.4-2006標(biāo)準(zhǔn)，工作于全球性通用免費(fèi)的2.4G化 I SM頻段，有16條信道(11-26)可W選擇。在此頻段上，還有其他無(wú)線(xiàn)短距離網(wǎng)絡(luò)的共存，比 如I E邸802.11網(wǎng)絡(luò)，基于I E邸802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)（Zi gBee，無(wú)線(xiàn)HART,WI A-PA)，藍(lán)牙W及RFI D系統(tǒng)等。為了防止運(yùn)些工作在相同頻段上的設(shè)備的干擾，需要采用跳信 道技術(shù)，W減少設(shè)備在每一條信道工作的時(shí)間，從而減少了其他設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)本身的干擾，也 降低了對(duì)其他無(wú)線(xiàn)設(shè)備的影響。但是，對(duì)應(yīng)于路徑中時(shí)隙所對(duì)應(yīng)的每條信道都存在被干擾 的可能性，不同的信道也會(huì)影響路由作出路徑選擇后數(shù)據(jù)的通信，如圖3-6所示，只考慮時(shí) 隙偏移，在滿(mǎn)足調(diào)度要求的路徑中，有可能鏈路質(zhì)量較差，那么就會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，浪費(fèi)通 信資源。本實(shí)施例中的路由算法能夠同時(shí)保證確定性調(diào)度和信道質(zhì)量最優(yōu)。
[0066] 如圖7所示，在本實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)采用分布式的節(jié)能管理方案，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)能 量管理器，能量管理器進(jìn)程運(yùn)行于路由設(shè)備內(nèi)部，每個(gè)能量管理器分別管理各自的多個(gè)子 節(jié)點(diǎn)設(shè)備。能量管理主要是由節(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)的能量管理進(jìn)程化MAP)和能量管理器共同完成 的，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，能量管理進(jìn)程(EMAP)接受能量管理器的管理，能量管理器可W設(shè)置各種 配置參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)(如數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙、發(fā)送狀態(tài)是壓縮發(fā)送還是長(zhǎng)數(shù)據(jù)帖發(fā)送）；在單個(gè) 節(jié)點(diǎn)設(shè)備中，采用深度休眠、射頻休眠和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)緩存，有選擇性的進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮發(fā)送或長(zhǎng) 數(shù)據(jù)帖發(fā)送，并通過(guò)能量管理進(jìn)程(EMAP)進(jìn)行各種節(jié)能參數(shù)(如深度休眠時(shí)隙，數(shù)據(jù)緩存時(shí) 隙）的動(dòng)態(tài)設(shè)置。在傳輸模塊對(duì)被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(如電流、電壓和電能等）的采集、存儲(chǔ)、分析過(guò)程 中，傳輸模塊啟動(dòng)休眠機(jī)制，從而節(jié)省了能耗；當(dāng)被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)較小的情況下，節(jié)點(diǎn)設(shè)備 會(huì)自動(dòng)增加自身休眠時(shí)間，而不改變喚醒時(shí)間，從而增加了傳輸模塊節(jié)能狀態(tài)在整個(gè)運(yùn)行 時(shí)間內(nèi)所占的比例，達(dá)到了節(jié)能狀態(tài)自動(dòng)優(yōu)化的目的；同時(shí)傳輸模塊按照能量管理器要求 的數(shù)據(jù)緩存隊(duì)列深度，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存發(fā)送，對(duì)多次監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)一次就發(fā)送出去，從而也節(jié) 省了能耗;在被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值較大的情況下，還可W根據(jù)能量管理器的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮發(fā) 送，減少了數(shù)據(jù)帖的長(zhǎng)度，從而進(jìn)一步減少了能耗。傳輸模塊啟動(dòng)能量管理進(jìn)程初始化相關(guān) 參數(shù)，之后運(yùn)行節(jié)能UAP，首先，進(jìn)入深度休眠狀態(tài)(CPU，采集模塊，存儲(chǔ)器，射頻模塊全部進(jìn) 入休眠狀態(tài)，只有內(nèi)部休眠定時(shí)器處于工作狀態(tài)），經(jīng)過(guò)深度休眠時(shí)隙Tdsi時(shí)間后，休眠定時(shí) 器通過(guò)內(nèi)部中斷方式將節(jié)點(diǎn)設(shè)備喚醒，傳輸模塊從深度休眠狀態(tài)進(jìn)入射頻休眠狀態(tài)（只有 射頻模塊休眠，其他部分已被喚醒），在射頻休眠狀態(tài)，采集模塊采集如流量、溫度、壓力、轉(zhuǎn) 速等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。在射頻休眠狀態(tài)時(shí)隙，傳輸模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)隊(duì)列分 析數(shù)據(jù)變化情況，并調(diào)整深度休眠時(shí)隙Tdsi。傳輸模塊判斷本地采集模塊采集的數(shù)據(jù)隊(duì)列是 否大于啟動(dòng)算法的最小數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)DNmin, W便能對(duì)被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況做出準(zhǔn)確分析;如果 數(shù)據(jù)隊(duì)列大于啟動(dòng)算法的最小數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)則節(jié)點(diǎn)設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)本地的深度休眠時(shí)隙Tdsi,否 則在射頻休眠時(shí)隙結(jié)束時(shí)節(jié)點(diǎn)設(shè)備重復(fù)啟動(dòng)能量管理進(jìn)程。最終模塊的通信頻段包括 230MHz\433MHz\470MH\780MHz四頻段，接口方式包括RS232或RS485或W太網(wǎng)等，供電方式 包括插電式和電池式。
[0067] 本