CN101521932A - 一种无线通信网络传输结构和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线通信网络传输结构，包括用于中心节点和从属节点之间进行数据传输的主信道，还包括用于由中心节点向从属节点传输信标的辅助信道，所述辅助信道的接收端接收到中心节点发出的信标帧信号后根据所述信标帧信号启动相匹配的从属节点。所述传输结构在通信过程中由信标帧到达的“事件驱动”代替了信道接收中的盲接收行为，消除了盲接收过程中从属节点消耗的无效用能量，提高了其能量效率和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种星型拓扑无线通信网络中信标传输的传输结构和方法。
背景技术
目前星型拓扑、主从结构的网络广泛出现在无线传感器网络、人体无线传感器网络等诸多应用中。在网络中各节点设备的体积、能量严格受限的应用中，需要尽可能提高能量效率，即尽量使得每部分能量消耗都有效用，从而延长节点设备的使用寿命。中心节点的资源约束相对而言往往宽松许多，所以资源严格受限的从属节点成为优化的重点。
在通信中，信标传递是能量效率很低的一类操作。在常规的通信方案中，信标帧的接收方为了捕捉到每一次传送来的信标，采用了“盲接收”的方法：无论发送方该时段有无动作，接收方的接收机都会一直开启并进行帧检测等操作。一般有两类事件需要信标帧进行网络同步：一类是在子节点接入时，另一类是在紧急唤醒时。对前一类事件，目前的方案包括IEEE802.15.4等协议都提供了一种无信标模式，该模式下由各个子节点采用载波侦听等防冲突机制来保证接入的可靠性。也就是说，在冲突概率允许的情况下，前一类子节点接入的事件可以采用无信标模式的通信。而对后一类事件，目前的方案中基本上采用接收方盲接收的方式，给功耗带来极大负担。在接收端盲接收、但发送方没有动作的时间段内，节点消耗的能量属于无效用的能量，很大程度上恶化了能量效率。有的设计中也采取了措施使得仅在某些时刻将盲接收侦听的操作打开、或者减少侦听操作的占空比等，可以获得少许的功耗和能耗效率改善，但是会使得对信标帧的反应时间拖长，甚至还有错过信标帧的可能。这些方法在紧急唤醒要求的网络中是不实用、不可信的。因此，亟需一种高效能的信标传输方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种无线通信网络传输结构和方法，通过在通常的星型网络中引入专门用于传递信标的辅助信道，避免了现有技术中为了接收仅有一定发生概率的信标帧信号而长时间监测所带来的无用功效损耗，实现高效能的信标传输。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种无线通信网络传输结构，包括用于中心节点和从属节点之间进行数据传输的主信道，所述无线通信网络传输结构还包括用于由中心节点向从属节点传输包含有载波能量信号以及信标帧信号的无线信号的辅助信道，所述辅助信道的接收端接收到中心节点发出的信标帧信号后根据所述信标帧信号启动与该信标帧信号相匹配的从属节点。
其中，所述辅助信道的接收端包括接收天线。
其中，所述信标帧信号包括同步码、识别编码、控制码和校验码。
其中，所述辅助信道的接收端还包括能量恢复模块，用于从接收到的中心节点发出的载波能量信号中恢复能量。
其中，所述辅助信道的接收端还包括：
信号解调单元，用于解调出所述信标帧携带的数据码字；
时钟恢复单元，用于给出相对应于数据码字的码元时钟；
信标帧判别单元，根据码元时钟核对所述信标帧的识别编码、同步码和校验码，利用控制码启动与所述识别编码相匹配的从属节点。
本发明还提供了一种利用上述无线通信网络传输结构的无线通信网络传输方法，所述方法包括以下步骤：
S1，中心节点通过辅助信道向若干从属节点发送载波能量信号以及信标帧信号；
S2，接收到所述信标帧信号的从属节点通过辅助信道接收端的能量恢复模块从所述能量信号中恢复能量；
S3，辅助信道接收端的数据恢复模块检测所接收到的信标帧信号的识别编码，启动与识别编码相匹配的从属节点通过主信道与中心节点进行通信。
其中，与识别编码不相匹配的从属节点丢弃所接收到的信标帧并保持休眠状态。
其中，所述从属节点的个数为两个或两个以上。
其中，所述主信道与所述辅助信道上的载波频率不同。
其中，所述主信道采用半/全双工通信方式，辅助信道采用单工通信方式。
本发明提供单工工作的、专门用于传输能量和信标的辅助信道，在通信过程中，只有当辅助信道的接收端接收到中心节点传输的信标帧才会核对识别编码并启动相匹配的从属节点，即由信标帧到达的
“事件驱动”代替了信道接收中的盲接收行为，消除了盲接收过程中从属节点消耗的无效用能量，提高了其能量效率和使用寿命。此外，辅助信道的接收端接收到信标帧的时候，在不需要消耗从属节点电源能量的情况下通过恢复能量核对信标帧，并给出控制信号完成相应从属节点的启动。本发明的方案原理新颖、结构简单，易于直接应用在星型网络协议的各种信标传输操作中。
附图说明
图1是传统星型网络通信结构示意图；
图2是本发明的一个实施例中的通信结构示意图；
图3是本发明的一个实施例中的辅助信道接收端结构示意框图；
图4是本发明的一个实施例中的信标传输过程流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示为传统星型网络的通信结构示意图。在传统星型网络的通信结构中，中心节点和从属节点之间采用单一信道，该信道中既传递一般数据又传递信标，并且不做能量传输。
如图2所示为本发明的一个实施例中的通信结构示意图。本实施例中通过引入专门传输信标的辅助信道(如图2中的虚线箭头所示)，将中心节点和从属节点之间的数据通信和信标通信分开到两个信道，并且用于数据通信的主信道(如图2中的实线箭头所示)不能用作能量传输，而在信标通信的辅助信道进行能量传输。
如图3所示为本发明的一个实施例中辅助信道接收端的结构示意图。辅助信道接收端1包括：接收天线11，用于接收无线信号，所述无线信号中包含有载波能量信号以及信标帧信号，所属信标帧信号一般包含有同步码、识别编码、控制码和校验码等；能量恢复模块12，用于从所述接收天线11接收到的无线信号中的载波能量中恢复能量，并作为数据恢复模块13的供电电源；数据恢复模块13，用于从所述接收天线11接收到的无线信号中提取中信标帧，并由信号解调模块131解调出信标帧所携带数据码字，以及由时钟恢复单元132给出相对应于数据码字的码元时钟，之后由信标帧判别单元133根据码元时钟核对所述信标帧的识别编码、同步码和校验码，利用控制码启动与所述识别编码相匹配的从属节点。
如图4所示为本发明的一个实施例中的信标传输过程流程图。假设该星型网络中包含中心节点和至少两个从属节点。中心节点通过主信道完成常规的数据交换，在数据的融合分析后需要立刻唤醒其中一个从属节点。中心节点通过辅助信道向若干从属节点发送载波能量信号以及信标帧信号，此时会有多个从属节点同时接收该信标帧；接收到所述信标帧信号的从属节点通过辅助信道接收端的能量恢复模块从所述能量信号中恢复能量；辅助信道接收端的数据恢复模块根据所接收到的信标帧的识别编码判断所述恢复能量的从属节点，启动与识别编码相匹配的从属节点通过主信道与中心节点进行通信，与识别编码不相匹配的从属节点丢弃所接收到的信标帧并保持休眠状态。
本发明提供单工工作的、专门用于传输能量和信标的辅助信道，在通信过程中，只有当辅助信道的接收端接收到中心节点传输的信标帧才会核对识别编码码并启动相匹配的从属节点，即由信标帧到达的“事件驱动”代替了信道接收中的盲接收行为，消除了盲接收过程中从属节点消耗的无效用能量，提高了其能量效率和使用寿命。此外，辅助信道的接收端接收到信标帧的时候，在不需要消耗从属节点电源能量的情况下通过恢复能量核对信标帧，并给出控制信号完成相应从属节点的启动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种无线通信网络传输结构，包括用于中心节点和从属节点之间进行数据传输的主信道，其特征在于，所述无线通信网络传输结构还包括用于由中心节点向从属节点传输包含有载波能量信号以及信标帧信号的无线信号的辅助信道，所述辅助信道的接收端接收到中心节点发出的信标帧信号后根据所述信标帧信号启动与该信标帧信号相匹配的从属节点。
2、如权利要求1所述无线通信网络传输结构，其特征在于，所述辅助信道的接收端包括接收天线。
3、如权利要求2所述无线通信网络传输结构，其特征在于，所述信标帧信号包括同步码、识别编码、控制码和校验码。
4、如权利要求2或3所述无线通信网络传输结构，其特征在于，所述辅助信道的接收端还包括能量恢复模块，用于从接收到的中心节点发出的载波能量信号中恢复能量。
5、如权利要求4所述无线通信网络传输结构，其特征在于，所述辅助信道的接收端还包括：
信号解调单元，用于解调出所述信标帧携带的数据码字；
时钟恢复单元，用于给出相对应于数据码字的码元时钟；
信标帧判别单元，根据码元时钟核对所述信标帧的识别编码、同步码和校验码，利用控制码启动与所述识别编码相匹配的从属节点。
6、一种利用权利要求1-5任一项所述无线通信网络传输结构的无线通信网络传输方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1，中心节点通过辅助信道向若干从属节点发送载波能量信号以及信标帧信号；
S2，接收到所述信标帧信号的从属节点通过辅助信道接收端的能量恢复模块从所述能量信号中恢复能量；
S3，辅助信道接收端的数据恢复模块检测所接收到的信标帧信号的识别编码，启动与识别编码相匹配的从属节点通过主信道与中心节点进行通信。
7、如权利要求6所述无线通信网络传输方法，其特征在于，在步骤S3中，与识别编码不相匹配的从属节点丢弃所接收到的信标帧并保持休眠状态。
8、如权利要求6或7所述无线通信网络传输方法，其特征在于，所述从属节点的个数为两个或两个以上。
9、如权利要求6所述无线通信网络传输方法，其特征在于，所述主信道与所述辅助信道上的载波频率不同。
10、如权利要求6所述无线通信网络传输方法，其特征在于，所述主信道采用半/全双工通信方式，辅助信道采用单工通信方式。
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