CN102238706A - 基于rtc的低功耗无线传感器节点 - Google Patents

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赵国安
薛琳强
刘玉龙
郁斌
田明
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赵国安
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    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
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Abstract

本发明公开了一种基于RTC的低功耗无线传感器节点，采用了本发明的所述的结构与设计后，由于所有的节点只同时在规定的时间范围内通讯，其它时间节点进入深度睡眠，从而能够保持最小的功耗，并且能够长时间的稳定工作，同时这种设计节省的能够与其他现有技术相比是比较大的，丢包率不高，在真实环境中，一般可以使得节点稳定工作一年以上。

Description

基于RTC的低功耗无线传感器节点
技术领域
本发明涉及一种无线网络传感器节点，尤其涉及一种能耗较小的且能够稳定工作的无线网络传感节点。
背景技术
目前无线传感器网络技术越来越得到重视，其应用也越来越广泛，但是能耗问题一直是制约其快速发展的一个重要因素。无线传感器的节点从一开始就特别注重能量问题，由于一般情况下节点是使用电池形式供电的，而无线数据收发又是极耗能量的，同时无线传感网络的应用一般又要求节点能够长时间的工作，基本上要求在1年以上。因此即使当今世界上最优秀的射频芯片，其耗电量也是一般电池所难以承受。
为了解决无线传感器网络的能耗问题，全世界有大量的人在投入精力和时间在研究。研究学者认为可以从MAC协议和路由协议上来解决能耗问题。因此以前的研究大部分集中于对于尽量低能耗的MAC协议和路由协议上，研究学者做了大量的理论研究，仿真实验甚至于各种硬件平台上的实验。但是这种研究并没有给实际的应用带来质的改变，因为这种节省的能耗总是相当的有限的。例如X-MAC协议是通过低功耗侦听来实现的，也就是在收发数据时通过一定占空比的侦听周期来减少两个点间单次射频传输的能耗。而实际的情况是，由于这种方法所对应的周期非常的小，所以要求开关次数很频率，失败率较高，而且一般是通过开关射频模块来完成的，实际上没有使整个节点进入深度休眠状态。因此，这种方法所能减少的能量有限，而且丢包率较高，无法应用到真实的环境中，来使节点可以稳定工作一年以上。
例如路由协议也通常是选择路由的上面做工作，通常通过一定的算法实现最优路径的选择。在理论上证明多次短距离的射频传输比一次长距离的射频传输功耗要来得小。而实现的情况是一般硬件平台上，由于多次传输碰撞的机会较大，耗能更多。且由于射频的功耗主要耗费在接收功耗上，这种减少发送数据时的瞬时功耗所带来的效果是不显著的。缺点：多次传输实际耗能大，减少发送数据时的瞬时功耗对于功耗的减少是有限的。因此，如何解决无线传感器节点能耗过大的问题，成为现有技术中值得解决问题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低功耗的无线传感器节点，其能降低能耗，同时又能长时间稳定的工作。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于RTC的低功耗无线传感器节点，包括电源与射频芯片，其中所述网络中的所有节点都配备有一个全局的实时时钟模块。
作为本发明所述的基于RTC的低功耗无线传感器节点的一种优选方案，其中所述各个节点配备的实时时钟为时间同步的时钟模块。
作为本发明所述的基于RTC的低功耗无线传感器节点的一种优选方案，其中所述各个节点数据收发同步。
作为本发明所述的基于RTC的低功耗无线传感器节点的一种优选方案，其中所述各个节点休眠控制同步。
作为本发明所述的基于RTC的低功耗无线传感器节点的一种优选方案，其中所述节点通过射频网络与基站点连接。
作为本发明所述的基于RTC的低功耗无线传感器节点的另一种优选方案，其中所述基站点与网管连接。
采用了本发明的所述的结构与设计后，由于所有的节点只同时在规定的时间范围内通讯，其它时间节点进入深度睡眠，从而能够保持最小的功耗，并且能够长时间的稳定工作，同时这种设计节省的能够与其他现有技术相比是比较大的，丢包率不高，在真实环境中，一般可以使得节点稳定工作一年以上。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明所述低功耗无线传感器节点系统架构示意图。
具体实施方式
我们分析了真实应用里对无线传感网络低功耗的要求，大部分对于功耗要求较高的场合实际也是数据发送量较少和发送频率较低的场合，通常是在分钟级别的发送频率。因此提出了一种解决方案：让网络中的所有节点都配备一个全局的RTC(Real-Time Clock实时时钟)模块，将这些时钟时间同步，然后让所有的节点只同时在规定的时间范围内通讯，其它时间节点进入深度睡眠，保持最小的功耗。如图1所示，其中1为RF射频网络，2为实时时钟模块，3为传感器节点，4为基站点，5为网管。
我们在实现时以CC2430节点作为硬件平台。先做一个计算，假设应用场合中要求节点每5分钟上报一个传感器数据(比如温度数据等)。则由于节点通讯的时候实际需要的时间很短，基本上在5秒钟之类，可以保证100个节点全部的数据传输完成。CC2430节点在休眠时的功耗为0.9uA，而在收发数据时的平均功耗为30mA。则每小时节点收发时间为12*5＝60s，每天收发数据耗电60*24*30/3600＝12mAh。以一节2400mAh的电池为例，则可以工作200天左右，忽略休眠时功耗。
在实现时主要涉及到如下几部分工作：RTC时钟芯片的设计与实现；时间同步；休眠控制与数据收发。
通过自主研制的无线传感器网络节点在目标区域部署，节点自组织成网状网络，在无人值守的情况下通过节点上的传感器采集部署区域内的数据信息，将信息汇总至同样是自主研制的基站点，再由基站点将采集并数据上报，并实现了PC、手机、PDA等多种终端的信息浏览和应用功能。整个系统的使用，使得观测者可以远程、不定期、多方式的自由浏览和统计被观测区域内长时间的信息资料。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于RTC的低功耗无线传感器节点，包括电源与射频芯片，其特征在于：无线网络中的所有所述节点(3)都配备有一个全局的实时时钟模块(2)。
2.根据权利要求1所述的基于RTC的低功耗无线传感器节点，其特征在于：所述各个节点(3)配备的实时时钟为时间同步的时钟模块(2)。
3.根据权利要求2所述的基于RTC的低功耗无线传感器节点，其特征在于：所述各个节点(3)数据收发同步。
4.根据权利要求2所述的基于RTC的低功耗无线传感器节点，其特征在于：所述各个节点(3)休眠控制同步。
5.根据权利要求1所述的基于RTC的低功耗无线传感器节点，其特征在于：所述节点(3)通过射频网络(1)与基站点(4)连接。
6.根据权利要求5所述的基于RTC的低功耗无线传感器节点，其特征在于：所述基站点(4)与网管(5)连接。
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