CN102740427A - 唤醒无线传感器的方法、无线传感器及无线传感器系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种唤醒无线传感器的方法、无线传感器及无线传感器系统。该方法包括：接收装置按照设置的时间周期连续发送多个唤醒数据包；第一定时器在设置的第一定时时间到时，唤醒无线传感器接收唤醒数据包；根据接收的唤醒数据包以及时间周期更新第一定时时间；计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发无线传感器置于休眠状态；在第二定时时间到时，唤醒无线传感器，监听到没有其它无线传感器发送采集数据包，发送采集数据包，并在发送完后置于休眠状态。应用本申请，可以减少无线传感器功耗、延长其工作时间。

Description

唤醒无线传感器的方法、无线传感器及无线传感器系统

技术领域

本申请涉及无线传感器技术，特别涉及一种唤醒无线传感器的方法、无线传感器及无线传感器系统。

背景技术

随着物联网技术的普及，为了远程监控设备的工作环境和运行状态，越来越多的设备上安装了无线传感器，监测区域内安装的多个无线传感器通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的无线传感器网络（WSN，Wireless SensorNetwork）系统，每个无线传感器成为系统中的一个节点，称作无线传感器节点（sensor node），用以协作地感知、采集和处理监测区域中被感知设备的数据信息，并发送给外部集中收集无线传感器数据的接收装置，其中，接收装置可以是基站、路由器或者是其他能够处理无线传感器数据的终端设备。

由于无线传感器一般应用在环境较为恶劣或布线不便的场景，例如，应用于边境防入侵系统或石油管道，因而，常采用电池供电的方式。为了有效降低无线传感器的功耗、延长其工作时间，需要在无线传感器不采集数据或不向接收装置传输采集数据时，将其置于休眠状态，并在需要进行采集数据传输时被及时唤醒，从而减少功耗以延长工作时间。

图1为现有唤醒无线传感器的方法流程示意图。参见图1，该流程包括：

步骤101，接收装置按照预先设置的时间周期发送唤醒数据包；

本步骤中，接收装置周期性地向无线传感器系统中的无线传感器发送一个唤醒数据包，唤醒数据包中携带设置的用于无线传感器发送采集数据的时隙信息以及发送时长信息等。

唤醒数据包包括广播唤醒数据包以及单播数据包，其中，广播数据包用于唤醒无线传感器系统中的所有无线传感器，单播数据包用于唤醒无线传感器系统中特定的无线传感器。

时间周期可以根据实际需要进行确定。

实际应用中，接收装置与无线传感器一般采用工业、科学和医用（ISM，IndustrialScientific Medical）频段进行通信，该频段的频率范围为432~434MHz或2400~2485MHz。

步骤102，在预先设置的定时时间到时，无线传感器中的定时器唤醒无线传感器；

本步骤中，对于初次启动的无线传感器，预先设置的定时时间为零，即在无线传感器启动后，处于唤醒状态；

对于启动后的无线传感器，预先设置的定时时间为接收到唤醒数据包时开始计算的接收装置设置的时间周期，即在接收到唤醒数据包后，再经过接收装置设置的时间周期时间，重新唤醒该无线传感器。

步骤103，唤醒的无线传感器在接收到唤醒数据包后，监听是否有其它无线传感器在分配的时隙向接收装置发送采集数据包，如果没有，则向接收装置发送采集数据包，如果有，则进入休眠状态，等待下一次定时时间的唤醒。

本步骤中，唤醒的无线传感器如果接收到唤醒数据包，判断该唤醒数据包是否为广播唤醒数据包：

如果为广播唤醒数据包、且自身需要将采集数据包向接收装置发送，则获取广播唤醒数据包中的时隙信息，监听在广播唤醒数据包中包含的各时隙内，是否有其它无线传感器在向接收装置发送采集数据包，如果所有的时隙内都有无线传感器在向接收装置发送采集数据包，则进入休眠状态，等待下一次定时时间被唤醒；如果在一个或多个时隙内，没有无线传感器向接收装置发送采集数据包，则随机选取时隙，并在该选取的时隙中向接收装置发送采集数据包；

如果该唤醒数据包为单播唤醒数据包，则判断该单播数据包是否是发送给自身的，如果不是，则进入休眠状态，如果是，则监听是否有其它无线传感器在单播唤醒数据包中包含的各时隙内向接收装置发送采集数据包，如果所有的时隙内都有无线传感器在向接收装置发送采集数据包，则进入休眠状态，等待下一次定时时间被唤醒；如果在一个或多个时隙内，没有无线传感器向接收装置发送采集数据包，则随机选取时隙，并在该选取的时隙中向接收装置发送采集数据包。

由上述可见，现有唤醒无线传感器的方法，无线传感器在唤醒后，进入接收状态，开始接收网络侧接收装置按照时间周期发送的唤醒数据包，如果没有接收到唤醒数据包，则一直处于接收状态，等待接收下一时间周期发送的唤醒数据包，直至接收到唤醒数据包。这样，在没有接收到唤醒数据包之前，需要一直处于接收状态，使得无线传感器的功率消耗较大，造成其有效工作时间降低；进一步地，ISM频段的传输距离一般在10~100米之间，其发射功率被限制在20dBm（100mW）以下，如果接收装置与无线传感器相距较远，需要更大的发射功率，而更大的发射功率意味着更大的发射电流，这对于使用电池供电的无线传感器来说，增加的电流将使无线传感器工作时间减少，如果不增加发射功率，又将使得接收装置与无线传感器容易失去连接，但失去连接的无线传感器也需要处于接收状态，尝试接收唤醒数据包，导致需要花费大量的时间去寻找接收装置，对接收装置的响应时间长、功耗大，这种无线传感器网络系统对于经常变换网络拓扑结构的应用很难适用。

发明内容

本申请的主要目的在于提出一种唤醒无线传感器的方法，减少无线传感器功耗、延长无线传感器的工作时间。

本申请的另一目的在于提出一种无线传感器，减少无线传感器功耗、延长无线传感器的工作时间。

本申请的再一目的在于提出一种无线传感器系统，减少无线传感器功耗、延长无线传感器的工作时间。

为达到上述目的，本申请提供了一种唤醒无线传感器的方法，该方法包括：

接收装置按照预先设置的时间周期连续发送多个唤醒数据包；

无线传感器中的第一定时器在预先设置的第一定时时间到时，唤醒无线传感器接收唤醒数据包；

确定接收到唤醒数据包，根据接收的唤醒数据包以及接收装置设置的时间周期更新第一定时时间；

计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发无线传感器置于休眠状态；

在第二定时时间到时，唤醒无线传感器，监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，向接收装置发送采集数据包，并在发送完采集数据包后置于休眠状态。

所述唤醒无线传感器接收唤醒数据包后，进一步包括：

无线传感器启动设置的第三定时器，如果第三定时器定时到时，还未接收到唤醒数据包，则以设置的默认数值更新第一定时器中的定时时间，并触发进入休眠状态。

所述唤醒数据包包括广播唤醒数据包以及单播数据包，

所述广播唤醒数据包中携带设置的用于无线传感器发送采集数据包的时隙信息以及发送时长信息；

所述单播唤醒数据包中携带设置的用于无线传感器发送采集数据包的时隙信息、发送时长信息以及无线传感器标识信息。

所述监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包包括：

监听在接收装置发送完毕唤醒数据包后的接收时间内、且在发送采集数据包之前的预设时间内，没有无线传感器向接收装置发送数据包。

所述在第二定时时间到时，唤醒无线传感器后，进一步包括：

监听在接收装置发送完毕唤醒数据包后的接收时间内、且在发送采集数据包之前的预设时间内，都有无线传感器在向接收装置发送数据包，则进入休眠状态。

所述根据接收的唤醒数据包以及接收装置设置的时间周期更新第一定时时间包括：

获取接收的唤醒数据包的第一时间点信息；

根据第一时间点信息和接收装置发送唤醒数据包的时间周期设置第一定时时间并更新第一定时器。

所述接收装置和无线传感器之间采用超窄带无线调制方式进行数据传输。

一种无线传感器，该无线传感器包括：第一定时器、唤醒数据包接收及监听模块、第二定时器、采集数据包发送模块，其中，

第一定时器，用于设置的第一定时时间到时，唤醒所述唤醒数据包接收及监听模块接收唤醒数据包；

唤醒数据包接收及监听模块，用于在被第一定时器唤醒后，接收唤醒数据包，确定接收到唤醒数据包，根据接收的唤醒数据包以及外部接收装置设置的时间周期更新第一定时器中的第一定时时间；计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发自身置于休眠状态；

在被第二定时器唤醒后，监听是否有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，在监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，向采集数据包发送模块发送触发信息；

第二定时器，用于在第二定时时间到时，唤醒所述唤醒数据包接收及监听模块；

采集数据包发送模块，用于在接收到触发信息后，向接收装置发送采集数据包，并在发送完采集数据包后置于休眠状态。

进一步包括：

第三定时器，用于在第一定时器唤醒所述唤醒数据包接收及监听模块时，对所述唤醒数据包接收及监听模块进行定时，如果定时到时，所述唤醒数据包接收及监听模块还未接收到唤醒数据包，则以设置的默认数值更新第一定时器中的定时时间，并触发所述唤醒数据包接收及监听模块进入休眠状态。

一种无线传感器系统，该无线传感器系统包括：接收装置以及无线传感器，其中，接收装置，用于按照预先设置的时间周期连续发送多个唤醒数据包；

无线传感器，用于在内置的第一定时器设置的第一定时时间到时，唤醒接收唤醒数据包；确定接收到唤醒数据包，根据接收的唤醒数据包以及接收装置设置的时间周期更新第一定时时间；计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为内置的第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发自身置于休眠状态；在第二定时时间到时，唤醒无线传感器，监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，向接收装置发送采集数据包，并在发送完采集数据包后置于休眠状态。

由上述的技术方案可见，本申请提供的一种唤醒无线传感器的方法、无线传感器及无线传感器系统，接收装置按照预先设置的时间周期连续发送多个唤醒数据包；无线传感器中的第一定时器在预先设置的第一定时时间到时，唤醒无线传感器接收唤醒数据包；确定接收到唤醒数据包，根据接收的唤醒数据包以及接收装置设置的时间周期更新第一定时时间；计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发无线传感器置于休眠状态；在第二定时时间到时，唤醒无线传感器，监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，向接收装置发送采集数据包，并在发送完采集数据包后置于休眠状态。这样，接收装置通过连续发送多个唤醒数据包，可以有效提高无线传感器接收到唤醒数据包的概率，无线传感器在接收到唤醒数据包后，在接收装置发送剩余唤醒数据包的时间内置于休眠状态，有效地减少了无线传感器功耗、延长了无线传感器的工作时间。

附图说明

图1为现有唤醒无线传感器的方法流程示意图。

图2为本发明实施例唤醒无线传感器的方法流程示意图。

图3为本发明实施例无线传感器系统的结构示意图。

图4为本发明实施例无线传感器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

现有唤醒无线传感器的方法，无线传感器在唤醒后，如果没有接收到唤醒数据包，需要间歇长时间的处于接收状态，直至接收到唤醒数据包，使得无线传感器消耗的功率较大，造成其工作时间降低。本发明实施例中，为了提高无线传感器接收到唤醒数据包的概率，考虑在接收装置侧，按照预先设置的时间周期，连续发送多个唤醒数据包，并在无线传感器处于空闲状态时，及时将其置于休眠状态，在需要进行采集数据包传输时，通过无线传感器中设置的定时器予以唤醒。这样，可以增加无线传感器接收到唤醒数据包的概率，从而无需使其间歇长时间的处于接收状态，以降低其功耗。

图2为本发明实施例唤醒无线传感器的方法流程示意图。参见图2，该流程包括：

步骤201，接收装置按照预先设置的时间周期连续发送多个唤醒数据包；

本步骤中，接收装置周期性地向无线传感器系统中的无线传感器发送多个（两个以上）唤醒数据包，唤醒数据包中携带设置的用于无线传感器发送采集数据的时隙信息以及发送时长信息等。

唤醒数据包包括广播唤醒数据包以及单播数据包，其中，广播数据包用于唤醒无线传感器系统中的所有无线传感器，单播数据包用于唤醒无线传感器系统中特定的无线传感器。例如，如果在当前时间周期内，无线传感器根据接收的广播唤醒数据包，确定进行采集数据包传输，如果确定还有大量的采集数据包需要发送，则可以在向接收装置发送的采集数据包中，携带自身标识，即无线传感器标识信息，请求在下一个时间周期内继续发送采集数据包，接收装置在接收到该请求后，在下一时间周期，发送单播数据包，携带该无线传感器标识信息，则其它无线传感器在接收到该单播唤醒数据包后，确定其中携带的无线传感器标识与自身标识不符，则继续置于休眠状态，这样，该无线传感器就会独享与接收装置通信的该时间周期。较佳地，单播唤醒数据包中还携带有无线传感器标识信息。

较佳地，对于接收装置连续发送的多个唤醒数据包，可以采用数据包标识进行标记，例如，如果接收装置连续发送200个唤醒数据包，则唤醒数据包标识可以依序设置为0～199。

步骤202，无线传感器中的第一定时器在预先设置的第一定时时间到时，唤醒无线传感器接收唤醒数据包；

本步骤中，对于初次启动的无线传感器，第一定时器中预先设置的第一定时时间可以为零，即在无线传感器启动后，处于接收状态，也就是第一定时器初始设置的第一定时时间为零。对于初始设置的第一定时时间为零的情形，需要等待后续重新设置其第一定时时间；对于设置的第一定时时间不为零的情形，在第一定时时间到时，自动归零后重新开始计时。

步骤203，确定接收到唤醒数据包，根据接收的唤醒数据包以及接收装置设置的时间周期更新第一定时时间；

本步骤中，唤醒的无线传感器开始接收唤醒数据包，由于接收装置在一个时间周期内连续发送多个唤醒数据包，每个唤醒数据包内容都相同，只是数据包标识不同，这样，在一个时间周期内，无线传感器接收到唤醒数据包的概率大为增加。

对于接收到的唤醒数据包，如果接收的唤醒数据包为广播唤醒数据包、且自身需要将采集数据包向接收装置发送，则获取广播唤醒数据包中的时隙信息，以便后续根据该时隙信息进行采集数据包发送；

如果接收的唤醒数据包为单播唤醒数据包，则判断该单播数据包中携带的无线传感器标识与自身标识是否匹配，如果不匹配，则进入休眠状态；如果匹配，获取单播唤醒数据包中的时隙信息。

本发明实施例中，当无线传感器由启动进入接收状态时，无线传感器中的第一定时器初始设置的第一定时时间为零，在接收到唤醒数据包后，需要对该第一定时时间进行重新定义，以便能够在适当的时刻唤醒无线传感器，使其接收唤醒数据包，然后与接收装置进行数据通信。

本发明实施例中，对于设置的时间周期，包括唤醒数据包持续发送时间以及采集数据传输时间，其中，唤醒数据包持续发送时间为接收装置发送多个唤醒数据包持续的时间，采集数据传输时间为无线传感器向接收装置发送采集数据的时间，也就是接收装置发送完毕唤醒数据包后的接收时间。这样，可以根据接收的唤醒数据包以及接收装置设置的时间周期确定用于更新的第一定时时间，包括：

获取接收的唤醒数据包的第一时间点信息；

根据第一时间点信息和接收装置发送唤醒数据包的时间周期设置第一定时时间并更新第一定时器。

本步骤具体包括：获取下一时间周期内发送预设标识的唤醒数据包的第二时间点信息；

预设标识可以根据实际需要确定，例如，如果连续发送的唤醒数据包个数为200，则可以设置预设标识为唤醒数据包个数的中位数，即100，当然，也可以设置为10，150等。

假设接收装置发送第一个唤醒数据包的时间点信息为0，每个唤醒数据包的发送时间为5毫秒，接收的唤醒数据包标识为80，时间周期为5秒，则：

获取的第一时间点信息为0+80x0.005=0.4（秒），第二时间点信息为5+100x0.005=5.5（秒）。

将第二时间点与第一时间点的差作为更新的第一定时时间。

本步骤中，如上所述，第一时间点信息为0.4秒，第二时间点信息为5.5秒，则更新无线传感器中第一定时器的第一定时时间为5.1秒，即启动第一定时器后，第一定时器定时到5.1秒时，重新唤醒无线传感器。

步骤204，计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发无线传感器置于休眠状态；

本步骤中，由于唤醒数据包为连续发送，因而，在无线传感器接收到唤醒数据包后，如果该标识值不为最大值，即不是接收装置发送的最后一个唤醒数据包，则表明还需经过一段时间后，才能达到采集数据传输时间点，因为只有在达到采集数据传输时间点后，无线传感器才能监听是否有其它无线传感器在分配的时隙向接收装置发送采集数据包，因而，本发明实施例中，为了减少无线传感器在这段时间内的功耗，在接收装置继续发送唤醒数据包的这段时间内，无线传感器将自身置于休眠状态并启动第二定时器以节省电能消耗。

随机时间根据实际需要确定，例如，可以设置为零，只要小于采集数据传输时间即可。较佳地，考虑基于同一无线传感器系统内有多个无线传感器可能会同时发送采集数据包，为减少碰撞来设置该随机时间，接收装置在发送唤醒数据包后，进入接收状态，用于接收无线传感器发送的采集数据包，该段接收时间，即采集数据传输时间可以被分成若干个时隙，无线传感器产生的随机时间会对应到其中的某一个时隙内，以使无线传感器在该时隙内向接收装置传输采集数据包。

本步骤中，计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间包括：

获取接收的唤醒数据包的数据包标识值；

获取最大的数据包标识值；

获取最大的数据包标识值与接收的唤醒数据包的数据包标识值的差值，与唤醒数据包的发送时间相乘，得到传输时间。

本发明实施例中，每个唤醒数据包都有一个包序号（数据包标识），每一时间周期内发送的唤醒数据包的包序号最大值也是一个定值，当无线传感器接收到一个唤醒数据包后，获取包序号，然后计算出接收装置发送剩余的唤醒数据包所需的时间，这个时间计为t1，然后再产生一个随机时间t2，这个随机时间是接收装置发送完唤醒数据包之后的监听时间，然后设置第二定时器的第二定时时间为（t1+t2），然后进入休眠状态，第二定时器超时后唤醒无线传感器。

实际应用中，无线传感器中还可以进一步设置第三定时器，在无线传感器在被第一定时器唤醒后，启动第三定时器，如果第三定时器定时到时，还未接收到唤醒数据包，则以预先设置的默认数值更新第一定时器中的定时时间，并触发进入休眠状态，该默认数值一般小于接收装置连续发送唤醒数据包的时间周期。这样，可以有效避免在无线传感器与接收装置失去连接时，需要无线传感器一直处于接收状态，从而增加其功耗。默认数值一般在2~5秒，这样，接收装置只要进入无线传感器的通信范围内，就会在一个唤醒周期内被唤醒，而不需要等待很长的时间去查找同步数据包。

步骤205，在第二定时时间到时，唤醒无线传感器，监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，向接收装置发送采集数据包，并在发送完采集数据包后置于休眠状态。

本步骤中，无线传感器接收到的无论是广播唤醒数据包还是单播唤醒数据包，都包含有时隙信息，监听在接收装置发送完毕唤醒数据包后的接收时间内、且在发送采集数据包之前的预设时间内，即在第二定时器时间到后的预设的时间内，也就是无线传感器被第二定时器唤醒后预设的时间内，是否有其他无线传感器在向接收装置发送数据包，如果有无线传感器在向接收装置发送数据包，则进入休眠状态，等待下一次定时时间被唤醒；如果没有无线传感器向接收装置发送数据包，则直接向接收装置发送数据包，在发送完采集数据包后置于休眠状态。其中，第二定时器时间到后的预设的时间，相对于采集数据传输时间，一般较小，可以为毫秒级，即在无线传感器被第二定时器唤醒后，监听毫秒级的时间，如果在该毫秒级的时间内没有无线传感器向接收装置发送数据包，则直接根据唤醒数据包中包含的时隙信息，向接收装置发送数据包。

实际应用中，上述唤醒无线传感器的方法可以采用现有ISM频段、四相移频键控（QPSK，Quaternary Phase Shift Keying）调制进行数据传输，占用的带宽宽，传输速率较高，但是接收灵敏度较低，使得传输距离较短。本发明实施例中，进一步地，为了增加接收装置和无线传感器之间的传输距离，也可以设置切换开关，将上述的无线唤醒工作模式切换至远距离传输工作模式，即采用超窄带无线调制方式进行数据传输。当然，也可以将超窄带无线调制方式直接应用在无线唤醒工作模式中，即接收装置与无线传感器的数据传输采用超窄带无线调制。

超窄带无线调制是一种高效利用频谱的调制方式，它不但能够达到极高的频谱利用率，而且能够达到不以大的信号功率为代价。

超窄带无线调制信号接收灵敏度的计算公式如下：

Sin(dBm)=-174(dBm)+10LogB+NF+SNR

其中：

Sin表示接收灵敏度；

B表示载波带宽；

NF表示噪声系数；

SNR表示接收信噪比。

对于某一个选定的无线传感器中的接收芯片，其最小能够容忍的噪声系数NF_min和接收信噪比SNR_min是一个定值，从上述公式中可以看出，接收灵敏度和载波带宽有直接的关系，减小载波带宽能够提高信号的接收灵敏度，而且这个提高并不是以更大的发射信号功率为代价，这样，在没有增加或少量增加电流的情况下，可以将传输距离增加到一公里甚至更远的距离，更远的传输距离意味着更大的网络覆盖面积。

本发明实施例中，通过使用超窄带无线调制技术，可以将载波信号带宽调制到10KHz以下，这样，大大的提高了信号的接收灵敏度，增加了信号的传输距离。关于超窄带无线调制方式更为详细的描述，具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。

这样，本发明实施例的唤醒无线传感器的方法，有两种工作模式，一，无线唤醒工作模式，通过在无线传感器中设定第一定时器，唤醒无线传感器醒来并接收唤醒数据包，如果接收到唤醒数据包，则先置于休眠状态，通过设定的第二定时器进行唤醒，并在唤醒后与接收装置进行通信，传输采集数据包；二，远距离传输工作模式，在该工作模式下，无线传感器可以定时发送一包数据，并不判断有没有接收装置在附近，该工作模式的数据传输使用超窄带调制方式调制，可以将数据发送到更远的距离，本发明使用的芯片可以支持高数据速率模式和超窄带调制模式，通过切换开关进行切换，其中无线唤醒工作模式使用高数据速率模式，远距离传输工作模式使用超窄带调制模式。

以下举一实施实例，对本发明进行详细说明。

当无线传感器系统网络应用在需要快速唤醒无线传感器并建立通信的情况下，此时的传输距离因为无线空中带宽增加而减小，但是因为采用了本发明的超窄带无线调制芯片，传输距离仍然会比普通的射频收发芯片远，接收装置每隔一段时间（预先设置的时间周期）发送一串唤醒数据包，如果无线传感器收到接收装置的唤醒数据包，首先判断是否是广播唤醒数据包，如果是广播唤醒数据包，则进一步判断是否需要执行广播唤醒数据包中的命令，广播唤醒数据包中的命令可以包括查找未加入的无线传感器、向无线传感器发送数据或者接收无线传感器的数据等。如果需要执行该命令，该无线传感器将计算接收装置发送剩余的唤醒数据包所需的时间，并产生一个随机时间，将该两时间的和作为该无线传感器应答接收装置的超时计时器（第二定时器），计时器超时后，该无线传感器首先监听是否有其他的无线传感器在发送数据，如果没有，则发送采集数据包回复接收到的广播唤醒数据包中的命令，否则，进入休眠状态，等待下一个唤醒周期被唤醒；如果该无线传感器不需要执行接收到的广播唤醒数据包中的命令，则进入休眠状态，等待下一个唤醒周期被唤醒。如果该无线传感器接收到接收装置发送的唤醒数据包不是广播唤醒数据包，而是针对指定无线传感器的单播唤醒数据包，则该无线传感器首先判断是否是发送给自身的唤醒数据包，如果不是，则进入休眠状态，否则，该无线传感器在接收装置不发送唤醒数据包时，可以直接给接收装置发送回复信息，后续中，如果无线传感器需要将采样数据包上传给接收装置，则在等到接收到接收装置的唤醒数据包之后，等待接收装置进入接收状态后发送采集数据包。

实际应用中，如果接收装置需要接收距离较远的无线传感器的采集数据，可以通过接收装置上的开关或者使用软件将接收装置设置成超窄带传输模式，这样就能够接收到那些距离较远的无线传感器通过超窄带调制模式发送的采集数据包。由于接收装置的时间周期在秒级范围内，所以能够达到快速唤醒和建立联系的要求，同时无线传感器在未与接收装置建立联系前，不会主动发送无线信号，也增加了无线传感器的安全性。

由上述可见，本发明实施例的唤醒无线传感器的方法，通过设置接收装置按照预先设置的时间周期连续发送多个唤醒数据包，并在无线传感器内设置第一定时器、第二定时器以及第三定时器，无线传感器在被第一定时器唤醒后，进入接收状态，如果在第三定时器的定时时间内没有接收到唤醒数据包，则置于休眠状态，而在接收到唤醒数据包后，在接收装置发送剩余唤醒数据包的时间内置于休眠状态，并在采集数据传输时间内被第二定时器唤醒，以监听是否有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，并采用超窄带无线调制方式与接收装置进行数据传输。这样，能够进行远距离传输，同时能够被迅速唤醒，能够使无线传感器在使用电池供电的条件下，以较少的电能将数据发送到更远的距离，同时能够在接收装置需要与无线传感器通信时，快速唤醒无线传感器，读取无线传感器内数据或重新配置无线传感器，有效地减少了无线传感器功耗、延长了无线传感器的工作时间，可以广泛应用于需要电池供电的无线传感器长期监测网络。

图3为本发明实施例无线传感器系统的结构示意图。参见图3，该无线传感器系统包括：接收装置以及无线传感器，其中，

接收装置，用于按照预先设置的时间周期连续发送多个唤醒数据包；

本发明实施例中，接收装置可以是基站、路由器或者是其他能够处理无线传感器数据的终端设备。当然，实际应用中，接收装置还可以用于接收无线传感器发送的采集数据包。

无线传感器，用于在内置的第一定时器设置的第一定时时间到时，唤醒接收唤醒数据包；确定接收到唤醒数据包，根据接收的唤醒数据包以及接收装置设置的时间周期更新第一定时时间；计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为内置的第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发自身置于休眠状态；在第二定时时间到时，唤醒无线传感器，监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，向接收装置发送采集数据包，并在发送完采集数据包后置于休眠状态。

本发明实施例中，较佳地，接收装置和无线传感器之间采用超窄带无线调制方式进行数据传输。

无线传感器包括：振动无线传感器、温度无线传感器、风速无线传感器、应变无线传感器、光线无线传感器以及扭矩无线传感器等。

图4为本发明实施例无线传感器的结构示意图。参见图4，该无线传感器包括：第一定时器、唤醒数据包接收及监听模块、第二定时器、监听模块以及采集数据包发送模块，其中，

第一定时器，用于设置的第一定时时间到时，唤醒所述唤醒数据包接收及监听模块接收唤醒数据包；

唤醒数据包接收及监听模块，用于在被第一定时器唤醒后，接收唤醒数据包，确定接收到唤醒数据包，根据接收的唤醒数据包以及外部接收装置设置的时间周期更新第一定时器中的第一定时时间；计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发自身置于休眠状态；

在被第二定时器唤醒后，监听是否有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，在监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，向采集数据包发送模块发送触发信息；

第二定时器，用于在第二定时时间到时，唤醒所述唤醒数据包接收及监听模块；

采集数据包发送模块，用于在接收到触发信息后，向接收装置发送采集数据包，并在发送完采集数据包后置于休眠状态。

本发明实施例中，唤醒数据包接收及监听模块和采集数据包发送模块可以采用超窄带收发器实现。

较佳地，该无线传感器进一步包括：第三定时器（图中未示出），

第三定时器，用于在第一定时器唤醒所述唤醒数据包接收及监听模块时，对所述唤醒数据包接收及监听模块进行定时，如果定时到时，所述唤醒数据包接收及监听模块还未接收到唤醒数据包，则以一随机数更新第一定时器中的定时时间，并触发所述唤醒数据包接收及监听模块进入休眠状态。

较佳地，该无线传感器还可以进一步包括：

切换开关，用于将无线传感器从无线唤醒工作模式切换至远距离传输工作模式

该无线传感器还可以进一步包括：传感器感知模块、信号调理模块、电源管理模块以及微处理器（图中未示出），其中，

传感器感知模块，用于感知监测量物理信号，输出至信号调理模块；

信号调理模块，用于将传感器感知模块输出的监测量物理信号进行放大、滤波处理，输出至微处理器；

微处理器，用于将信号调理模块输出的物理信号转换为数字信号，形成采集数据包，运行无线传感器系统网络协议；

电源管理模块，用于为各模块提供工作所需的稳定电源电压和电流。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种唤醒无线传感器的方法，其特征在于，包括：

接收装置按照预先设置的时间周期连续发送多个唤醒数据包；

无线传感器中的第一定时器在预先设置的第一定时时间到时，唤醒无线传感器接收唤醒数据包；

确定接收到唤醒数据包，根据接收的唤醒数据包以及接收装置设置的时间周期更新第一定时时间；

计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发无线传感器置于休眠状态；

在第二定时时间到时，唤醒无线传感器，监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，向接收装置发送采集数据包，并在发送完采集数据包后置于休眠状态。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述唤醒无线传感器接收唤醒数据包后，进一步包括：

无线传感器启动设置的第三定时器，如果第三定时器定时到时，还未接收到唤醒数据包，则以设置的默认数值更新第一定时器中的定时时间，并触发进入休眠状态。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述唤醒数据包包括广播唤醒数据包以及单播数据包，

所述广播唤醒数据包中携带设置的用于无线传感器发送采集数据包的时隙信息以及发送时长信息；

所述单播唤醒数据包中携带设置的用于无线传感器发送采集数据包的时隙信息、发送时长信息以及无线传感器标识信息。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包包括：

监听在接收装置发送完毕唤醒数据包后的接收时间内、且在发送采集数据包之前的预设时间内，没有无线传感器向接收装置发送数据包。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在第二定时时间到时，唤醒无线传感器后，进一步包括：

监听在接收装置发送完毕唤醒数据包后的接收时间内、且在发送采集数据包之前的预设时间内，都有无线传感器在向接收装置发送数据包，则进入休眠状态。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据接收的唤醒数据包以及接收装置设置的时间周期更新第一定时时间包括：

获取接收的唤醒数据包的第一时间点信息；

根据第一时间点信息和接收装置发送唤醒数据包的时间周期设置第一定时时间并更新第一定时器。

7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述接收装置和无线传感器之间采用超窄带无线调制方式进行数据传输。

8.一种无线传感器，其特征在于，该无线传感器包括：第一定时器、唤醒数据包接收及监听模块、第二定时器、采集数据包发送模块，其中，

第一定时器，用于设置的第一定时时间到时，唤醒所述唤醒数据包接收及监听模块接收唤醒数据包；

唤醒数据包接收及监听模块，用于在被第一定时器唤醒后，接收唤醒数据包，确定接收到唤醒数据包，根据接收的唤醒数据包以及外部接收装置设置的时间周期更新第一定时器中的第一定时时间；计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发自身置于休眠状态；

在被第二定时器唤醒后，监听是否有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，在监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，向采集数据包发送模块发送触发信息；

第二定时器，用于在第二定时时间到时，唤醒所述唤醒数据包接收及监听模块；

采集数据包发送模块，用于在接收到触发信息后，向接收装置发送采集数据包，并在发送完采集数据包后置于休眠状态。

9.如权利要求8所述的无线传感器，其特征在于，进一步包括：

第三定时器，用于在第一定时器唤醒所述唤醒数据包接收及监听模块时，对所述唤醒数据包接收及监听模块进行定时，如果定时到时，所述唤醒数据包接收及监听模块还未接收到唤醒数据包，则以设置的默认数值更新第一定时器中的定时时间，并触发所述唤醒数据包接收及监听模块进入休眠状态。

10.一种无线传感器系统，其特征在于，该无线传感器系统包括：接收装置以及无线传感器，其中，

接收装置，用于按照预先设置的时间周期连续发送多个唤醒数据包；

无线传感器，用于在内置的第一定时器设置的第一定时时间到时，唤醒接收唤醒数据包；确定接收到唤醒数据包，根据接收的唤醒数据包以及接收装置设置的时间周期更新第一定时时间；计算接收的唤醒数据包至数据包标识值最大的唤醒数据包所需的传输时间，将该传输时间与一随机时间相加作为内置的第二定时器的第二定时时间，启动第二定时器，触发自身置于休眠状态；在第二定时时间到时，唤醒无线传感器，监听到没有其它无线传感器向接收装置发送采集数据包，向接收装置发送采集数据包，并在发送完采集数据包后置于休眠状态。

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