CN103237337B - 一种无线传感器自适应网络休眠控制方法 - Google Patents
一种无线传感器自适应网络休眠控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种无线传感器自适应网络休眠控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）对网络接入点进行编号，网络接入点接收对应内网的传感器节点发送的数据；（2）网络接入点按照节点编号依次作为网络管理主节点，负责网络的数据传输管理和休眠管理，在网络活跃期内根据网络数据情况动态调整活跃时间，并在活跃期结束时发送包含休眠时间信息的广播指令，网络进入休眠状态，网络内的节点关闭无线模块并启动定时器直至休眠时间结束并重新进入活跃期；（3）数据中继节点加入网络后，网络接入点按照距离中继节点的距离确定网络级数，并将网络中的数据逐级上传至WSN服务器。
Description
技术领域
本发明涉及无线网络中的休眠控制方法，具体地讲，涉及一种无线传感器自适应网络休眠控制方法。
背景技术
无线传感器网络(WSN)的设计目标是低功耗、高能量效率、低成本和低速率。WSN节点一般采用电池供电，通常会通过周期性休眠来降低节点功耗延长工作时间,当前WSN中的休眠控制方法一般采取如下两种方法：
第一种方法需要网络内的时钟同步：
首先，中心节点（簇头节点）周期性的广播时钟信息来维持网络内的时钟同步；
WSN中的节点接收到该信息后调整自身的时钟与中心节点同步，发送应答帧给中心节点，按照预设的时间间隔或接收网络内的活跃时间设置信息进入休眠状态，并在休眠结束后再次转入活跃状态。
中心节点接收到数据节点的应答帧后设置该节点状态正常，如果某节点长期没有应答则判断该节点已死亡，删除该节点。
该方法具有很高的时间精度和可靠性，但是需要网络内的所有节点周期性的进行时钟同步和校准，网络开销较大。当网络内节点数量很大时，该方法所需的网络开销非常可观。同时，该方法需要中心节点频繁的发送和接收数据，电量消耗较其它节点快。
第二种方法无需网络内的时钟同步：
如Zigbee协议的低功耗模式为例，在Zigbee网络中，只有终端节点能够设置为低功耗模式，路由节点和中心节点始终保持在活跃状态，这种方式网络开销小，终端节点的休眠和唤醒对网络没有影响，但是路由节点和中心节点电量消耗很大，一般需要外部供电。
此外，对于绝大多数无线传感器网络应用来说，只需要传感器节点间隔一定的时间间隔上传数据即可，对于时间精度要求不高，几十秒甚至几分钟的误差都是可以接受的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无线传感器自适应网络休眠控制方法，能够有效降低网络整体功耗，延长节点电池寿命。
本发明采用如下技术手段实现发明目的：
一种无线传感器自适应网络休眠控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对网络接入点进行地址编号，网络接入点接收对应内网的传感器节点发送的数据；
（2）网络接入点按照节点地址编号依次作为网络管理主节点，负责网络的数据传输管理和休眠管理，在网络活跃期内根据网络数据情况动态调整活跃时间，并在活跃期结束时发送包含休眠时间信息的广播指令，网络进入休眠状态，网络内的节点关闭无线模块并启动定时器直至休眠时间结束并重新进入活跃期；
（3）数据中继节点加入网络后，网络接入点按照距离中继节点的距离确定网络级数，并将网络中的数据逐级上传至WSN服务器。
作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤（1）的传感器节点的处理步骤为：
(1.1)传感器节点上电后首先侦听设定的无线信道，侦听时间Tnet为2*TnetDefault，TnetDefault代表系统设定的初始网络周期或者网络上传周期，如果超时没有接收到数据包，转步骤(1.2),否则转步骤(1.3);
(1.2)设置当前地址为传感器节点临时地址,连续发送传感器节点申请加入数据包ApplyNET，等待应答；
如果超时且没有接收到应答，进入休眠状态，等待随机时间，转步骤(1.1)；
如果收到应答ReApplyNET数据包，提取ReApplyNET数据包中的网络接入点地址信息Addr和子网内地址netaddr，网络休眠时间计数Tsleep和当前休眠时间计数Ttime以及信号强度信息，按照提取的信息设置本传感器节点子网地址为网络接入点地址信息Addr+0x01、子网内地址、网络休眠定时器，保持活跃状态,等待2*Tnet,如果收到其他网络接入点的应答信息，提取该应答信息的强度信息，如果新网络接入点的信号强度强于原网络接入点，替换原网络接入点信息，超时后发送加入网络数据包JoinNET给选择的网络接入点，加入网络，根据网络休眠时间计数Tsleep和当前休眠时间计数Ttime设置并启动休眠定时器,进入休眠模式，根据转步骤(1.4)；加入网络后，休眠定时器首次休眠时间设为当前休眠时间计数Ttime，以后的休眠定时器的休眠时间设为网络休眠时间计数Tsleep；
(1.3)如果接收到网络接入点的休眠数据包AllSLEEP，等待随机时间后转步骤(1.2)；
如果接收到的数据包不是休眠数据包AllSLEEP，等待至接收到休眠数据包AllSLEEP，等待随机时间后转步骤(1.2)；
(1.4)等待网络休眠定时器到设定时间，进入活跃模式，转步骤(1.5)；
(1.5)活跃模式，保持网络侦听状态：如有传感器数据要上传，上传数据给网络接入点；如收到传感器节点查询指令QueryNode，上传缓冲区中的传感器数据；如接收到AllSLEEP数据包，根据提取的网络休眠时间计数Tsleep设置休眠定时器，进入休眠模式，转步骤(1.4)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤（2）的网络接入点的处理步骤为：
(2.1)网络接入点上电后首先侦听设定的无线信道，侦听时间为2*TnetDefault，如果没有接收到数据包，转步骤(2.2),否则转步骤(2.3);
(2.2)设置地址为网络接入点临时地址,连续发送网络问候指令HiNET，等待应答；
如果超时且没有接收到应答，设置网络接入点地址为Naddr为0x10,接入点数量为1;网络休眠时间Tsleep=Tdefalut,Tdefalut表示系统设定的初始网络休眠时间,接入点休眠周期计数Ncount=0x00，网络级数NTree为0x00,网络建立完成，启动休眠定时器为网络休眠时间Tsleep，启动无线电唤醒功能，进入休眠状态，转(2.4)；
如果收到应答数据包ReNET，提取应答信息ReNET的网络接入点地址信息Addr，休眠周期计数信息Ncount，网络周期Tnet,网络级数NTree，网络休眠时间Tsleep，网络接入点数量Naddr和当前休眠时间计数Ttime;设置网络接入点地址为Naddr+0x10，接入点休眠周期计数信息为Ncount,网络接入点数量Naddr=Naddr+0x10，保持活跃状态,等待2*Tnet,如果收到多个ReNET应答数据包,取最小的网络级数NTreeMin,如果NTreeMin>0,设置网络级数为NTree=NTreeMin+1，更新相邻节点信息：增加发送ReNET数据包的网络接入点为相邻网络接入点，建立子网，清空子网内所有传感器节点状态字，根据网络休眠时间计数Tsleep和当前休眠时间计数Ttime设置并启动休眠定时器,启动无线电唤醒功能，进入休眠状态，转(2.4);加入网络后，休眠定时器首次休眠时间设为当前休眠时间计数Ttime，以后的休眠定时器的休眠时间设为网络休眠时间计数Tsleep；
（2.3）如果接收到网络接入点的AllSLEEP数据包，等待随机时间后转步骤(2.2)；
如果接收到的数据包不是休眠数据包AllSLEEP，转步骤(2.1)；
（2.4）在休眠状态中休眠时间计数Ttime随时间递减，如果监测到正确的无线数据包，转为活跃模式，如果数据包为网络问候指令HiNET，用于探测是否存在网络接入点,转步骤(2.5),如果数据包为传感器节点申请加入数据包ApplyNET,转步骤(2.8);如果数据包为紧急呼叫指令数据包EmgCALL，此数据包用于告警、紧急事件处理特殊情况的数据传输，转步骤(2.9);如果为更新网络结构数据包NeedUPDATE，此数据包由数据中继节点发出，广播至各网络接入点，用于建立或更新数据上传链路，转步骤(2.11);如果为网络周期设置数据包TSET，此数据包用于更新网络周期，转步骤(2.12);如果为清除网络结构数据包ClearNet，此数据包由数据中继节点发出，广播至各网络接入点，用于清除数据上传链路，禁止数据上传功能，降低系统功耗，转步骤(2.13);如果为不是上述数据包，启动休眠模式，转步骤(2.4);如果当前休眠时间计数Ttime=0,进入活跃模式，转步骤(2.10)；
（2.5）如果数据包源地址为网络接入点临时地址,转(2.6)，否则转(2.7);
（2.6）根据本机地址设置延时，延时后发送应答ReNET数据包，应答ReNET数据包包含网络接入点地址Addr,网络休眠时间Tsleep，当前休眠时间计数Ttime，网络周期Tnet,休眠周期计数信息Ncount，网络级数NTree和网络接入点数量Naddr，更新自身网络接入点数量为：Naddr+0x10，更新相邻节点信息，增加Naddr+0x10为相邻网络接入点地址，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
（2.7）根据本机地址设置延时，延时后发送ERROR应答帧，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
（2.8）如果子网内还有空闲地址，分配第一个空闲地址给该传感器节点，发送AckApplyNET应答指令给该传感器节点，该指令包含如下信息：子网地址、子网内地址和当前休眠时间Ttime，等待应答，如果超时无应答，进入休眠模式，转步骤(2.4)；如收到JoinNET应答指令，节点加入成功，更新子网内传感器节点信息，进入休眠模式，转步骤(2.4)；如果没有空闲地址，回应ERROR指令给该传感器节点，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
（2.9）提取EmgCALL指令中的网络级数ETree信息，如果ETree>本机网络级数NTree或者本机网络级数为0x00，不作处理，转休眠模式，转步骤(2.4)；否则将EmgCALL指令中的网络级数ETree设为NTree并连续发送EmgCALL广播消息，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
（2.10）活跃模式，完成初始化参数设置，休眠周期计数信息Ncount=Ncount+0x10，如果休眠周期计数信息Ncount=网络接入点地址，节点转为管理节点，负责网络的管理功能，启动网络计时器，当网络计时器超时后察看网络内各子网信息，如果各子网均已处理完成，设置休眠时间，发送AllSLEEP指令，进入休眠模式，转步骤(2.4)，如有子网未完成，管理节点网络计数器计数+1,当计数达到系统设定的网络计数最大值Tmax,强制进入休眠状态，设置休眠时间，发送AllSLEEP指令，进入休眠模式，转步骤(2.4)，其中，AllSLEEP指令中包含网络接入点数量Naddr，网络休眠时间Tsleep和转发次数信息Nofw,Nofw=0,；
网络接入点管理功能的实现：每次进入活跃状态后设置子网内所有传感器节点状态字+1,如果传感器节点状态字>系统设定的数值TSMax，判断该传感器节点异常，删除该节点，如果接收到子网内传感器节点上传数据后清空该传感器节点状态字；如果网络级数NTree不等于0x00，将接收到的数据上传到上一级网络接入点或数据中继点，当子网内所有的传感器节点都上传完成后设置子网完成标志，同时发送广播子网完成指令NETFin，表示该子网内所有传感器节点数据都已上传完成；
当接收到其他网络接入点转发的传感器数据后转发到上一级网络接入点或数据中继点，当接收到子网完成指令NETFin后，如果网络接入点为当前管理节点，标记该网络接入点子网信息，如果该网络接入点信息未在当前管理节点上存储,为新加入节点，增加该网络接入点信息，如当前管理节点的网络接入点数量Naddr<该网络接入点地址，设置Naddr=该网络接入点地址，否则察看网络接入点是否转发过该子网完成指令NETFin，如果该网络接入点已转发过该子网完成指令NETFin，不作处理；否则广播该子网完成指令NETFin，同时标记转发过该子网完成指令NETFin；
取传感器节点查询指令QueryNode中的ETree信息，子网地址信息和子网内节点地址信息，如果子网地址为本机子网地址，发送QueryNode指令给子网内指定节点，否则，如果节点本身网络级数小于ETree,更新QueryNode信息中的ETree字段，发送广播传感器节点查询指令QueryNode，如果节点本身网络级数>=ETree,不作处理；
当接收到AllSLEEP指令,如果已经接收过该消息,不作处理，如首次接收,提取AllSLEEP指令中的Naddr信息更新本节点的Naddr信息和Tsleep信息,根据转发次数Nofw和Tsleep做出时间修正，并根据修正结果设置休眠计数器Ttime=Tsleep-Nofw*t,t为每次的转发占用时间，修改AllSLEEP指令中的转发次数字段为Nofw+1,广播该消息,设置本节点的RevSleep标志位，表示已经接收过该消息，等待随机时间Twait后进入休眠模式,转步骤(2.4)；
（2.11）提取更新网络结构指令NeedUPDATE中的网络级数ETree信息、源地址信息以及信号强度，
如果网络接入点本身网络级数NTree为0x00或大于ETree+1,设置NTree=ETree+1，保存上级节点的源地址信息和信号强度信息，将自身的网络级数信息和源地址信息填充至NeedUPDATE指令并发送广播信息，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
如果节点本身网络级数=ETree+1,查询已存储的上级节点的源地址信息和信号强度，如果新节点信号强度强于原有节点，替换掉上级节点信息,将自身的网络计数信息和源地址信息填充至NeedUPDATE指令并发送广播信息，否则，不作处理，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
（2.12）取网络周期设置指令TSET中的ETree信息、数据上传周期Tnet信息，更新数据上传周期Tnet信息，如果节点本身网络级数小于ETree,更新TSET信息中的ETree字段，发送广播信息TSET，进入休眠模式，转(2.4)，如果节点本身网络级数>=ETree,不作处理，进入休眠模式，转(2.4)；
（2.13）如果接收到清除网络链路指令ClearNet,如果NTree<>0x00,设置NTree=0x00，广播该消息，进入休眠模式，转步骤(2.4)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤（2）的数据中继节点的处理步骤为：
(2.1)节点上电后首先侦听设定的无线信道，侦听时间为2*TnetDefault，如果没有接收到数据包，等待随机时间，继续侦听无线信道,否则转步骤(2.2);
（2.2）如果接收到网络接入点的AllSLEEP数据包，根据提取的网络休眠时间计数Tsleep设置休眠计数器，设置等待随机时间后转步骤(2.3)；
如果接收到其他数据包，等待至接收到AllSLEEP数据包，根据提取的网络休眠时间计数Tsleep设置休眠计数器，等待随机时间后转步骤(2.3)；
(2.3)发送NeedUPDATE指令，建立数据上传链路，进入休眠状态，转步骤(2.4)；
(2.4)等待定时器到设定时间，进入活跃模式，转步骤(2.5)；
(2.5)活跃模式，保持网络侦听状态：接收网络接入点上传的传感器数据并发送给WSN服务器并转发WSN服务器的指令。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明无需网络内的时钟同步，能够有效降低网络的整体功耗，延长节点电池寿命。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明的传感器节点处理流程图。
图3为本发明的网络接入点的处理流程图。
图4为本发明的网络接入点活跃模式处理流程图。
图5为本发明的数据中继节点处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作更进一步的详细描述。
参见图1-图5，本发明的无线传感器网络系统由网络接入点，传感器节点，WSN服务器和数据中继节点组成。
其中，网络接入点采用大容量电池作为电源，具有较大的发射功率和高接收灵敏度，所有网络接入点位置固定，安装位置应满足每个网络接入点信号覆盖范围内至少有一个相邻的网络接入点。
传感器节点布置在指定的位置或者随机放置，发射功率和接收灵敏度设置应能满足与网络接入点数据传输误码率<1％。
WSN服务器和数据中继节点可选，数据中继节点用于接收无线传感器网络上传的数据并发送给WSN服务器。用户可以通过WSN服务器查询节点状态和察看传感器实时数据。数据中继节点供电采用直流电源供电。数据中继节点至少能够和一个网络接入点正常通讯。
休眠控制方法基本流程如下：网络接入点按照节点编号依次作为网络管理主节点，每次休眠后由下一个网络接入点作为管理主节点，负责网络的数据传输管理和休眠管理，在网络活跃期内根据网络数据情况动态调整活跃时间，并在活跃期结束时发送包含休眠时间信息的广播指令，网络进入休眠状态：网络内的节点关闭无线模块并启动定时器直至休眠时间结束并重新进入活跃期。数据中继节点加入网络后网络接入点按照距离中继节点远近确定网络级数，并将网络中的数据逐级上传至WSN服务器。网络接入节点和数据中继节点具有无线唤醒功能，用于处理紧急数据和节点加入等非常规数据。由于网络中的网络接入点平均负担了网络中的管理功能，而且无需网络内的时钟同步，能量消耗较具有时钟同步功能的无线传感器网络有了明显降低，同时能够满足绝大多数无线传感器网络应用的需求。
地址设置规则如下：
网络接入点，0x10,0x20,x030,....,0xF0;共15个地址。
传感器节点：地址由子网地址和子网内地址组成。假设网络接入点地址为0x40,则该子网内的传感器节点子网地址为0x41,节点子网内地址：0x01-0xff,共255个地址。
数据中继节点：0x01。
广播地址：0x00。
网络接入点临时地址：0x02-x0f;
传感器节点临时地址：0xf2-0xff;
本方法中；Naddr代表当前的网络接入点数量；Addr表示网络接入点地址。
Tsleep,休眠时间，网络当前的休眠时间。
Ttime,当前休眠时间计数器，该值根据接收的当前休眠时间Tsleep赋值，该值随时间减少，当减到0时，节点转活跃模式。
Tnet，网络周期/网络上传周期，每个网络周期内网络唤醒一次。
Ncount,接入点休眠周期计数信息，每个休眠周期该数值加0x10，当该值增加到Addr时，该网络接入点转为管理节点，负责网络的管理功能，进入休眠周期后，Ncount清零，重新开始计数。
NTree,网络级数，该级数用于上传数据到WSN服务器时确定传输方向,如为0x00,表示没有数据需要上传。
本发明包括如下步骤：
（1）对网络接入点进行地址编号，网络接入点接收对应内网的传感器节点发送的数据；
（2）网络接入点按照节点地址编号依次作为网络管理主节点，负责网络的数据传输管理和休眠管理，在网络活跃期内根据网络数据情况动态调整活跃时间，并在活跃期结束时发送包含休眠时间信息的广播指令，网络进入休眠状态，网络内的节点关闭无线模块并启动定时器直至休眠时间结束并重新进入活跃期；
（3）数据中继节点加入网络后，网络接入点按照距离中继节点的距离确定网络级数，并将网络中的数据逐级上传至WSN服务器。
所述步骤（1）的传感器节点的处理步骤为：
(1.1)传感器节点上电后首先侦听设定的无线信道，侦听时间Tnet为2*TnetDefault，TnetDefault代表系统设定的初始网络周期或者网络上传周期，如果超时没有接收到数据包，转步骤(1.2),否则转步骤(1.3);
(1.2)设置当前地址为传感器节点临时地址,连续发送传感器节点申请加入数据包ApplyNET，等待应答；
如果超时且没有接收到应答，进入休眠状态，等待随机时间，转步骤(1.1)；
如果收到应答ReApplyNET数据包，提取ReApplyNET数据包中的网络接入点地址信息Addr和子网内地址netaddr，网络休眠时间计数Tsleep和当前休眠时间计数Ttime以及信号强度信息，按照提取的信息设置本传感器节点子网地址为网络接入点地址信息Addr+0x01、子网内地址、网络休眠定时器，保持活跃状态,等待2*Tnet,如果收到其他网络接入点的应答信息，提取该应答信息的强度信息，如果新网络接入点的信号强度强于原网络接入点，替换原网络接入点信息，超时后发送加入网络数据包JoinNET给选择的网络接入点，加入网络，根据网络休眠时间计数Tsleep和当前休眠时间计数Ttime设置并启动休眠定时器,进入休眠模式，根据转步骤(1.4)；加入网络后，休眠定时器首次休眠时间设为当前休眠时间计数Ttime，以后的休眠定时器的休眠时间设为网络休眠时间计数Tsleep；
(1.3)如果接收到网络接入点的休眠数据包AllSLEEP，等待随机时间后转步骤(1.2)；
如果接收到的数据包不是休眠数据包AllSLEEP，等待至接收到休眠数据包AllSLEEP，等待随机时间后转步骤(1.2)；
(1.4)等待网络休眠定时器到设定时间，进入活跃模式，转步骤(1.5)；
(1.5)活跃模式，保持网络侦听状态：如有传感器数据要上传，上传数据给网络接入点；如收到传感器节点查询指令QueryNode，上传缓冲区中的传感器数据；如接收到AllSLEEP数据包，根据提取的网络休眠时间计数Tsleep设置休眠定时器，进入休眠模式，转步骤(1.4)。
所述步骤（2）的网络接入点的处理步骤为：
(2.1)网络接入点上电后首先侦听设定的无线信道，侦听时间为2*TnetDefault，如果没有接收到数据包，转步骤(2.2),否则转步骤(2.3);
(2.2)设置地址为网络接入点临时地址,连续发送网络问候指令HiNET，等待应答；
如果超时且没有接收到应答，设置网络接入点地址为Naddr为0x10,接入点数量为1;网络休眠时间Tsleep=Tdefalut,Tdefalut表示系统设定的初始网络休眠时间,接入点休眠周期计数Ncount=0x00，网络级数NTree为0x00,网络建立完成，启动休眠定时器为网络休眠时间Tsleep，启动无线电唤醒功能，进入休眠状态，转(2.4)；
如果收到应答数据包ReNET，提取应答信息ReNET的网络接入点地址信息Addr，休眠周期计数信息Ncount，网络周期Tnet,网络级数NTree，网络休眠时间Tsleep，网络接入点数量Naddr和当前休眠时间计数Ttime;设置网络接入点地址为Naddr+0x10，接入点休眠周期计数信息为Ncount,网络接入点数量Naddr=Naddr+0x10，保持活跃状态,等待2*Tnet,如果收到多个ReNET应答数据包,取最小的网络级数NTreeMin,如果NTreeMin>0,设置网络级数为NTree=NTreeMin+1，更新相邻节点信息：增加发送ReNET数据包的网络接入点为相邻网络接入点，建立子网，清空子网内所有传感器节点状态字，根据网络休眠时间计数Tsleep和当前休眠时间计数Ttime设置并启动休眠定时器,启动无线电唤醒功能，进入休眠状态，转(2.4);加入网络后，休眠定时器首次休眠时间设为当前休眠时间计数Ttime，以后的休眠定时器的休眠时间设为网络休眠时间计数Tsleep；
（2.3）如果接收到网络接入点的AllSLEEP数据包，等待随机时间后转步骤(2.2)；
如果接收到的数据包不是休眠数据包AllSLEEP，转步骤(2.1)；
（2.4）在休眠状态中休眠时间计数Ttime随时间递减，如果监测到正确的无线数据包，转为活跃模式，如果数据包为网络问候指令HiNET，用于探测是否存在网络接入点,转步骤(2.5),如果数据包为传感器节点申请加入数据包ApplyNET,转步骤(2.8);如果数据包为紧急呼叫指令数据包EmgCALL，此数据包用于告警、紧急事件处理特殊情况的数据传输，转步骤(2.9);如果为更新网络结构数据包NeedUPDATE，此数据包由数据中继节点发出，广播至各网络接入点，用于建立或更新数据上传链路，转步骤(2.11);如果为网络周期设置数据包TSET，此数据包用于更新网络周期，转步骤(2.12);如果为清除网络结构数据包ClearNet，此数据包由数据中继节点发出，广播至各网络接入点，用于清除数据上传链路，禁止数据上传功能，降低系统功耗，转步骤(2.13);如果为不是上述数据包，启动休眠模式，转步骤(2.4);如果当前休眠时间计数Ttime=0,进入活跃模式，转步骤(2.10)；
（2.5）如果数据包源地址为网络接入点临时地址,转(2.6)，否则转(2.7);
（2.6）根据本机地址设置延时，延时后发送应答ReNET数据包，应答ReNET数据包包含网络接入点地址Addr,网络休眠时间Tsleep，当前休眠时间计数Ttime，网络周期Tnet,休眠周期计数信息Ncount，网络级数NTree和网络接入点数量Naddr，更新自身网络接入点数量为：Naddr+0x10，更新相邻节点信息，增加Naddr+0x10为相邻网络接入点地址，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
（2.7）根据本机地址设置延时，延时后发送ERROR应答帧，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
（2.8）如果子网内还有空闲地址，分配第一个空闲地址给该传感器节点，发送AckApplyNET应答指令给该传感器节点，该指令包含如下信息：子网地址、子网内地址和当前休眠时间Ttime，等待应答，如果超时无应答，进入休眠模式，转步骤(2.4)；如收到JoinNET应答指令，节点加入成功，更新子网内传感器节点信息，进入休眠模式，转步骤(2.4)；如果没有空闲地址，回应ERROR指令给该传感器节点，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
（2.9）提取EmgCALL指令中的网络级数ETree信息，如果ETree>本机网络级数NTree或者本机网络级数为0x00，不作处理，转休眠模式，转步骤(2.4)；否则将EmgCALL指令中的网络级数ETree设为NTree并连续发送EmgCALL广播消息，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
（2.10）活跃模式，完成初始化参数设置，休眠周期计数信息Ncount=Ncount+0x10，如果休眠周期计数信息Ncount=网络接入点地址，节点转为管理节点，负责网络的管理功能，启动网络计时器，当网络计时器超时后察看网络内各子网信息，如果各子网均已处理完成，设置休眠时间，发送AllSLEEP指令，进入休眠模式，转步骤(2.4)，如有子网未完成，管理节点网络计数器计数+1,当计数达到系统设定的网络计数最大值Tmax,强制进入休眠状态，设置休眠时间，发送AllSLEEP指令，进入休眠模式，转步骤(2.4)，其中，AllSLEEP指令中包含网络接入点数量Naddr，网络休眠时间Tsleep和转发次数信息Nofw,Nofw=0,；
网络接入点管理功能的实现：每次进入活跃状态后设置子网内所有传感器节点状态字+1,如果传感器节点状态字>系统设定的数值TSMax，判断该传感器节点异常，删除该节点，如果接收到子网内传感器节点上传数据后清空该传感器节点状态字；如果网络级数NTree不等于0x00，将接收到的数据上传到上一级网络接入点或数据中继点，当子网内所有的传感器节点都上传完成后设置子网完成标志，同时发送广播子网完成指令NETFin，表示该子网内所有传感器节点数据都已上传完成；
当接收到其他网络接入点转发的传感器数据后转发到上一级网络接入点或数据中继点，当接收到子网完成指令NETFin后，如果网络接入点为当前管理节点，标记该网络接入点子网信息，如果该网络接入点信息未在当前管理节点上存储,为新加入节点，增加该网络接入点信息，如当前管理节点的网络接入点数量Naddr<该网络接入点地址，设置Naddr=该网络接入点地址，否则察看网络接入点是否转发过该子网完成指令NETFin，如果该网络接入点已转发过该子网完成指令NETFin，不作处理；否则广播该子网完成指令NETFin，同时标记转发过该子网完成指令NETFin；
取传感器节点查询指令QueryNode中的ETree信息，子网地址信息和子网内节点地址信息，如果子网地址为本机子网地址，发送QueryNode指令给子网内指定节点，否则，如果节点本身网络级数小于ETree,更新QueryNode信息中的ETree字段，发送广播传感器节点查询指令QueryNode，如果节点本身网络级数>=ETree,不作处理；
当接收到AllSLEEP指令,如果已经接收过该消息,不作处理，如首次接收,提取AllSLEEP指令中的Naddr信息更新本节点的Naddr信息和Tsleep信息,根据转发次数Nofw和Tsleep做出时间修正，并根据修正结果设置休眠计数器Ttime=Tsleep-Nofw*t,t为每次的转发占用时间，修改AllSLEEP指令中的转发次数字段为Nofw+1,广播该消息,设置本节点的RevSleep标志位，表示已经接收过该消息，等待随机时间Twait后进入休眠模式,转步骤(2.4)；
（2.11）提取更新网络结构指令NeedUPDATE中的网络级数ETree信息、源地址信息以及信号强度，
如果网络接入点本身网络级数NTree为0x00或大于ETree+1,设置NTree=ETree+1，保存上级节点的源地址信息和信号强度信息，将自身的网络级数信息和源地址信息填充至NeedUPDATE指令并发送广播信息，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
如果节点本身网络级数=ETree+1,查询已存储的上级节点的源地址信息和信号强度，如果新节点信号强度强于原有节点，替换掉上级节点信息,将自身的网络计数信息和源地址信息填充至NeedUPDATE指令并发送广播信息，否则，不作处理，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
（2.12）取网络周期设置指令TSET中的ETree信息、数据上传周期Tnet信息，更新数据上传周期Tnet信息，如果节点本身网络级数小于ETree,更新TSET信息中的ETree字段，发送广播信息TSET，进入休眠模式，转(2.4)，如果节点本身网络级数>=ETree,不作处理，进入休眠模式，转(2.4)；
（2.13）如果接收到清除网络链路指令ClearNet,如果NTree<>0x00,设置NTree=0x00，广播该消息，进入休眠模式，转步骤(2.4)。
所述步骤（2）的数据中继节点的处理步骤为：
(2.1)节点上电后首先侦听设定的无线信道，侦听时间为2*TnetDefault，如果没有接收到数据包，等待随机时间，继续侦听无线信道,否则转步骤(2.2);
（2.2）如果接收到网络接入点的AllSLEEP数据包，根据提取的网络休眠时间计数Tsleep设置休眠计数器，设置等待随机时间后转步骤(2.3)；
如果接收到其他数据包，等待至接收到AllSLEEP数据包，根据提取的网络休眠时间计数Tsleep设置休眠计数器，等待随机时间后转步骤(2.3)；
(2.3)发送NeedUPDATE指令，建立数据上传链路，进入休眠状态，转步骤(2.4)；
(2.4)等待定时器到设定时间，进入活跃模式，转步骤(2.5)；
(2.5)活跃模式，保持网络侦听状态：接收网络接入点上传的传感器数据并发送给WSN服务器并转发WSN服务器的指令。
Claims (3)
1.一种无线传感器自适应网络休眠控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对网络接入点进行地址编号，网络接入点接收对应内网的传感器节点发送的数据；
(2)网络接入点按照节点地址编号依次作为网络管理主节点，负责网络的数据传输管理和休眠管理，在网络活跃期内根据网络数据情况动态调整活跃时间，并在活跃期结束时发送包含休眠时间信息的广播指令，网络进入休眠状态，网络内的节点关闭无线模块并启动定时器直至休眠时间结束并重新进入活跃期；
(3)数据中继节点加入网络后，网络接入点按照距离中继节点的距离确定网络级数，并将网络中的数据逐级上传至无线传感器网络WSN服务器；
所述步骤(1)的传感器节点的处理步骤为：
(1.1)传感器节点上电后首先侦听设定的无线信道，侦听时间为网络周期Tnet,网络周期Tnet为2*TnetDefault，TnetDefault代表系统设定的初始网络周期或者网络上传周期，如果超时没有接收到数据包，转步骤(1.2),否则转步骤(1.3)；
(1.2)设置当前地址为传感器节点临时地址,连续发送传感器节点申请加入数据包ApplyNET，等待应答；
如果超时且没有接收到应答，进入休眠状态，等待随机时间，转步骤(1.1)；如果收到应答ReApplyNET数据包，提取ReApplyNET数据包中的网络接入点地址信息Addr和子网内地址netaddr，网络休眠时间计数Tsleep和当前休眠时间计数Ttime以及信号强度信息，按照提取的信息设置本传感器节点子网地址为网络接入点地址信息Addr+0x01、子网内地址、网络休眠定时器，保持活跃状态,等待2*Tnet,如果收到其他网络接入点的应答信息，提取该应答信息的强度信息，如果新网络接入点的信号强度强于原网络接入点，替换原网络接入点信息，超时后发送加入网络数据包JoinNET给选择的网络接入点，加入网络，根据网络休眠时间计数Tsleep和当前休眠时间计数Ttime设置并启动休眠定时器,进入休眠模式，根据转步骤(1.4)；
(1.3)如果接收到网络接入点的休眠数据包AllSLEEP，等待随机时间后转步骤(1.2)；
如果接收到的数据包不是休眠数据包AllSLEEP，等待至接收到休眠数据包AllSLEEP，等待随机时间后转步骤(1.2)；
(1.4)等待网络休眠定时器到设定时间，进入活跃模式，转步骤(1.5)；
(1.5)活跃模式，保持网络侦听状态：如有传感器数据要上传，上传数据给网络接入点；如收到传感器节点查询指令QueryNode，上传缓冲区中的传感器数据；如接收到AllSLEEP数据包，根据提取的网络休眠时间计数Tsleep设置休眠定时器，进入休眠模式，转步骤(1.4)。
2.根据权利要求1所述的无线传感器自适应网络休眠控制方法，其特征在于，所述步骤(2)的网络接入点的处理步骤为：
(2.1)网络接入点上电后首先侦听设定的无线信道，侦听时间为2*TnetDefault，如果没有接收到数据包，转步骤(2.2),否则转步骤(2.3)；
(2.2)设置地址为网络接入点临时地址,连续发送网络问候指令HiNET，等待应答；
如果超时且没有接收到应答，设置网络接入点地址为Naddr为0x10,接入点数量为1；网络休眠时间Tsleep＝Tdefalut,Tdefalut表示系统设定的初始网络休眠时间,接入点休眠周期计数Ncount＝0x00，网络级数NTree为0x00,网络建立完成，启动休眠定时器为网络休眠时间Tsleep，启动无线电唤醒功能，进入休眠状态，转(2.4)；
如果收到应答数据包ReNET，提取应答信息ReNET的网络接入点地址信息Addr，休眠周期计数信息Ncount，网络周期Tnet,网络级数NTree，网络休眠时间Tsleep，网络接入点数量Naddr和当前休眠时间计数Ttime；设置网络接入点地址为Naddr+0x10，接入点休眠周期计数信息为Ncount,网络接入点数量Naddr＝Naddr+0x10，保持活跃状态,等待2*Tnet,如果收到多个ReNET应答数据包,取最小的网络级数NTreeMin,如果NTreeMin>0,设置网络级数为NTree＝NTreeMin+1，更新相邻节点信息：增加发送ReNET数据包的网络接入点为相邻网络接入点，建立子网，清空子网内所有传感器节点状态字，根据网络休眠时间计数Tsleep和当前休眠时间计数Ttime设置并启动休眠定时器,启动无线电唤醒功能，进入休眠状态，转(2.4)；
(2.3)如果接收到网络接入点的AllSLEEP数据包，等待随机时间后转步骤(2.2)；
如果接收到的数据包不是休眠数据包AllSLEEP，转步骤(2.1)；
(2.4)在休眠状态中休眠时间计数Ttime随时间递减，如果监测到正确的无线数据包，转为活跃模式，如果数据包为网络问候指令HiNET，用于探测是否存在网络接入点,转步骤(2.5),如果数据包为传感器节点申请加入数据包ApplyNET,转步骤(2.8)；如果数据包为紧急呼叫指令数据包EmgCALL，此数据包用于告警、紧急事件处理特殊情况的数据传输，转步骤(2.9)；如果为更新网络结构数据包NeedUPDATE，此数据包由数据中继节点发出，广播至各网络接入点，用于建立或更新数据上传链路，转步骤(2.11)；如果为网络周期设置数据包TSET，此数据包用于更新网络周期，转步骤(2.12)；如果为清除网络结构数据包ClearNet，此数据包由数据中继节点发出，广播至各网络接入点，用于清除数据上传链路，禁止数据上传功能，降低系统功耗，转步骤(2.13)；如果为不是上述数据包，启动休眠模式，转步骤(2.4)；如果当前休眠时间计数Ttime＝0,进入活跃模式，转步骤(2.10)；
(2.5)如果数据包源地址为网络接入点临时地址,转(2.6)，否则转(2.7)；
(2.6)根据本机地址设置延时，延时后发送应答ReNET数据包，应答ReNET数据包包含网络接入点地址Addr,网络休眠时间Tsleep，当前休眠时间计数Ttime，网络周期Tnet,休眠周期计数信息Ncount，网络级数NTree和网络接入点数量Naddr，更新自身网络接入点数量为：Naddr+0x10，更新相邻节点信息，增加Naddr+0x10为相邻网络接入点地址，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
(2.7)根据本机地址设置延时，延时后发送ERROR应答帧，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
(2.8)如果子网内还有空闲地址，分配第一个空闲地址给该传感器节点，发送AckApplyNET应答指令给该传感器节点，该指令包含如下信息：子网地址、子网内地址和当前休眠时间Ttime，等待应答，如果超时无应答，进入休眠模式，转步骤(2.4)；如收到JoinNET应答指令，节点加入成功，更新子网内传感器节点信息，进入休眠模式，转步骤(2.4)；如果没有空闲地址，回应ERROR指令给该传感器节点，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
(2.9)提取EmgCALL指令中的网络级数ETree信息，如果ETree>本机网络级数NTree或者本机网络级数为0x00，不作处理，转休眠模式，转步骤(2.4)；否则将EmgCALL指令中的网络级数ETree设为NTree并连续发送EmgCALL广播消息，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
(2.10)活跃模式，完成初始化参数设置，休眠周期计数信息Ncount＝Ncount+0x10，如果休眠周期计数信息Ncount＝网络接入点地址，节点转为管理节点，负责网络的管理功能，启动网络计时器，当网络计时器超时后察看网络内各子网信息，如果各子网均已处理完成，设置休眠时间，发送AllSLEEP指令，进入休眠模式，转步骤(2.4)，如有子网未完成，管理节点网络计数器计数+1,当计数达到系统设定的网络计数最大值Tmax,强制进入休眠状态，设置休眠时间，发送AllSLEEP指令，进入休眠模式，转步骤(2.4)，其中，AllSLEEP指令中包含网络接入点数量Naddr，网络休眠时间Tsleep和转发次数信息Nofw,Nofw＝0,；
网络接入点管理功能的实现：每次进入活跃状态后设置子网内所有传感器节点状态字+1,如果传感器节点状态字>系统设定的数值TSMax，判断该传感器节点异常，删除该节点，如果接收到子网内传感器节点上传数据后清空该传感器节点状态字；如果网络级数NTree不等于0x00，将接收到的数据上传到上一级网络接入点或数据中继点，当子网内所有的传感器节点都上传完成后设置子网完成标志，同时发送广播子网完成指令NETFin，表示该子网内所有传感器节点数据都已上传完成；
当接收到其他网络接入点转发的传感器数据后转发到上一级网络接入点或数据中继点，当接收到子网完成指令NETFin后，如果网络接入点为当前管理节点，标记该网络接入点子网信息，如果该网络接入点信息未在当前管理节点上存储,为新加入节点，增加该网络接入点信息，如当前管理节点的网络接入点数量Naddr<该网络接入点地址，设置Naddr＝该网络接入点地址，否则察看网络接入点是否转发过该子网完成指令NETFin，如果该网络接入点已转发过该子网完成指令NETFin，不作处理；否则广播该子网完成指令NETFin，同时标记转发过该子网完成指令NETFin；
取传感器节点查询指令QueryNode中的ETree信息，子网地址信息和子网内节点地址信息，如果子网地址为本机子网地址，发送QueryNode指令给子网内指定节点，否则，如果节点本身网络级数小于ETree,更新QueryNode信息中的ETree字段，发送广播传感器节点查询指令QueryNode，如果节点本身网络级数>＝ETree,不作处理；
当接收到AllSLEEP指令,如果已经接收过该消息,不作处理，如首次接收,提取AllSLEEP指令中的Naddr信息更新本节点的Naddr信息和Tsleep信息,根据转发次数Nofw和Tsleep做出时间修正，并根据修正结果设置休眠计数器Ttime＝Tsleep-Nofw*t,t为每次的转发占用时间，修改AllSLEEP指令中的转发次数字段为Nofw+1,广播该消息,设置本节点的RevSleep标志位，表示已经接收过该消息，等待随机时间Twait后进入休眠模式,转步骤(2.4)；
(2.11)提取更新网络结构指令NeedUPDATE中的网络级数ETree信息、源地址信息以及信号强度，
如果网络接入点本身网络级数NTree为0x00或大于ETree+1,设置NTree＝ETree+1，保存上级节点的源地址信息和信号强度信息，将自身的网络级数信息和源地址信息填充至NeedUPDATE指令并发送广播信息，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
如果节点本身网络级数＝ETree+1,查询已存储的上级节点的源地址信息和信号强度，如果新节点信号强度强于原有节点，替换掉上级节点信息,将自身的网络计数信息和源地址信息填充至NeedUPDATE指令并发送广播信息，否则，不作处理，进入休眠模式，转步骤(2.4)；
(2.12)取网络周期设置指令TSET中的ETree信息、网络周期Tnet信息，更新网络周期Tnet信息，如果节点本身网络级数小于ETree,更新TSET信息中的ETree字段，发送广播信息TSET，进入休眠模式，转(2.4)，如果节点本身网络级数>＝ETree,不作处理，进入休眠模式，转(2.4)；
(2.13)如果接收到清除网络链路指令ClearNet,如果NTree≠0x00,设置NTree＝0x00，广播该消息，进入休眠模式，转步骤(2.4)。
3.根据权利要求1所述的无线传感器自适应网络休眠控制方法，其特征在于，所述步骤(2)的数据中继节点的处理步骤为：
(2.1)节点上电后首先侦听设定的无线信道，侦听时间为2*TnetDefault，如果没有接收到数据包，等待随机时间，继续侦听无线信道,否则转步骤(2.2)；
(2.2)如果接收到网络接入点的AllSLEEP数据包，根据提取的网络休眠时间计数Tsleep设置休眠计数器，设置等待随机时间后转步骤(2.3)；
如果接收到其他数据包，等待至接收到AllSLEEP数据包，根据提取的网络休眠时间计数Tsleep设置休眠计数器，等待随机时间后转步骤(2.3)；
(2.3)发送更新网络结构数据包NeedUPDATE指令，建立数据上传链路，进入休眠状态，转步骤(2.4)；
(2.4)等待定时器到设定时间，进入活跃模式，转步骤(2.5)；
(2.5)活跃模式，保持网络侦听状态：接收网络接入点上传的传感器数据并发送给WSN服务器并转发WSN服务器的指令。
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