CN104780597A - 无线安防监控系统的低功耗通信收发控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线安防监控系统的低功耗通信收发控制方法，无线安防监控系统包括多个传感器节点、多个中继和基站，它们之间通过无线通信，低功耗通信收发控制方法包括：通信双方同步的处于休眠模式、接收模式或发射模式，同时通过收发时序的控制避免通信双方的信息碰撞损耗。本发明在现有的无线通信设备的基础上，结构简单，使用方便，经济适用，稳定可靠，在不影响任何传输内容质量和效果的前提下，能有效降低正常通信的功耗，大幅度延长电池的使用时间，使系统能保证长期可靠工作。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信收发控制技术领域，尤其是涉及一种无线安防监控系统的低功耗通信收发控制方法。
背景技术
随着无线通信技术的发展，由于从简单语音传输至数据传输皆应用无线通信，所以对于数据吞吐量的需求将快速增长。高数据吞吐量意味着大量要处理的数据，因此需要大量的功率消耗。既然当前普遍利用电池给无线通信装置供电，所以急需一种在当前无线通信装置中降低功耗的方法。
目前对无线通信系统控制功耗的方法主要是利用节能的器件，控制通信部件自身的功耗。现有技术中无线通信系统的通信器件大部分时间处于接收等待状态，这造成了大量的电能消耗，不能保证装置能长时间可靠工作。
本发明的应用背景是一种用于安防的监控系统，该系统利用声音、振动信号进行周围场景的监控，然后利用无线方式进行通信和报警。该系统分为三个部分：传感器节点、中继节点和基站。其中，传感器节点和中继节点都部署在野外无人值守，由电池供电，长期部署无人看管和维护。基站处有供电设施，有人员值班。传感器节点、中继节点和基站之间通过无线通信方式来传递数据信息和控制命令；该系统对传感器节点和中继节点的功耗要求非常严格，要求功耗极低，控制灵活，这样才能够在较小的电池供应下，满足长期监控的目的。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明的目的是要在通用硬件的基础上进一步通过控制收发方法的改进达到最优化的无线安防监控系统的功率控制，即通过对系统休眠模式、接收模式和发射模式的同步控制、收发时机的时序控制，来达到系统节能的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种无线安防监控系统的低功耗通信收发控制方法，所述的无线安防监控系统包括多个传感器节点、多个中继和基站，它们之间通过无线通信，所述的低功耗通信收发控制方法包括：
通信双方同步的处于休眠模式、接收模式或发射模式，同时通过收发时序的控制避免通信双方的信息碰撞损耗。
所述的无线安防监控系统的低功耗通信收发控制方法，包括以下步骤：
步骤一.整个系统硬件部署完毕，正常使用前，传感器节点、中继节点和基站均处于无线接收状态，确保无线通信正常接收；
步骤二.基站通过中继向整个系统发送开始运行指令；各传感器节点和各中继节点的内部时钟清零，所有设备进入休眠状态；
步骤三.中继节点每隔T秒向传感器节点发送查询命令，中继节点发送完查询命令后，中继节点内部时钟清零，重新计时T秒，中继节点保持接收状态，如果传感器节点没有报警信息上报，中继节点转入休眠模式；如果传感器节点有报警信息上报，中继节点立即向基站转发，然后转入休眠模式；
传感器节点每隔T秒转入接收模式，等待中继节点发送的查询命令，如果接收到中继节点发送的查询命令，传感器节点内部时钟清零，重新计时T秒，传感器节点转为发射模式，向中继节点反馈自身的心跳信息或上报报警信息，传感器节点转入休眠模式；如果传感器节点在T时间周期内，没有收到查询命令，则保持接收模式，直至查询命令接收到为止；
步骤四.在T时间周期后中继节点和传感器节点重复步骤三动作。
在所述步骤三中，中继节点向传感器节点发送的查询命令由连续发送的N个查询包组成，每个查询包里包含一个查询序列号，其发送过程持续t1秒；发送过后中继节点保持接收状态t2秒；
传感器节点接收查询命令时，判断收到的查询包是否为最后一个查询包；如果不是最后一个查询包，传感器节点继续接收，直到接收到最后一个查询包为止；
当传感器节点收到的查询命令是最后一个查询包时，根据传感器节点预设的自身序列号m，传感器节点延时t3秒，t3为m个整数倍的时间，t3秒之后传感器节点向中继节点反馈自身的心跳信息或上报报警信息，然后传感器节点转入休眠模式。
在传感器节点延时的t3秒中，传感器节点转入休眠模式。
本发明的有益效果是：
本发明在现有的无线通信设备的基础上，结构简单，使用方便，经济适用，稳定可靠，在不影响任何传输内容质量和效果的前提下，能有效降低正常通信的功耗，大幅度延长电池的使用时间，使系统能保证长期可靠工作。
附图说明
图1为本发明中继节点的通信控制流程图；
图2为本发明传感器节点的通信控制流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明 ：
一个无线安防监控系统，其硬件架设包括10个传感器节点、1个中继节点和1个基站，其中，无线传感器节点采用433MHz的频率，中继节点包括两种无线通信模块，频率分别是433MHz和230MHz，分别与传感器节点和基站通信；基站是一个230MHz的无线收发器；低功耗通信收发控制方法包括：通信双方同步的处于休眠模式、接收模式或发射模式，同时通过收发时序的控制避免通信双方的信息碰撞损耗。
低功耗通信收发控制方法包括以下步骤：
步骤一.整个系统硬件部署完毕，正常使用前，传感器节点、中继节点和基站均处于无线接收状态，确保无线通信正常接收；
步骤二. 基站的230MHz的无线收发器向中继节点发送一个命令，宣布整个系统开机。此时的时刻为0时刻，所有设备进入休眠状态；
步骤三.中继节点每隔60秒向传感器节点发送查询命令，查询命令由连续发送的4个查询包组成，包长为10个字节，波特率为9600bps，每个查询包里包含一个查询序列号，其发送过程持续40ms秒，中继节点发送完查询命令后，中继节点内部时钟清零，重新计时60秒，中继节点保持接收状态100 ms秒；等待的100ms用于等待接收10个节点陆续发来各种信息；如果传感器节点没有报警信息上报，中继节点就在100 ms秒后转入休眠模式；如果传感器节点有报警信息上报，中继节点立即向基站转发，然后转入休眠模式；
发送的查询包的一种典型格式为：
7E 长度 序号 XX XX XX XX XX XX CRC；
其中首字节为包头，第2个字节为数据包长度，序号从1到4，表示4个查询包，CRC表示校验和；
中继节点在433MHz通信上的平均功耗为：
(100ms x 25mA + 40ms x 80mA) / 60000 = 0.095 mA；
其通信控制流程图如附图1所示；
传感器节点每隔60秒从休眠状态唤醒并转入接收模式，等待中继节点发送的查询命令，如果接收到中继节点发送的查询命令，传感器节点内部时钟清零，重新计时60秒，同时判断收到的查询包是否为第4个查询包，如果不是第4个查询包，传感器节点继续接收，直到接收到第4个查询包为止；当传感器节点判断收到的查询命令是最第4个查询包时，传感器节点转为发射模式，根据传感器节点预设的自身序列号m，传感器节点延时mx10ms秒，传感器节点转入休眠模式；mx10ms秒之后传感器节点向中继节点反馈自身的心跳信息或上报报警信息，包长也是10个字节，波特率为9600bps，每个包的发送时间为10ms；然后传感器节点转入休眠模式；如果传感器节点在60秒时间周期内，没有收到查询命令，则保持接收模式，直至查询命令接收到为止；
由于不同的无线传感器节点的序号不同，发送前的等待时间也各不相同，无线传感器节点的最大平均功耗：
(40ms x 25mA + 100ms * 25 mA + 10ms x 80mA) / 60000 = 0.07 mA；
其通信控制流程图如附图2所示；
步骤四.在60时间周期后中继节点和传感器节点重复步骤三动作。
上述示例可见，通过中继节点定时发送查询包，确保整个系统的步调一致；对各个传感器节点的定时要求不高，只需要在60s内接近即可；每个传感器节点发送的自身序列号排列，无需侦听信道繁忙与否，无需握手，这在传感器节点数不多的情况下非常节能有效。
利用上述控制过程，在保障各个节点极短的接收和发射状态下，有效地降低了功耗；整个收发过程有序展开，无线发射过程无碰撞。软件方面简单有效，利用较低廉的器件即可实现。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种无线安防监控系统的低功耗通信收发控制方法，所述的无线安防监控系统包括多个传感器节点、多个中继和基站，它们之间通过无线通信，其特征在于，所述的低功耗通信收发控制方法包括：
通信双方同步的处于休眠模式、接收模式或发射模式，同时通过收发时序的控制避免通信双方的信息碰撞损耗。
2.根据权利要求1所述的无线安防监控系统的低功耗通信收发控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一.整个系统硬件部署完毕，正常使用前，传感器节点、中继节点和基站均处于无线接收状态，确保无线通信正常接收；
步骤二.基站通过中继向整个系统发送开始运行指令；各传感器节点和各中继节点的内部时钟清零，所有设备进入休眠状态；
步骤三.中继节点每隔T秒向传感器节点发送查询命令，中继节点发送完查询命令后，中继节点内部时钟清零，重新计时T秒，中继节点保持接收状态，如果传感器节点没有报警信息上报，中继节点转入休眠模式；如果传感器节点有报警信息上报，中继节点立即向基站转发，然后转入休眠模式；
传感器节点每隔T秒转入接收模式，等待中继节点发送的查询命令，如果接收到中继节点发送的查询命令，传感器节点内部时钟清零，重新计时T秒，传感器节点转为发射模式，向中继节点反馈自身的心跳信息或上报报警信息，传感器节点转入休眠模式；如果传感器节点在T时间周期内，没有收到查询命令，则保持接收模式，直至查询命令接收到为止；
步骤四.在T时间周期后中继节点和传感器节点重复步骤三动作。
3.根据权利要求2所述的无线安防监控系统的低功耗通信收发控制方法，其特征在于，在所述步骤三中，中继节点向传感器节点发送的查询命令由连续发送的N个查询包组成，每个查询包里包含一个查询序列号，其发送过程持续t1秒；发送过后中继节点保持接收状态t2秒；
传感器节点接收查询命令时，判断收到的查询包是否为最后一个查询包；如果不是最后一个查询包，传感器节点继续接收，直到接收到最后一个查询包为止；
当传感器节点收到的查询命令是最后一个查询包时，根据传感器节点预设的自身序列号m，传感器节点延时t3秒，t3为m个整数倍的时间，t3秒之后传感器节点向中继节点反馈自身的心跳信息或上报报警信息，然后传感器节点转入休眠模式。
4.根据权利要求3所述的无线安防监控系统的低功耗通信收发控制方法，其特征在于，在传感器节点延时的t3秒中，传感器节点转入休眠模式。
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