CN105636022B - 一种基于rssi的低功耗无源无线节点组网的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于RSSI的低功耗无源无线节点组网的方法,该方法使用自获能无源无线节点进行组网,建立最优的传输路由和最小通信消耗的互联网络,保障了网络的稳定性和均匀性,使无线网络在在双向通信功能上达到了低功耗高质量无线通信的效果。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域,更具体地,涉及一种基于RSSI(接收信号强度)的低功耗无源无线节点组网的方法。
背景技术
目前有很多研究智能家居的企业和制造商,但是这些企业和制造商所开发的产品需要在墙内布线,安装时需要对现有的居室造成很大外观改动,维修困难的同时在成本上花费也很高,系统安装麻烦,接口也过于复杂;同时这些产品也都需要有源供电,不管是资源上的电力使用还是使用电池供能,考虑到对资源的使用和电池的回收的无污染处理难度,都是和目前提出的绿色智能建筑相悖的。
随着无线通信技术的发展,特别是数字通信技术的进步,短距离无线传输的提出了Zigbee(紫蜂协议)和蓝牙技术以及相关的设备,无线产品的性价比更趋合理。蓝牙技术是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术,工作在全球通用的2.4GHz ISM(工业、科学、医学)频段,采用快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,采用时分双工传输方案实现全双工传输;Zigbee的提出虽然可以灵活的组网,但是对于组网造成的设备复杂度提升和成本的加大也是不容忽视的,并且依然是需要有源供电;同时,随着2.4GHz的ISM利用率提高,频段使用变的越来越密集,在各个无线局域网之间的射频干扰和频率复用问题变得越来越严重。
发明内容
本发明提供一种基于RSSI的低功耗无源无线节点组网的方法,该方法根据RSSI数值而动态调整无源无线节点的发射功率,争取网络较低通信消耗。
为了达到上述技术效果,本发明的技术方案如下:
一种基于RSSI的低功耗无源无线节点组网的方法,包括以下步骤:
S1:构建后台管理中心、控制节点以及若干无源无线节点并组成无线网络;
S2:无源无线节点采用微小能量采集并转换成电能的自获能供电方式并将能量进行存储,并完成数据采集和向控制节点的数据传送;
S3:控制节点采用有源供电方式,将分散的无源无线节点进行互连,并动态调整自身的发射功率,保证无源无线节点收发数据的通信质量并同时降低功耗。
进一步地,所述后台管理中心用于对数据进行处理和存储,
控制节点对无源无线节点进行控制,包括对无线网络中的无源无线节点执行组网以及增、删、查、改,
无源无线节点对数据进行采集以及向控制节点发送。
进一步地,步骤S3中控制节点将分散的无源无线节点进行互连的过程如下:
S31:控制节点对要进行组网的无源无线节点在安装之前进行地址学习,保障后期安装之后组网的完整性不至于缺漏;
S32:控制节点在无源无线节点安装之后,首次发送具有时间同步数据的广播组网信息帧;
S33:无源无线节点接收到控制节点发送的广播组网帧,查看自身是否已经组网,以及自身组网的深度;如果无源无线节点没有组网,则按照接收的时间信息和控制节点进行同步,并根据自身地址最后一个字节进行延时,之后回应控制节点,并标志自身深度为当前收到的节点深度;如果无源无线节点自身已经组网,则查看控制节点组网要求的深度,如果比自身高则忽略,如果低,则转到步骤S35;
S34:控制节点接收到无源无线节点的回应帧之后,根据判断节点接收信号强度NodeRSSI>Node_Q的节点进行存贮,回复网络地址分配帧,对于NodeRSSI<Node_Q的节点进行忽略;
S35:无源无线节点收到控制节点命令之后,调整好自身发射功率,并进行主从角色的转变,继续下发自身节点的广播组网信息帧,转到步骤S33;
S36:无线网络中无源无线节点逐级进行组网,直到下一深度级别时无子节点进行回应,完成该链路组网;
S37:控制节点接收到完整一条链路子节点信息之后,进行下发其他1级无源无线节点的继续组网命令,转到步骤S35;
S38:控制节点收悉所有节点之后与安装前学习到的无源无线节点的地址对比,看有无缺漏;若有缺漏进行对应地址直接呼叫,使用最大发射功率进行查找,如无回应,进行重新安装或者更换设备或者补充节点构成网络链路进行保障通信质量,转到步骤S31;若无缺漏,无线网络进行平稳运行,无源无线节点在数据采集之后周期逐级进行信息上传;
S39:控制节点对每条链路1级无源无线节点分配数据通信时隙,每1级无源无线节点对该链路1级以下无源无线节点逐级发送数据通信信道变更信息帧。
进一步地,所述无源无线节点采用微小能量采集并转换成电能的自获能供电方式包括给无源无线节点配置光伏模块或振动模块。
进一步地,所述控制节点控制无源无线节点自主组网,控制无源无线节点切换主从的角色,从而建立多层拓扑结构,使得每一个无源无线节点具有最优路由,从而保证无线网路的稳定性和均匀性。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
本发明使用自获能无源无线节点进行组网,建立最优的传输路由和最小通信消耗的互联网络,保障了网络的稳定性和均匀性,使无线网络在在双向通信功能上达到了低功耗高质量无线通信的效果。
附图说明
图1为无线网络系统无源无线节点和控制节点及后台管理的连接图;
图2为实例实施的低功耗无源无线节点功率自适应传输方法框图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1-2所示,一种基于RSSI的低功耗无源无线节点组网的方法,包括以下步骤:
S1:构建后台管理中心、控制节点以及若干无源无线节点并组成无线网络,其中,后台管理中心用于对数据进行处理和存储,
控制节点对无源无线节点进行控制,包括对无线网络中的无源无线节点执行组网以及增、删、查、改,
无源无线节点对数据进行采集以及向控制节点发送;
S2:无源无线节点采用微小能量采集并转换成电能的自获能供电方式并将能量进行存储,并完成数据采集和向控制节点的数据传送;
S3:控制节点采用有源供电方式,将分散的无源无线节点进行互连,并动态调整自身的发射功率,保证无源无线节点收发数据的通信质量并同时降低功耗。
其中,所述无源无线节点模块的组成:微小能量采集模块包括按压转化电能以及光能转换电能两部分,光能转换主要用于能量的存储,按压部分可用于控制节点学习无线子节点地址时使用。能量管理模块主要是将微小能量采集的能量进行转换适用于主芯片和射频芯片使用的电能。主芯片采用MSP430F5系列芯片主要负责负责网关部分无线协议栈的管理调度,包括发送网络建立帧,分配节点深度,发送网络同步帧,发送命令帧,以及接受无源无线节点数据帧等工作。CC1101设置为868MHz的频段,采用ASK调制进行125kbps的速率进行数据通信,作为MSP430的射频前端主要负责无线信号的低噪声放大发送及对无线信号的高灵敏度接受。
其中,所述控制节点模块组成:有线电源以及主芯片以及射频部分电路。控制节点电源采用有线的电源进行供电,保证控制节点在工作期间充足的电量,主芯片和射频部分与无源无线节点保持一致,控制节点通过无线收到的数据通过现场总线送到后台上位机做数据处理或者监视等用途。
其中,控制节点将分散的无源无线节点进行互连的过程包括:
步骤1:控制节点对将要进行组网的无源无线节点在安装之前进行对于无源无线节点的地址学习,保障后期安装之后组网的完整性判断是否有缺漏的无源无线节点。
步骤2:控制节点在无源无线节点安装之后,在公共工作信道上广播网络建立信息帧,组建一个无源无线节点的网络,网络建立帧中所包含的信息主要包括网络建立帧的帧长度,帧控制,工作信道,要求组网的深度,控制节点的网络地址,控制节点的发射功率,网络更新周期,同步时间,其中控制节点的网络地址,组网深度和同步时间为无源无线节点接收网络建立帧识别控制节点的主要信息。
步骤3:无源无线节点接收到控制节点发送的广播组网帧,查看自身是否已经组网,以及自身组网的深度。
如果无源无线节点没有组网,则按照接收帧的时间信息和控制节点进行时间同步,标志自身深度为当前收到的节点深度,并根据自身地址最后一个字节进行相应的延时(为了防止无源无线节点同时回应,造成的信道干扰和丢帧的情况)回复控制节点一个入网请求,即入网帧,表示本无源无线节点想要加入由该控制节点作为网络管理者的无线网络。节点入网帧中所包含的主要信息有帧长度,帧控制,无源无线节点工作信道,无源无线节点发射功率,无源无线节点隶属控制节点的网络深度,识别无源无线节点唯一性的地址,转到步骤7。
如果无源无线节点自身已经组网,则查看控制节点组网帧中要求的组网深度,如果比自身深度级别高则忽略该请求帧,如果比自身深度低并包含非广播地址,则查阅是否为本身父节点,如果非自身父节点则忽略,如果是自身父节点,则转到步骤7。
步骤4:控制节点收到无源无线节点的入网请求后,添加该无源无线节点入网帧的接收信号强度Node_RSSI,判断链路质量Node_Q。对NodeRSSI>Node_Q(参考接收信号强度阈值)的无源无线节点地址进行存储,回复无源无线节点一个网络地址分配帧,分别给相应的无源无线节点分配一个网络逻辑地址,网络逻辑地址作为无源无线节点在本控制节点管理下的唯一标识。网络地址分配帧中所包含的信息包括主要有帧长度,帧控制,工作信道,网络地址,网络更新周期,及无源无线节点在该网络中的逻辑地址,以及无源无线是否调整发射功率的控制字;对于NodeRSSI<Node_Q的无源无线节点进行忽略,不再回复网络地址分配帧。
步骤5:无源无线节点收到控制节点的网络地址分配帧,如果有调整发射功率控制字,则逐次降低自身发射功率,重新回应控制节点,直到无源无线节点的发射功率满足通信要求,收到网络地址分配帧不再需调整发射功率控制字,则按照此时发射功率进行无线通信。
无源无线节点未收到控制节点的网络地址分配帧,则不再发送请求入网帧,并且清理自身标志为1的组网深度,等待无源无线节点进一步寻呼子节点的网络建立信息帧。
步骤6:控制节点完成当前深度的组网以及调整完当前深度无源无线节点的发射功率之后,并且逐个对当前深度的无源无线节点下发继续下一层深度组网的信息帧。信息帧中所包含的信息包括主要有帧长度,帧控制,工作信道,网络地址,网络更新周期,及无源无线节点在该网络中的逻辑地址,组网深度,同步时间。
步骤7:当前无源无线节点在其收到控制节点深度组网命令之后,进行主从角色的转变,继续下发自身的广播组网信息帧,转到步骤3。
步骤8:无线网络中无源无线节点逐级进行组网,直到下一深度级别时无子节点进行回应,完成该链路组网。
步骤9:控制节点收悉所有节点之后和最开始学习无源无线节点的地址对比,看有无缺漏。
如果有缺漏则进行对应地址呼叫,加大发射功率进行查找,判断该节点是否回应,如无回应,进行重新安装或者更换设备或者补充节点构成网络链路进行保障通信质量;重复步骤1-7。
如果无缺漏,无线网络进行平稳运行,无源无线节点在数据采集之后周期逐级进行信息上传。
步骤10:结束公共信道组网。控制节点对每条链路1级无源无线节点分配数据通信时隙,每1级无源无线节点对该链路1级以下无源无线节点逐级发送数据通信信道变更信息帧。
步骤11:控制节点分时隙对于1级无源无线节点所在链路,进行对应的数据通信信道的网络良好性测试。
步骤12:结束系统整体组网。
通常一个无线网络系统包含有控制节点和若干个无源无线节点以及后台控制中心,控制节点用于将多个无源无线节点终端的数据中转至后台控制中心,此时,为了保证无源无线节点之间不出现信道堵塞和数据丢失等问题,本申请提出将各个无源无线节点采用组网的方法,选择自身节点的最优传输路由以及最小通信消耗,并且采用无源无线节点所在的专用工作信道传输数据,最后根据每条链路最高级别所在的不同时隙将数据传输到控制节点,保证数据传输的可靠性与高效性。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件;
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于RSSI的低功耗无源无线节点组网的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:构建后台管理中心、控制节点以及若干无源无线节点并组成无线网络;
S2:无源无线节点采用微小能量采集并转换成电能的自获能供电方式并将能量进行存储,并完成数据采集和向控制节点的数据传送;
S3:控制节点采用有源供电方式,将分散的无源无线节点进行互连,并动态调整自身的发射功率,保证无源无线节点收发数据的通信质量并同时降低功耗;
所述后台管理中心用于对数据进行处理和存储,控制节点对无源无线节点进行控制,包括对无线网络中的无源无线节点执行组网以及增、删、查、改,无源无线节点对数据进行采集以及向控制节点发送;
其中,步骤S3中控制节点将分散的无源无线节点进行互连的过程如下:
S31:控制节点对要进行组网的无源无线节点在安装之前进行地址学习,保障后期安装之后组网的完整性不至于缺漏;
S32:控制节点在无源无线节点安装之后,首次发送具有时间同步数据的广播组网信息帧;
S33:无源无线节点接收到控制节点发送的广播组网帧,查看自身是否已经组网,以及自身组网的深度;如果无源无线节点没有组网,则按照接收的时间信息和控制节点进行同步,并根据自身地址最后一个字节进行延时,之后回应控制节点,并标志自身深度为当前收到的节点深度;如果无源无线节点自身已经组网,则查看控制节点组网要求的深度,如果比自身高则忽略,如果低,则转到步骤S35;
S34:控制节点接收到无源无线节点的回应帧之后,根据判断节点接收信号强度NodeRSSI>Node_Q的节点进行存贮,回复网络地址分配帧,对于NodeRSSI<Node_Q的节点进行忽略,其中Node_Q是链路质量;
S35:无源无线节点收到控制节点命令之后,调整好自身发射功率,并进行主从角色的转变,继续下发自身节点的广播组网信息帧,转到步骤S33;
S36:无线网络中无源无线节点逐级进行组网,直到下一深度级别时无子节点进行回应,完成链路组网;
S37:控制节点接收到完整一条链路子节点信息之后,进行下发其他1级无源无线节点的继续组网命令,转到步骤S35;
S38:控制节点收悉所有节点之后与安装前学习到的无源无线节点的地址对比,看有无缺漏;若有缺漏进行对应地址直接呼叫,使用最大发射功率进行查找,如无回应,进行重新安装或者更换设备或者补充节点构成网络链路进行保障通信质量,转到步骤S31;若无缺漏,无线网络进行平稳运行,无源无线节点在数据采集之后周期逐级进行信息上传;
S39:控制节点对每条链路1级无源无线节点分配数据通信时隙,每1级无源无线节点对该链路1级以下无源无线节点逐级发送数据通信信道变更信息帧。
2.根据权利要求1所述的基于RSSI的低功耗无源无线节点组网的方法,其特征在于,所述无源无线节点采用微小能量采集并转换成电能的自获能供电方式包括给无源无线节点配置光伏模块或振动模块。
3.根据权利要求1所述的基于RSSI的低功耗无源无线节点组网的方法,其特征在于,所述控制节点控制无源无线节点自主组网,控制无源无线节点切换主从的角色,从而建立多层拓扑结构,使得每一个无源无线节点具有最优路由,从而保证无线网路的稳定性和均匀性。
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