CN106851803A - 一种无线传感器唤醒方法 - Google Patents

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魏龄
曹敏
李保龙
王东林
张林山
赵旭
沈鑫
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Abstract

本申请公开了一种应用在无线传感器的无线传感器唤醒方法，包括：无线传感器在每个预定侦听周期检测发送来的数据包和按顺序排列的N个唤醒包；当无线传感器接收到唤醒包序号为i的唤醒包时，检查无线传感器节点地址是否与接收到的唤醒包中的唤醒地址相匹配；如果无线传感器节点地址与接收到的唤醒包中的唤醒地址匹配，无线传感器在接收到唤醒包序号为i的唤醒包完毕之后开始休眠，无线传感器在休眠之后唤醒，唤醒的无线传感器接收数据包；如果无线传感器的节点地址与接收到的唤醒包中的唤醒地址不匹配，无线传感器立即休眠。本发明无线传感器唤醒方法，能通过设计唤醒包和数据包来减少业务数据的收发能量消耗和避免非业务数据的误唤醒。

Description

一种无线传感器唤醒方法
技术领域
本申请涉及无线传感器领域，尤其涉及一种无线传感器唤醒方法。
背景技术
随着无线传感器网络技术的发展，无线传感器广泛应用在自动抄水气表、自动化数据收集、无线报警与安防、智能家居等行业，以便远程监控设备的工作环境和工作状态。通常，监测区域内安装有多个无线传感器，这些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系统，每个无线传感器成为系统中的一个节点，称作传感节点。在众多的应用环境中，传感节点往往不方便连接市电，常采用干电池等供电。为了有效降低无线传感器的功耗和延长工作时间，需要在无线传感器空闲时置于休眠状态，并在需要进行采集数据或传输数据时被及时唤醒，从而减少功耗以延长工作时间。
现有的无线传感器唤醒方式通常采用周期性唤醒方式。如图1所示，无线传感器交替处理侦听时间和休眠时间，所述侦听时间和休眠时间之和为一个侦听周期；在侦听时间内无线传感器处于侦听状态，无线传感器被唤醒侦听唤醒包；在休眠时间内无线传感器处于休眠状态，仅保持低功耗工作即可，不接收唤醒包。当无线传感器在侦听时间内侦听不到唤醒包时，无线传感器就进入休眠状态，等待下一个侦听时间的到来再唤醒，以继续侦听唤醒包。当无线传感器在侦听时间内侦听到唤醒包时，就一直处于接收状态等待收发数据包。
然而，当无线传感器在侦听时间内侦听到唤醒包时，无线传感器要一直处于接收状态来准备接收数据包，节点能量消耗增加。另外，当无线传感器接收到的数据包为非业务数据时，就导致无线传感器被误唤醒，造成无线传感器无效的能量消耗，从而极大地消耗了无线传感器的功耗。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种无线传感器唤醒方法，能通过设计唤醒包和数据包来减少业务数据的收发能量消耗和避免非业务数据的误唤醒。
根据本发明的实施例，提供了一种无线传感器唤醒方法，应用在无线传感器，所述方法包括：所述无线传感器在每个预定的侦听周期检测由发送站或上一个传感节点发送来的数据包和按顺序排列的N个唤醒包，每个唤醒包的数据长度相同，每个唤醒包中包括唤醒包序号和唤醒地址，所述数据包排列在所述N个唤醒包之后，所述N为大于1的自然数；当所述无线传感器接收到唤醒包序号为i的唤醒包时，检查所述无线传感器的节点地址是否与接收到的唤醒包中的唤醒地址相匹配，0≤i≤N，i为整数；如果所述无线传感器的节点地址与接收到的唤醒包中的唤醒地址匹配，所述无线传感器在接收唤醒包序号为i的唤醒包完毕之后开始休眠，休眠时间为|i-排序最后的唤醒包序号|×t，所述无线传感器在休眠所述休眠时间之后唤醒，唤醒的所述无线传感器接收所述数据包，所述t为单个唤醒包的发送时间；如果所述无线传感器的节点地址与接收到的唤醒包中的唤醒地址不匹配，所述无线传感器立即休眠，直至所述无线传感器接收到的唤醒包中的唤醒地址与所述无线传感器的节点地址相匹配。
根据本发明的一个实施例，每个唤醒包中还包括前导码和校验码，所述检验码为唤醒包序号与唤醒地址之和，所述前导码用于指示唤醒包的起点，所述校验码用于指示唤醒包的终点。
根据本发明的一个实施例，所述N个唤醒包按照唤醒包序号依次递减的顺序排列，从N排列到0，所述休眠时间为i×t。
根据本发明的一个实施例，所述N个唤醒包按照唤醒包序号依次递增的顺序排列，从0排列到N，所述休眠时间为(N-i)×t。
根据本发明的一个实施例，所述预定的侦听周期包括唤醒包侦听时间和节点休眠时间，在所述唤醒包侦听时间内所述无线传感器接收唤醒包，在所述节点休眠时间内所述无线传感器休眠，所述唤醒包侦听时间大于单个唤醒包的发送时间t。
根据本发明的一个实施例，所述唤醒包侦听时间大于或等于两个唤醒包的发送时间。
根据本发明的一个实施例，所述N个唤醒包的总发送时间大于或等于所述预定的侦听周期。
由上可见，本发明提供了一种无线传感器唤醒方法，应用在无线传感器，所述方法包括：所述无线传感器在每个预定的侦听周期检测由发送站或上一个传感节点发送来的数据包和按顺序排列的N个唤醒包，每个唤醒包的数据长度相同，每个唤醒包中包括唤醒包序号和唤醒地址，所述数据包排列在所述N个唤醒包之后，所述N为大于1的自然数；当所述无线传感器接收到唤醒包序号为i的唤醒包时，检查所述无线传感器的节点地址是否与接收到的唤醒包中的唤醒地址相匹配，0≤i≤N，i为整数；如果所述无线传感器的节点地址与接收到的唤醒包中的唤醒地址匹配，所述无线传感器在接收到唤醒包序号为i的唤醒包完毕之后开始休眠，休眠时间为|i-排序最后的唤醒包序号|×t，所述无线传感器在休眠所述休眠时间之后唤醒，唤醒的所述无线传感器接收所述数据包，所述t为单个唤醒包的发送时间；如果所述无线传感器的节点地址与接收到的唤醒包中的唤醒地址不匹配，所述无线传感器立即休眠，直至所述无线传感器后续接收到的唤醒包中的唤醒地址与所述无线传感器的节点地址相匹配。因此可知，本发明实施例的无线传感器唤醒方法，能通过设计唤醒包和数据包来减少业务数据的收发能量消耗和避免非业务数据的误唤醒。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为说明现有技术的无线传感器唤醒方式的示意图；
图2为本申请的无线传感器唤醒方法的流程示意图；
图3为本申请的唤醒包和数据包格式的示意图；
图4为本申请的业务数据的唤醒时序图。
具体实施方式
下面结合图2至图4来描述根据本发明实施例的无线传感器唤醒方法。图2为本申请的无线传感器唤醒方法的流程示意图。
参见图2，本申请的无线传感器唤醒方法包括以下步骤。
步骤S1，无线传感器在每个预定的侦听周期检测由发送站或上一个传感节点发送来的数据包和按顺序排列的N个唤醒包，每个唤醒包的数据长度相同，每个唤醒包中包括唤醒包序号和唤醒地址，数据包排列在N个唤醒包之后。根据本发明实施例，N为大于1的自然数。根据本发明的实施例，N个唤醒包可以按照唤醒包序号依次递减的顺序排列，从N排列到0。N个唤醒包也可以按照唤醒包序号依次递增的顺序排列，从0排列到N。根据本发明的实施例，N个唤醒包可以由发送站发送，在传感节点之间传递。某一个传感节点处的无线传感器可以在每个侦听周期检测由发送站或上一个传感节点发送来的唤醒包和数据包。
步骤S2，当无线传感器接收到唤醒包序号为i的唤醒包时，检查无线传感器的节点地址是否与接收到的唤醒包中的唤醒地址相匹配。根据本发明实施例，0≤i≤N，i为整数。在本发明实施例中，每个唤醒包中均设置有唤醒地址。N个唤醒包中的唤醒地址可以相同,用于集中唤醒同一节点处的无线传感器。N个唤醒包中的唤醒地址可以互不相同,用于唤醒N个不同节点处的无线传感器。N个唤醒包中的唤醒地址还可以不尽相同,对于需要优先唤醒的无线传感器，可以针对其节点地址设置多个唤醒包(数量大于1且小于N)，所述多个唤醒包中设置有与该节点地址相对应的同一唤醒地址，这样可以提高需要优先唤醒的无线传感器被唤醒的概率。总之，设置唤醒地址，可以方便地将唤醒包和数据包发送给期望的节点处的无线传感器。例如，如要唤醒某处管道内的无线传感器来接收数据包，就在唤醒包中设置与该管道内的无线传感器所处的节点地址相同的唤醒地址。根据本发明的实施例，无线传感器的节点地址可以是经过计算后得出的通信短地址，广播地址为0X9999。如果经过计算得出的通信短地址和广播地址重合，则通信短地址自动规避为0x999A。短地址计算方式可以为crc16或其它任何合理适用的算法。
步骤S3，如果无线传感器的节点地址与接收到的唤醒包中的唤醒地址匹配，无线传感器在接收唤醒包序号为i的唤醒包完毕之后开始休眠，休眠时间为|i-排序最后的唤醒包序号|×t，无线传感器在休眠上述休眠时间之后唤醒，唤醒的无线传感器接收数据包。这里，t为单个唤醒包的发送时间。根据本发明的实施例，当N个唤醒包从N排列到0时，上述休眠时间为i×t。当N个唤醒包从0排列到N时，上述休眠时间为(N-i)×t。
步骤S4，如果无线传感器的节点地址与接收到的唤醒包中的唤醒地址不匹配，无线传感器立即休眠，直至该无线传感器接收到的唤醒包中的唤醒地址与无线传感器的节点地址相匹配。
本发明实施例的上述无线传感器唤醒方法通过设计唤醒包和数据包格式来减少业务数据的收发能量消耗和避免非业务数据的误唤醒。图3为本申请的唤醒包和数据包格式的示意图。本申请设计如图3所示的数据格式，发送站或上一传感节点通过发送该格式的数据包来唤醒无线传感器。如图3所示，发送站或上一个传感节点发送数据包和N个唤醒包。N个唤醒包按照顺序排列，在图3的实施例中，N个唤醒包从N排列到0。数据包排列在N个唤醒包之后。如图3所示，每个唤醒包中包括唤醒包序号和唤醒地址。唤醒包中的唤醒地址与无线传感器的节点地址相同时，则认为是业务数据，无线传感器需要接收后续数据包，并做相应处理。如图3所示，每个唤醒包中还可以包括前导码和校验码。检验码为唤醒包序号与唤醒地址之和。前导码可以为1010码，无线传感器射频检测前导码，前导码可以用于指示唤醒包的起点。校验码用于指示唤醒包的终点。这里，每个唤醒包的数据长度相同，发送时间相同，即均为上述步骤S3中的单个唤醒包发送时间t。另外，每个唤醒包中还可以包括用于分割前导码和唤醒包序号的分隔符，例如为0x0c。唤醒包序号可以占1个字节。在图3中，唤醒包序号倒序排列，首包序号为N，最后一包序号为0。唤醒地址可以占2个字节。校验码为唤醒包序号与唤醒地址之和。在本发明实施例的无线传感器唤醒方法中，要检查无线传感器的节点地址是否与接收到的唤醒包中的唤醒地址相匹配(步骤S2)，用于区分发送来的数据是否为无线传感器的业务数据。
下面再结合图4描述利用本发明实施例的无线传感器唤醒方法来业务唤醒无线传感器时的唤醒时序图。
如上述步骤S1，无线传感器在每个侦听周期T2检测由发送站或上一个传感节点发送来的数据包和按顺序排列的N个唤醒包。所述侦听周期T2包括唤醒包侦听时间和节点休眠时间。在唤醒包侦听时间内无线传感器接收唤醒包，在节点休眠时间内无线传感器休眠。为了保证无线传感器能接收到唤醒包，唤醒包侦听时间大于单个唤醒包的发送时间t。根据本发明的一个实施例，唤醒包侦听时间可以大于或等于两个唤醒包的发送时间，这样就可以保证无线传感器在唤醒包侦听时间内至少能接收到一个唤醒包。另外，根据本发明的实施例，为了保证无线传感器能醒来接收N个唤醒包中的唤醒包，N个唤醒包的总发送时间T1大于或等于预定的侦听周期T2。
由于每个唤醒包中携带唤醒包序号，无线传感器可以推算出数据包发送的起点，无需一直处于接收状态等待发送数据包。下面参照图4举例来说明业务节点处的无线传感器如何被唤醒接收数据。无线传感器在每个侦听周期T2检测由发送站或上一个传感节点发送来的数据包和按顺序排列的N个唤醒包，当无线传感器接收到唤醒包序号为3的唤醒包时，并且无线传感器的节点地址与唤醒包序号为3的唤醒包中唤醒地址相匹配，则无线传感器在接收唤醒包序号为3的唤醒包完毕(接收到唤醒包序号为3的唤醒包的校验码)之后休眠，休眠3个唤醒包发送时间t，即休眠时间为3t，在3t之后，无线传感器唤醒，接收数据包。由上可知，整个业务数据接收过程的工作时间为接收唤醒包序号为3的唤醒包的时间与数据包接收时间之和，大大减少了业务数据唤醒时无线传感器的工作时间，减少了无线传感器的能耗。
另一方面，对于非业务节点处的无线传感器来说，唤醒包中的地址与无线传感器的节点地址不匹配，则无线传感器立即进入休眠状态，直至该无线传感器后续接收到的唤醒包中的唤醒地址与无线传感器的节点地址相匹配。由上可知，整个非业务数据接收过程的工作时间仅仅为接收唤醒包时间，大大减少了无线传感器的工作时间。这里应当理解，在一个侦听周期内无线传感器在唤醒包侦听时间内接收到唤醒包，当唤醒包中的地址与无线传感器的节点地址不匹配，则无线传感器立即进入休眠状态。后续当下一个侦听周期到来时，无线传感器仍会在相应的唤醒包侦听时间醒来接收唤醒包。当无线传感器后续接收到的唤醒包中的唤醒地址与无线传感器的节点地址相匹配时，无线传感器就会被业务唤醒，休眠如步骤S3计算的休眠时间后接收业务数据。
综上所述，本发明的无线传感器唤醒方法通过设计唤醒包和数据包格式，使得无线传感器被业务唤醒后不用一直醒来等待接收数据包，而是根据接收到的唤醒包序号休眠相应一段时间后接收数据包，大大降低了业务数据的收发能量消耗。同时，本发明的无线传感器唤醒方法通过设计唤醒包和数据包格式，使得无线传感器被非业务唤醒后不会一直醒来等待接收非业务数据，而是立即休眠，避免了无线传感器被误唤醒接收非业务数据，避免无线传感器无谓的能量消耗。

Claims (7)

1.一种无线传感器唤醒方法，应用在无线传感器，其特征在于，所述方法包括：
所述无线传感器在每个预定的侦听周期检测由发送站或上一个传感节点发送来的数据包和按顺序排列的N个唤醒包，每个唤醒包的数据长度相同，每个唤醒包中包括唤醒包序号和唤醒地址，所述数据包排列在所述N个唤醒包之后，所述N为大于1的自然数；
当所述无线传感器接收到唤醒包序号为i的唤醒包时，检查所述无线传感器的节点地址是否与接收到的唤醒包中的唤醒地址相匹配，0≤i≤N，i为整数；
如果所述无线传感器的节点地址与接收到的唤醒包中的唤醒地址匹配，所述无线传感器在接收唤醒包序号为i的唤醒包完毕之后开始休眠，休眠时间为|i-排序最后的唤醒包序号|×t，所述无线传感器在休眠所述休眠时间之后唤醒，唤醒的所述无线传感器接收所述数据包，所述t为单个唤醒包的发送时间；
如果所述无线传感器的节点地址与接收到的唤醒包中的唤醒地址不匹配，所述无线传感器立即休眠，直至所述无线传感器接收到的唤醒包中的唤醒地址与所述无线传感器的节点地址相匹配。
2.根据权利要求1所述的无线传感器唤醒方法，其特征在于，每个唤醒包中还包括前导码和校验码，所述检验码为唤醒包序号与唤醒地址之和，所述前导码用于指示唤醒包的起点，所述校验码用于指示唤醒包的终点。
3.根据权利要求1所述的无线传感器唤醒方法，其特征在于，
所述N个唤醒包按照唤醒包序号依次递减的顺序排列，从N排列到0，所述休眠时间为i×t。
4.根据权利要求1所述的无线传感器唤醒方法，其特征在于，
所述N个唤醒包按照唤醒包序号依次递增的顺序排列，从0排列到N，所述休眠时间为(N-i)×t。
5.根据权利要求1所述的无线传感器唤醒方法，其特征在于，所述预定的侦听周期包括唤醒包侦听时间和节点休眠时间，在所述唤醒包侦听时间内所述无线传感器接收唤醒包，在所述节点休眠时间内所述无线传感器休眠，所述唤醒包侦听时间大于单个唤醒包的发送时间t。
6.根据权利要求5所述的无线传感器唤醒方法，其特征在于，所述唤醒包侦听时间大于或等于两个唤醒包的发送时间。
7.根据权利要求1所述的无线传感器唤醒方法，其特征在于，所述N个唤醒包的总发送时间大于或等于所述预定的侦听周期。
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