CN106851836A - 一种实时高效的低功耗无线星形组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实时高效的低功耗无线星形组网方法，将组网中频段分为公共频段和节点频段，公共频段用于从机向主机传输节点数据，节点频段用于节点发送通讯请求和被动接收主机数据；节点向主机发起通讯过程分为两步：(1)节点发送数据请求。(2)发送节点数据。本发明具有以下有益效果：(1)减小了节点数据发送延迟；(2)节点发送数据时间可预知。(3)降低了节点功耗：通常情况下，节点发送过程功耗远大于静态下的功耗，缩短发射过程中的延迟可以有效的降低发射功耗，所以本发明节点的发射功耗小于普通方式下的发射功耗。

Description

一种实时高效的低功耗无线星形组网方法
技术领域
本发明涉及一种实时高效的低功耗无线星形组网方法，属于网络技术领域。
背景技术
ISM频段无线星形组网已得到广泛的应用，目前从物理频段上分为同频组网和分频组网，通讯过程多采用时间片通讯方式，实际应用中存在诸多弊端，如：(1)节点通讯延迟大；(2)节点通讯延迟不可预知；(3)节点功耗高。同频分时组网中全部节点设备均工作在相同频段，为了避免同频干扰，网络中任意时刻只允许一个节点发起数据通讯，因此就要求网络中全部节点需要严格的时间同步，各节点的数据通讯过程必须在各自的时间片内完成。该网络中节点数据发送时间不可预知，对应的时间片长度也随之不同，通常的解决办法是以网络中可能出现的最大时间片分作为做大时间，这样网内全部节点都能有足够的通讯时间，但由于节点的数据发送过程是随机的，大多数节点时间片内并没有真正需要通讯的数据，导致该节点时间片被白白浪费，整个网络通讯效率和实时性得不到保障。另一方面，由于采用了固定的工作频段，主机在网内发起的任意一次单节点会话都等同于广播信号，不可避免的唤醒全网的休眠设备，这种情况在低功耗组网应用中这是不可接受的。分频分时组网中，全部节点在各自独有的工作频段通讯，能有效的避免了同频组网时出现的广播唤醒情况，网络功耗得到了保障，但因其任然采用过了分时组网机制，通讯效率和实时性没有得到改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实时高效的低功耗无线星形组网方法，以便能提高组网节点通讯的实时性和效率，同时通讯延迟可预知。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种实时高效的低功耗无线星形组网方法，将组网中频段分为公共频段和节点频段，公共频段用于从机向主机传输节点数据，节点频段用于节点发送通讯请求和被动接收主机数据；节点向主机发起通讯过程分为两步：
(1)节点发送数据请求。节点在发起通讯之前先处于各自节点频段，当启动发送时先跳转至公共频段，收到主机的同步指令时刻后，再跳转回各自节点频段并发送前导码信号，此时主机依次跳转至各节点通道，侦听并记录下有前导码信号的节点编号，最后回到公共频段等待主机发送数据采集指令。该过程的主要目的是主机获取网内所有有数据发送请求的节点编号；
(2)发送节点数据：主机根据记录的节点编号发起各节点数据采集指令，收到对应编号的节点依次发送数据到主机。例如：主机发送的节点序号为1、3、5，1号节点首先发送数据,3、5号节点等待，然后3号发送,5号等待，最后是5号发送。
该发明的有益效果在于：本发明具有以下有益效果：(1)减小了节点数据发送延迟：由上面的组网原理分析可得，本方法中节点发送的固定延迟＝节点前导码侦听时长+发送队列中节点序号*节点最大发送时长(实际应用中节点前导码侦听时长远小于最大发送时长)。传统的通讯最大延迟＝节点最大发送时长*总结点数。例如：N个节点的网络，其中有n个节点发送数据，节点最大发送时长T，节点前导码扫描时长t。本发明延迟T1＝n*T+t；传统最大延迟T2＝N*T；其中前导码侦听时间t远小于节点最大发送时间T，由数学计算可知，本发明的延迟:T1＝n*T+t<n*T+T＝(n+1)T，所以当n<N-1时，可得(n+1)T<N*T，即T1<T2。由上面的计算过程可以说明当发送节点数n，小于总节点数N-1的情况下，本发明的延迟小于传统方法的最大延迟。在实际组网应用中，多数情况下只有部分节点同时发送数据，发送延迟小于传统发送最大延迟。(2)节点发送数据时间可预知：由于传统组网的结构特点，节点发送数据的时间点相对主机接收过程是随机的，节点数据发送延迟不可预知。而在本发明中由前面的计算过程可知，发送延迟可预知的，与发送节点数成正比。(3)降低了节点功耗：通常情况下，节点发送过程功耗远大于静态下的功耗，缩短发射过程中的延迟可以有效的降低发射功耗，所以本发明节点的发射功耗小于普通方式下的发射功耗。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
本发明实施例中的实时高效的低功耗无线星形组网方法，将组网中频段分为公共频段和节点频段，公共频段用于从机向主机传输节点数据，节点频段用于节点发送通讯请求和被动接收主机数据；节点向主机发起通讯过程分为两步：
(1)节点发送数据请求。节点在发起通讯之前先处于各自节点频段，当启动发送时先跳转至公共频段，收到主机的同步指令时刻后，再跳转回各自节点频段并发送前导码信号，此时主机依次跳转至各节点通道，侦听并记录下有前导码信号的节点编号，最后回到公共频段等待主机发送数据采集指令。该过程的主要目的是主机获取网内所有有数据发送请求的节点编号；
(2)发送节点数据：主机根据记录的节点编号发起各节点数据采集指令，收到对应编号的节点依次发送数据到主机。例如：主机发送的节点序号为1、3、5，1号节点首先发送数据,3、5号节点等待，然后3号发送,5号等待，最后是5号发送。
本发明具有以下优势：
(1)减小了节点数据发送延迟：由上面的组网原理分析可得，本方法中节点发送的固定延迟＝节点前导码侦听时长+发送队列中节点序号*节点最大发送时长(实际应用中节点前导码侦听时长远小于最大发送时长)。传统的通讯最大延迟＝节点最大发送时长*总结点数。例如：N个节点的网络，其中有n个节点发送数据，节点最大发送时长T，节点前导码扫描时长t。本发明延迟T1＝n*T+t；传统最大延迟T2＝N*T；其中前导码侦听时间t远小于节点最大发送时间T，由数学计算可知，本发明的延迟:T1＝n*T+t<n*T+T＝(n+1)T，所以当n<N-1时，可得(n+1)T<N*T，即T1<T2。由上面的计算过程可以说明当发送节点数n，小于总节点数N-1的情况下，本发明的延迟小于传统方法的最大延迟。在实际组网应用中，多数情况下只有部分节点同时发送数据，发送延迟小于传统发送最大延迟。
(2)节点发送数据时间可预知：由于传统组网的结构特点，节点发送数据的时间点相对主机接收过程是随机的，节点数据发送延迟不可预知。而在本发明中由前面的计算过程可知，发送延迟可预知的，与发送节点数成正比。
(3)降低了节点功耗：通常情况下，节点发送过程功耗远大于静态下的功耗，缩短发射过程中的延迟可以有效的降低发射功耗，所以本发明节点的发射功耗小于普通方式下的发射功耗。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种实时高效的低功耗无线星形组网方法，其特征在于：将组网中频段分为公共频段和节点频段，公共频段用于从机向主机传输节点数据，节点频段用于节点发送通讯请求和被动接收主机数据；节点向主机发起通讯过程分为两步：
(1)节点发送数据请求：节点在发起通讯之前先处于各自节点频段，当启动发送时先跳转至公共频段，收到主机的同步指令时刻后，再跳转回各自节点频段并发送前导码信号，此时主机依次跳转至各节点通道，侦听并记录下有前导码信号的节点编号，最后回到公共频段等待主机发送数据采集指令；该过程的主要目的是主机获取网内所有有数据发送请求的节点编号；
(2)发送节点数据：主机根据记录的节点编号发起各节点数据采集指令，收到对应编号的节点依次发送数据到主机。
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