CN114080012A - 基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理方法及系统 - Google Patents

基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理方法及系统，方法包括：将数据重要性较低的网络节点配置为低优先级；在被配置为低优先级之后，低优先级网络节点进入深度休眠状态；在深度休眠定时器到期之后，低优先级网络节点从深度休眠状态回到运行状态；在回到运行状态之后，低优先级网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息。该系统将软件操作系统多任务管理调度机制引入无线网络节点管理中，分别针对不同的网络节点设置不同的优先级，低优先级的节点进入定时休眠状态，高优先级的网络节点进入等待中断(事件)的悬挂状态，并且针对中心节点设计了休眠状态，从而达到了系统的总体低功耗的目的。

Description

基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理方法及系统
技术领域
本发明是关于无线通信技术领域，特别是关于一种基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理方法及系统。
背景技术
在物联网技术快速发展的环境下，各类微型传感控制设备越来越多的设备需要接入。无线通信技术正在得到广泛的应用。这些设备往往是在户外甚至是野外安装，无法提供稳定的供电环境，往往需要电池供电，因此对低功耗提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多任务操作系统调度机制的低功耗无线通信管理方法及系统，其能够克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理方法，其特征在于，方法包括如下步骤：
将数据重要性较低的网络节点配置为低优先级；
在被配置为低优先级之后，低优先级网络节点进入深度休眠状态；
在深度休眠定时器到期之后，低优先级网络节点从深度休眠状态回到运行状态；
在回到运行状态之后，低优先级网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；
在回到运行状态之后，低优先级网络节点接收由中心节点重新配置的休眠时间，其中，深度休眠定时器的超时时间基于重新配置的休眠时间确定；
在接收到重新配置的休眠时间之后，低优先级网络节点进入深度休眠状态。
在一优选的实施方式中，方法包括如下步骤：
将数据重要性较高的网络节点配置为高优先级；
在被配置为高优先级之后，高优先级网络节点进入低功耗休眠状态；
在进入低功耗休眠状态之后，高优先级网络节点不向中心节点发送数据，并且高优先级网络节点监听由中心节点发送的数据。
在一优选的实施方式中，方法包括如下步骤：
在监听到由中心节点发送的数据之后，高优先级网络节点回到运行状态；
在回到运行状态之后，高优先级网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；
在向中心节点发送经过处理的数据信息之后，高优先级网络节点进入低功耗休眠状态。
在一优选的实施方式中，方法包括如下步骤：
在所有网络节点进入深度休眠状态或者低功耗休眠状态之后，中心节点确定第一个将要退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定网络节点；
在确定特定网络节点之后，中心节点确定特定网络节点退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定时刻；
在确定特定时刻之后，中心节点将特定时刻确定为中心节点的休眠到期时间；
在确定休眠到期时间之后，中心节点进入中心节点休眠状态；
在经过休眠到期时间之后，中心节点回到运行状态，并与特定网络节点进行通信。
本发明提供了一种基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理系统，其特征在于，系统包括用于进行以下操作的模块：
将数据重要性较低的网络节点配置为低优先级；
在被配置为低优先级之后，低优先级网络节点进入深度休眠状态；
在深度休眠定时器到期之后，低优先级网络节点从深度休眠状态回到运行状态；
在回到运行状态之后，低优先级网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；
在回到运行状态之后，低优先级网络节点接收由中心节点重新配置的休眠时间，其中，深度休眠定时器的超时时间基于重新配置的休眠时间确定；
在接收到重新配置的休眠时间之后，低优先级网络节点进入深度休眠状态。
在一优选的实施方式中，系统包括用于进行以下操作的模块：
将数据重要性较高的网络节点配置为高优先级；
在被配置为高优先级之后，高优先级网络节点进入低功耗休眠状态；
在进入低功耗休眠状态之后，高优先级网络节点不向中心节点发送数据，并且高优先级网络节点监听由中心节点发送的数据。
在一优选的实施方式中，系统包括用于进行以下操作的模块：
在监听到由中心节点发送的数据之后，高优先级网络节点回到运行状态；
在回到运行状态之后，高优先级网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；
在向中心节点发送经过处理的数据信息之后，高优先级网络节点进入低功耗休眠状态。
在一优选的实施方式中，系统包括用于进行以下操作的模块：
在所有网络节点进入深度休眠状态或者低功耗休眠状态之后，中心节点确定第一个将要退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定网络节点；
在确定特定网络节点之后，中心节点确定特定网络节点退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定时刻；
在确定特定时刻之后，中心节点将特定时刻确定为中心节点的休眠到期时间；
在确定休眠到期时间之后，中心节点进入中心节点休眠状态；
在经过休眠到期时间之后，中心节点回到运行状态，并与特定网络节点进行通信。
与现有技术相比，本发明具有如下优点，本发明将软件操作系统多任务管理调度机制引入无线网络节点管理中，分别针对不同的网络节点设置不同的优先级，低优先级的节点进入定时休眠状态，高优先级的网络节点进入等待中断(事件)的悬挂状态，并且针对中心节点设计了休眠状态，从而达到了系统的总体低功耗的目的。
附图说明
图1是现有技术中的节点休眠时序图。
图2是现有技术中存在定时不准确时的节点休眠时序图。
图3是根据本发明一实施方式的低优先级的网络节点的休眠时序图。
图4是根据本发明一实施方式的高优先级的网络节点的休眠时序图。
图5是根据本发明一实施方式的中心节点的操作流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，常规的无线网络终端低功耗方案，一般采用定时唤醒模式，对不同的终端设置好休眠时间，平时进入低功耗休眠模式，时间到达后转入运行模式，采集数据后发送给管理节点，然后继续进入休眠。这种模式实现较为简单，但在窄带无线通信网络中，不同的节点时间存在一定偏差，长期运行后不同节点的时钟点逐步偏移，导致存在数据冲突的可能(数据冲突的示意图如图2所示)。同时，往往还需要中心节点长期在线才能正常运行。
针对现有技术的问题，本发明提供了一种基于多任务操作系统调度机制的低功耗无线通信管理方法及系统，具体而言，本发明提供了如下技术方案：
本发明将软件操作系统多任务管理调度机制引入无线网络节点管理中，其映射方式见下表：
表1
Figure BDA0003357604860000051
Figure BDA0003357604860000061
目前的主流网络设备的CPU，支持深度休眠和低功耗运行等多级低功耗模式。分别对应任务的深度休眠(在本文中，也称为定时休眠)和低功耗休眠(在本文中，也称为等待中断(事件)的悬挂)。
针对深度休眠状态的示例，在一个具体实施方式中，如图3所示，首先将第一网络节点配置为低优先级，其中，低优先级可以是由中心节点分配的，低优先级的通知信息也可以是由其它网络节点转发的；在被配置为低优先级之后，第一网络节点进入深度休眠状态，其中，在深度休眠模式中，第一网络节点网络节点既不向中心节点发送消息也不从中心节点接收消息；在深度休眠定时器到期之后，第一网络节点网络节点从深度休眠状态回到运行状态；在回到运行状态之后，第一网络节点网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；在回到运行状态之后，第一网络节点网络节点接收由中心节点重新配置的休眠时间，其中，深度休眠定时器的超时时间基于重新配置的休眠时间确定；在接收到重新配置的休眠时间之后，第一网络节点网络节点进入深度休眠状态。
针对低功耗休眠状态的示例，在一个具体实施方式中，如图4所示，首先将第二网络节点配置为高优先级；在被配置为高优先级之后，高网络节点进入低功耗休眠状态；在进入低功耗休眠状态之后，第二网络节点不向中心节点发送数据，并且第二网络节点监听由中心节点发送的数据；在监听到由中心节点发送的数据之后，第二网络节点回到运行状态；在回到运行状态之后，第二网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；在向中心节点发送经过处理的数据信息之后，第二网络节点进入低功耗休眠状态。
本发明提供了一种中心节点的操作方法，在一个具体实施方式中，如图5所示，在501处，网络节点进入运行状态，在502处，中心节点与前述网络节点进行通信，在503处，(针对低优先级的网络节点)中心节点给网络节点中心分配休眠时间，在504处，中心节点判断当前是否还有处于运行状态的网络节点，如果判断仍然存在处于运行状态的网络节点，则步骤回到502，如果所有网络节点进入深度休眠状态或者低功耗休眠状态，那么中心节点确定第一个将要退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定网络节点(步骤505)；在确定特定网络节点之后，中心节点确定特定网络节点退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定时刻；在确定特定时刻之后，中心节点将特定时刻确定为中心节点的休眠到期时间；在确定休眠到期时间之后，中心节点进入中心节点休眠状态(步骤506)；在经过休眠到期时间之后，中心节点回到运行状态，并与特定网络节点进行通信。
在本发明的方案下，所有节点的运行功耗和休眠功耗均可在系统构建阶段进行统计估算。首先针对每个节点的业务数据量和优先级进行评估，根据这些数据对每个节点分配相应的任务优先级，然后利用操作系统调度算法进行仿真运算，得出每个节点的休眠和运行状态的时间比例，根据这个数据计算每个末端节点和中心节点的功耗和系统的总体功耗，对系统的寿命进行评估。
本发明提供了一种基于多任务操作系统调度机制的低功耗无线通信管理系统，其特征在于，系统包括用于进行以下操作的模块：将第一网络节点配置为低优先级；在被配置为低优先级之后，第一网络节点进入深度休眠状态；在深度休眠定时器到期之后，第一网络节点从深度休眠状态回到运行状态；在回到运行状态之后，第一网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；在回到运行状态之后，第一网络节点接收由中心节点重新配置的休眠时间，其中，深度休眠定时器的超时时间基于重新配置的休眠时间确定；在接收到重新配置的休眠时间之后，第一网络节点进入深度休眠状态。
在一优选的实施方式中，系统包括用于进行以下操作的模块：将第二网络节点配置为高优先级；在被配置为高优先级之后，第二网络节点进入低功耗休眠状态；在进入低功耗休眠状态之后，第二网络节点不向中心节点发送数据，并且第二网络节点监听由中心节点发送的数据。
在一优选的实施方式中，系统包括用于进行以下操作的模块：在监听到由中心节点发送的数据之后，第二网络节点回到运行状态；在回到运行状态之后，第二网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；在向中心节点发送经过处理的数据信息之后，第二网络节点进入低功耗休眠状态。
在一优选的实施方式中，系统包括用于进行以下操作的模块：在所有网络节点进入深度休眠状态或者低功耗休眠状态之后，中心节点确定第一个将要退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定网络节点；在确定特定网络节点之后，中心节点确定特定网络节点退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定时刻；在确定特定时刻之后，中心节点将特定时刻确定为中心节点的休眠到期时间；在确定休眠到期时间之后，中心节点进入中心节点休眠状态；在经过休眠到期时间之后，中心节点回到运行状态，并与特定网络节点进行通信。
综上所述本发明公开了一种基于多任务操作系统调度机制的低功耗无线通信管理方法及系统，将第一网络节点配置为低优先级；在被配置为低优先级之后，第一网络节点进入深度休眠状态；在深度休眠定时器到期之后，第一网络节点从深度休眠状态回到运行状态；在回到运行状态之后，第一网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息。本发明将软件操作系统多任务管理调度机制引入无线网络节点管理中，分别针对不同的网络节点设置不同的优先级，低优先级的节点进入定时休眠状态，高优先级的网络节点进入等待中断(事件)的悬挂状态，并且针对中心节点设计了休眠状态，从而达到了系统的总体低功耗的目的。
应当理解的是，在本发明的各种实施例中，上述各过程的撰写的先后顺序并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将数据重要性较低的网络节点配置为低优先级；
在被配置为低优先级之后，所述低优先级网络节点进入深度休眠状态；
在深度休眠定时器到期之后，所述低优先级网络节点从深度休眠状态回到运行状态；
在回到运行状态之后，所述低优先级网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；
在回到运行状态之后，所述低优先级网络节点接收由中心节点重新配置的休眠时间，其中，所述深度休眠定时器的超时时间基于所述重新配置的休眠时间确定；
在接收到重新配置的休眠时间之后，所述低优先级网络节点进入深度休眠状态。
2.如权利要求1所述的基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将数据较为重要的节点配置为高优先级；
在被配置为高优先级之后，所述高优先级网络节点进入低功耗休眠状态；
在进入低功耗休眠状态之后，所述高优先级网络节点不向所述中心节点发送数据，并且所述网络节点监听由中心节点发送的数据。
3.如权利要求2所述的基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
在监听到由中心节点发送的数据之后，所述高优先级网络节点回到运行状态；
在回到运行状态之后，所述高优先级网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；
在向中心节点发送经过处理的数据信息之后，所述高优先级网络节点进入低功耗休眠状态。
4.如权利要求3所述的基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
在所有网络节点进入深度休眠状态或者低功耗休眠状态之后，所述中心节点确定第一个将要退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定网络节点；
在确定所述特定网络节点之后，所述中心节点确定所述特定网络节点退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定时刻；
在确定所述特定时刻之后，所述中心节点将所述特定时刻确定为中心节点的休眠到期时间；
在确定所述休眠到期时间之后，所述中心节点进入中心节点休眠状态；
在经过所述休眠到期时间之后，所述中心节点回到运行状态，并与所述特定网络节点进行通信。
5.一种基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理系统，其特征在于，所述系统包括用于进行以下操作的模块：
将数据重要性较低的网络节点配置为低优先级；
在被配置为低优先级之后，所述低优先级网络节点进入深度休眠状态；
在深度休眠定时器到期之后，所述低优先级网络节点从深度休眠状态回到运行状态；
在回到运行状态之后，所述低优先级网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；
在回到运行状态之后，所述低优先级网络节点接收由中心节点重新配置的休眠时间，其中，所述深度休眠定时器的超时时间基于所述重新配置的休眠时间确定；
在接收到重新配置的休眠时间之后，所述低优先级网络节点进入深度休眠状态。
6.如权利要求5所述的基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理系统，其特征在于，所述系统包括用于进行以下操作的模块：
将数据重要性较高的网络节点配置为高优先级；
在被配置为高优先级之后，所述高优先级网络节点进入低功耗休眠状态；
在进入低功耗休眠状态之后，所述高优先级网络节点不向所述中心节点发送数据，并且所述高优先级网络节点监听由中心节点发送的数据。
7.如权利要求6所述的基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理系统，其特征在于，所述系统包括用于进行以下操作的模块：
在监听到由中心节点发送的数据之后，所述高优先级网络节点回到运行状态；
在回到运行状态之后，所述高优先级网络节点处理数据并向中心节点发送经过处理的数据信息；
在向中心节点发送经过处理的数据信息之后，所述高优先级网络节点进入低功耗休眠状态。
8.如权利要求7所述的基于多任务操作系统调度机制的无线通信管理系统，其特征在于，所述系统包括用于进行以下操作的模块：
在所有网络节点进入深度休眠状态或者低功耗休眠状态之后，所述中心节点确定第一个将要退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定网络节点；
在确定所述特定网络节点之后，所述中心节点确定所述特定网络节点退出深度休眠状态或者低功耗休眠状态的特定时刻；
在确定所述特定时刻之后，所述中心节点将所述特定时刻确定为中心节点的休眠到期时间；
在确定所述休眠到期时间之后，所述中心节点进入中心节点休眠状态；
在经过所述休眠到期时间之后，所述中心节点回到运行状态，并与所述特定网络节点进行通信。
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