CN114258033B - 无线传感器、无线传感网络及事件上报方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无线传感器，该无线传感器包括检测模块、解析模块、处理模块和通信模块，其中，检测模块用于采集监测区域的监测数据。解析模块用于解析监测数据并将监测数据生成普通数据包，以及当监测数据中包含有报警信息时，根据报警信息生成重要数据包。处理模块用于配置通信模块的工作模式。通信模块用于将普通数据包或重要数据包发送至网关。本申请还公开了无线传感网络以及事件上报方法，通过本申请的技术方案在保证无线传感器在正常或特殊的收发情况下，减少无线传感器在消耗的电力，延长无线传感器的使用寿命。

Description

无线传感器、无线传感网络及事件上报方法

技术领域

本申请属于无线传感器领域，具体涉及无线传感器、无线传感网络及事件上报方法。

背景技术

传感器网络具有十分广阔的应用前景，在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的实用价值，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

随着科技发展，有线传感器逐渐被无线传感器替代，传感器网络从有线通讯的方式转为无线通讯，而在无线传感器网络中，无线传感器往往采用电池供电，其供电容量极其有限，而频繁充电或更换电池又是不便的。在安防领域中，无线传感器在网络中作为节点通常需要将事件上报给网关，当涉及到重要事件的上报时，为保证事件的实时性，无线传感器需要还确认网关是否接收完成，若网关的反馈表示上报的事件未接收完成，则无线传感器还需要重复发送直到网关反馈的确认信号表示事件已被接收。此过程无线传感器中的通信模块需保持开启状态，而通信模块在开启时的耗电量极大，对电池的电量消耗极高。因此，如何降低通信模块在事件收发的过程中的功耗，是一个值得研究的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出无线传感器、无线传感网络及事件上报方法，解决了现有技术中无线传感器在事件收发过程中耗电量高的问题，在不影响无线传感器的正常使用的情况下，能够减少事件上报过程中的电量消耗。

本申请提供一种无线传感器，包括检测模块、解析模块、处理模块和通信模块；

检测模块用于采集监测区域的监测数据；

解析模块用于解析监测数据，并将监测数据生成普通数据包，以及当监测数据中包含有报警信息时，根据报警信息生成重要数据包；

处理模块，用于当接收到普通数据包时，将通信模块的工作模式配置为第一模式；当接收到重要数据包时，将通信模块的工作模式配置为第二模式；

通信模块用于将普通数据包或重要数据包发送至网关；

当通信模块配置为第一模式的情况下，通信模块将普通数据包发送至网关后，在第一休眠时间内使通信模块保持休眠状态；

当通信模块的工作模式配置为第二模式的情况下，通信模块将重要数据包传输至网关后，在第一时间内使通信模块保持接收状态，使通信模块能够在第一时间内接收由网关发送的确认包；若在第一时间内接收到确认包，通信模块在接收完确认包后，在第一休眠时间内使通信模块保持休眠状态；若在第一时间内未接收到确认包，在第二休眠时间内使通信模块保持休眠状态，在第二休眠时间结束后，通信模块进入接收状态，通信模块在接收状态和休眠状态之间不断循环，直到通信模块在第一时间内接收到确认包；若在第一时间与第二休眠时间之间的循环大于第二时间，通信模块重新向网关发送重要数据包；

其中，第二休眠时间小于第一休眠时间，第二休眠时间大于第一时间，第二时间大于第一时间，且第二时间大于第二休眠时间。

进一步的，无线传感器还包括：自检模块，用于采集无线传感器的工作参数并生成状态信息输出至处理模块。处理模块根据状态信息生成状态数据包输出。通信模块接收状态数据包并通过局域网传输至网关。

进一步的，通信模块还用于接收来自网关发送的更新数据包。

进一步的，更新数据包为根据状态信息来判断通信模块需要更新的工作参数。

进一步的，更新数据包为根据状态数据包的在单位时间内的丢包率来判断通信模块需要更新的工作参数。

进一步的，当状态数据包在单位时间的内的丢包率大于等于30％的情况下，通信模块需要更新工作参数。

进一步的，状态数据包还包括下一次的第三时间；

当第一休眠时间结束后，通信模块在第三时间内保持接收状态，通信模块在第三时间内接收由网关下发的更新数据包，并将更新数据包传输至处理模块；

处理模块根据更新数据包调整无线传感器的工作参数；

其中，下一次的第三时间大于等于0。

进一步的，工作参数包括工作功率，处理模块根据更新数据包调整无线传感器的工作功率。

基于上述目的，本申请还提供一种事件上报方法，使用如权利要求1～5的无线传感器，具体步骤如下：

采集并解析目标区域的监测数据；

根据监测数据生成的报警信息生成重要数据包输出；

利用通信模块将重要数据包发送至网关；

通信模块将重要数据包传输至网关后，在第一时间内使通信模块保持接收状态，通信模块在第一时间内接收由网关发送的确认包；

若通信模块在第一时间内接收到确认包时，通信模块接收完确认包后进入休眠状态，在第一休眠时间内使通信模块保持休眠状态；

若通信模块在第一时间内未接收到确认包，在第二休眠时间内使通信模块保持休眠状态，在第二休眠时间结束后，通信模块再次进入接收状态；

通信模块在接收状态和休眠状态之间不断循环，直到通信模块在第一时间内接收到确认包；

若通信模块在第一时间与第二休眠时间之间的循环大于第二时间，通信模块重新向网关发送重要数据包；

其中，第二休眠时间小于第一休眠时间，第二休眠时间大于第一时间，第二时间大于第一时间，且，第二时间大于第二休眠时间。

基于上述目的，本申请还提供一种无线传感网络，包括：

至少一个如权利要求1～8任一的无线传感器；以及网关，用于与无线传感器交互；无线传感器采集目标区域的监测数据并生成数据包发送至网关，网关能够下发更新数据包至无线传感器，使无线传感器更新工作参数。

相比于现有技术，本申请具有以下优点：

通过给无线传感器设定不同的休眠机制，使无线传感器在不同情况下执行不同的模式，最大化的增加无线传感器的休眠时间，尽可能的降低电量消耗，使无线传感器事件的上报与确认的过程中节省电力消耗。同时本申请的技术方案也使用于异常情况，能够避免无线传感器在异常情况下的电力消耗问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请的无线传感网络示意图；

图2是本申请的无线传感器的结构示意图；

图3是本申请的无线传感器的又一结构示意图；

图4是本申请的事件上报方法流程图；

图5是本申请的又一事件上报方法流程图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供无线传感器、无线传感网络100及事件上报方法，解决了现有技术中无线传感器在事件收发过程中耗电量高的问题，在不影响无线传感器的正常使用的情况下，能够减少事件上报过程中的电量消耗，有利于延长无线传感器的电池使用寿命。

本申请实施例中的技术方案为解决上述现有技术中存在的问题，总体思路如下：

通过给无线传感器设定不同的休眠机制，使无线传感器在不同情况下执行不同的模式，最大化的增加无线传感器的休眠时间，以及通过给无线传感器更新配置，使无线传感器在合适的工作功率下运行，尽可能的降低电量消耗，使无线传感器事件的上报与确认的过程中节省电力消耗。

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述，但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

如图1所示，本申请公开了一种无线传感网络100，包括：至少一个无线传感器11和网关12，无线传感器11能够和网关12无线交互，无线传感器11用于采集目标区域的监测数据并根据监测数据生成数据包发送至网关12。

网关12(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。本领域技术人员容易理解的，网关12在网络层以上实现网络互连，是复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关12既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。

如图2所示，无线传感器11包括检测模块111、解析模块112、通信模块113和处理模块114。检测模块111用于采集监测区域的监测数据。解析模块112用于解析监测数据，并将监测数据生成普通数据包输出，以及根据监测数据生成的报警信息生成重要数据包输出。通信模块113用于将普通数据包或者重要数据包发送至网关12，通信模块113的工作模式包括第一模式和第二模式。处理模块114用于根据解析模块112生成的数据包，对通信模块113的工作模式进行配置。当处理模块114接收到普通数据包时，将通信模块113的工作模式配置为第一模式。当处理模块114接收到重要数据包时，将通信模块113的工作模式配置为第二模式。

作为一种实现方式，通信模块113通过射频电路实现数据的接收与发送，射频电路能够产生射频信号与网关12进行无线电通信，在无线传感器11中，通信模块113在运行时耗电占比极高，通信模块113的耗电量大于处理模块114的耗电量，且通信模块113的耗电量大于检测模块111的耗电量、通信模块113的耗电量大于解析模块112的耗电量。

作为一种实现方式，当通信模块113配置为第一模式的情况下，通信模块113将普通数据包发送至网关12后，通信模块113进入休眠状态并保持第一休眠时间直到下一次执行发送任务。需要说明的是，当通信模块113进入休眠状态时，无线传感器11的其他大部分模块或单元也进入休眠状态，即包括通信模块113在内、无线传感器11中的其他大部分硬件也被关闭。

通常，现有技术中，为节约无线传感器11的电量，在无线传感器11将数据包发送至网关12后，无线传感器11就进入休眠状态，以此来节省电池消耗，此种情况下无线传感器11无法确认网关12是否收到数据包。在某些应用场景，如安防领域，涉及到紧急事件，如无线传感器11发送的数据包包含报警信息时，信息交互的实时性是相当重要的，无线传感器11需要确认网关12是否收到包含报警信息的数据包，如果网关12没有反馈确认收到的信号，无线传感器11还需要重复发送数据以确认网关12收到，此种情况下无线传感器11就需要打开接收窗口保持一定的等待时间(即使通信模块113保持开启)，以接收网关12的反馈，而此举会增加电量的消耗。

作为一种实现方式，当通信模块113的工作模式配置为第二模式的情况下，通信模块113将重要数据包传输至网关12后，通信模块113进入接收状态并保持第一时间，通信模块113在第一时间内接收由网关12发送的确认包；若通信模块113在第一时间内接收到确认包时，通信模块113接收完确认包后进入休眠状态，通信模块113保持第一休眠时间直到下一次执行上传任务；若通信模块113在第一时间内未接收到确认包，再第二休眠时间内使通信模块113保持休眠状态，在第二休眠时间结束后，通信模块113再次进入接收状态；通信模块113在接收状态和休眠状态之间不断循环，直到通信模块113在第一时间内接收到确认包；若通信模块113在第一时间与第二休眠时间之间的循环大于第二时间，通信模块113重新向网关12发送重要数据包。其中，第二休眠时间小于第一休眠时间，第二休眠时间大于第一时间，第二时间大于第一时间，且，第二时间大于第二休眠时间。作为一种实现方式，第二时间：第二休眠时间：第一时间为1000：99：1，具体而言，第二休眠时间可设置为99ms，第一时间可设置为1ms，第一休眠时间大于等于4S且小于等于120S，第二时间为1000ms,以第二时间为现有技术中通信模块113需要保持开启的时间，本申请的通信模块113在接收状态下的实际时间为第二时间/(第二休眠时间+第一时间)*第一时间，在此种设置下，能减少通信模块113在接收状态下消耗的电力。在网关12关机断电的情况下，无线传感器11接收不到确认包，使无线传感器11一直重发重要数据包，从而过分消耗无线传感器11的电力，而此种实现方式能够避免上述情况发生，在异常情况下减少无线传感器的电量损失，保证电池的使用寿命，又能使无线传感器11处于正常的工作状态。

在现有技术中，无线传感器11的工作参数的配置通常在无线传感网络100构建时一并设置，当工作人员对无线传感网络100调试完毕后，无线传感器11的工作参数通常不会再改变，若是在以后的运行过程中，无线传感器11的通信强度过高或过低，都是需要人工手动调整，极为麻烦，若是无线传感器11的通信强度过高即表明通信模块113的工作功率过高，导致电量的消耗多；若是无线传感器11的通信强度过低，则导致无线传感器11在发送数据包的过程中容易出现丢包的情况。

如图3所示，本申请的无线传感器11还包括自检模块115，自检模块115用于采集无线传感器11的工作参数并生成状态信息输出至处理模块114，处理模块114根据状态信息生成状态数据包输出，通信模块113接收状态数据包并通过局域网传输至网关12，网关12根据状态数据包获取无线传感器11的状态信息。在本实施例中，状态数据包能够与普通数据包同一时间发送，每个状态数据包发送的时间间隔为第一休眠时间。其中，工作参数可以是工作功率。容易理解的，通信模块113的通信强度与其工作功率相关，通信强度与工作功率成正比，工作功率越大，通信强度越高，通信模块113的工作功率越高对电池电量的消耗就高，所以通过动态调整通信模块113的工作功率，能够节约无线传感器11在发送数据包时的电量消耗。

作为一种实现方式，网关12根据无线传感器11的状态信息进行判断是否需要更新通信模块113的工作参数。状态信息包括通信模块113的通信强度，在无线传感网络100中，网关12根据收到的多个状态数据包判断通信模块113的通信强度是否小于-95dbm(decibelrelative to one milliwatt，分贝毫瓦)，以此来判断是否增强通信模块113的工作功率。当通信模块113的工作功率需要调整的情况下，网关12将下发更新数据包至无线传感器11，使无线传感器11调整通信模块113的工作功率。同样的，在无线传感器11接收网关12下发的更新数据包时，需要开启通信模块113接收更新数据包，此过程中同样面临通信模块113在接收状态下的耗电问题。当通信模块113在第一休眠时间结束后，通信模块113进入接收状态并保持第三时间，通信模块113在第三时间内接收由网关12下发的更新数据包，通信模块113将更新数据包传输至处理模块114，处理模块114根据更新数据包调整无线传感器11的工作参数。进一步的，处理模块114根据更新数据包调整无线传感器11的工作功率。其中，状态数据包包括下一次的第三时间，网关12根据下一次的第三时间判断无线传感器11是否满足接收更新数据包的条件，下一次的第三时间大于等于0。当下一次的第三时间大于0，表示通信模块113将会在下次的第一休眠时间结束后保持开启第三时间，在第三时间内接收由网关12下发的更新数据包，当下一次的第三时间等于0，表示通信模块113不准备与网关12交互，此时网关12将不会下发更新数据包，直到下一次的第三时间大于0。

作为另一种实现方式，网关12根据状态数据包的丢包率进行判断是否需要更新通信模块113的工作参数。网关12在根据在单位时间内接收到的状态数据包计算丢包率，若是丢包率大于等于30％，网关12将会下发更新数据包增强通信模块113的工作功率，避免丢包率过高，网关12无法准确接收通信模块113发送的状态数据包。

在本实施例中，上述两种实现方式可以结合实现，网关12根据丢包率作为主要参考，以通信模块113的通信强度作为次要参考，判断是否需要调整通信模块113的工作参数。

基于本申请的目的，根据上述无线传感网络100，本申请还提出一种使用如上述的无线传感器11的事件上报方法，如图4所示，其步骤如下：

采集并解析目标区域的监测数据；

根据监测数据生成的报警信息生成重要数据包输出；

利用通信模块113将重要数据包发送至网关12；

通信模块113将重要数据包传输至网关12后，在第一时间内使通信模块113保持接收状态，通信模块113在第一时间内接收由网关12发送的确认包；

若通信模块113在第一时间内接收到确认包时，通信模块113接收完确认包后进入休眠状态，在第一休眠时间内使通信模块113保持休眠；

若通信模块113在第一时间内未接收到确认包，在第二休眠时间内使通信模块113保持休眠状态，在第二休眠时间结束后，通信模块113再次进入接收状态；

通信模块113在接收状态和休眠状态之间不断循环，直到通信模块113在第一时间内接收到确认包；

若通信模块113在第一时间与第二休眠时间之间的循环大于第二时间，通信模块113重新向网关12发送重要数据包。

其中，第二休眠时间小于第一休眠时间，第二休眠时间大于第一时间，第二时间大于第一时间，且，第二时间大于第二休眠时间。

另外，如图5所示，该事件上报方法还包括：

根据监测数据生成普通数据包；

利用通信模块113将普通数据包发送至网关12；

当通信模块113将普通数据包发送至网关12后，在第一休眠时间内使通信模块113保持休眠状态。

在权利要求书中，词语“包括”不排除其他单元或步骤；词语“一”或“一个”并不排除多个。在权利要求书中，使用诸如“第一”“第二”等序数词来修饰权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素具有较另外一个权利要求元素的优先级、次序或者动作执行的时间顺序，而仅仅出于将一个权利要求的元素与另一个权利要求元素相区别的目的。尽管在互不相同的从属权利要求中分别记载了某些特定技术特征，但这并不意味着这些特定技术特征不能被组合利用。本申请的各个方面可单独、组合或者以未在前述实施例中具体讨论的各种安排来使用，从而并不将其应用限于前文所描述或附图中所示的组件的细节和排列。例如，可使用任何方式将一个实施例中描述的多个方面与其他实施例中描述的多个方面组合。多个模块或单元中所记载的步骤、功能或特征，可以由一个模块或一个单元执行或满足。本文所公开的方法的步骤不限于以任何特定的顺序执行，以其他的顺序执行部分或者全部的步骤时可能的。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对权利要求范围的限制。

尽管为示例目的，已经公开了本申请的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本申请的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (10)

1.一种无线传感器，其特征在于，包括检测模块、解析模块、处理模块和通信模块；

所述检测模块用于采集监测区域的监测数据；

所述解析模块用于解析监测数据，并将监测数据生成普通数据包，以及当监测数据中包含有报警信息时，根据报警信息生成重要数据包；

所述处理模块，用于当接收到所述普通数据包时，将所述通信模块的工作模式配置为第一模式；当接收到所述重要数据包时，将所述通信模块的工作模式配置为第二模式；

所述通信模块用于将所述普通数据包或所述重要数据包发送至网关；

当所述通信模块配置为所述第一模式的情况下，所述通信模块将所述普通数据包发送至网关后，在第一休眠时间内使所述通信模块保持休眠状态；

当所述通信模块的工作模式配置为所述第二模式的情况下，所述通信模块将所述重要数据包传输至所述网关后，在第一时间内使所述通信模块保持接收状态，使所述通信模块能够在所述第一时间内接收由所述网关发送的确认包；若在所述第一时间内接收到所述确认包，所述通信模块在接收完所述确认包后，在第一休眠时间内使所述通信模块保持休眠状态；若在所述第一时间内未接收到所述确认包，在第二休眠时间内使所述通信模块保持休眠状态，在所述第二休眠时间结束后，所述通信模块进入接收状态，所述通信模块在接收状态和休眠状态之间不断循环，直到所述通信模块在所述第一时间内接收到所述确认包；若在所述第一时间与所述第二休眠时间之间的循环大于第二时间，所述通信模块重新向所述网关发送所述重要数据包；

其中，所述第二休眠时间小于所述第一休眠时间，所述第二休眠时间大于所述第一时间，所述第二时间大于所述第一时间，且所述第二时间大于所述第二休眠时间。

2.根据权利要求1所述的无线传感器，其特征在于，所述无线传感器还包括：自检模块，用于采集所述无线传感器的工作参数并生成状态信息输出至所述处理模块；

所述处理模块根据状态信息生成状态数据包输出；

所述通信模块接收所述状态数据包并通过局域网传输至所述网关。

3.根据权利要求2所述的无线传感器，其特征在于，所述通信模块还用于接收来自所述网关发送的更新数据包。

4.根据权利要求3所述的无线传感器，其特征在于，所述更新数据包为根据状态信息来判断所述通信模块需要更新的工作参数。

5.根据权利要求4所述的无线传感器，其特征在于，所述更新数据包为根据所述状态数据包的在单位时间内的丢包率来判断所述通信模块需要更新的工作参数。

6.根据权利要求5所述的无线传感器，其特征在于，当所述状态数据包在单位时间的内的丢包率大于等于30%的情况下，所述通信模块需要更新工作参数。

7.根据权利要求3所述的无线传感器，其特征在于，所述状态数据包还包括下一次的第三时间；

当所述第一休眠时间结束后，所述通信模块在所述第三时间内保持接收状态，所述通信模块在所述第三时间内接收由所述网关下发的所述更新数据包，并将所述更新数据包传输至所述处理模块；

所述处理模块根据所述更新数据包调整所述无线传感器的工作参数；

其中，所述下一次的第三时间大于等于0。

8.根据权利要求5的所述无线传感器，其特征在于，所述工作参数包括工作功率，所述处理模块根据所述更新数据包调整所述无线传感器的工作功率。

9.一种事件上报方法，使用如权利要求1~5任一项所述的无线传感器，其特征在于，包括步骤如下：

采集并解析目标区域的监测数据；

根据监测数据生成的报警信息生成重要数据包输出；

利用通信模块将所述重要数据包发送至网关；

所述通信模块将所述重要数据包传输至所述网关后，在第一时间内使所述通信模块保持接收状态，所述通信模块在所述第一时间内接收由所述网关发送的确认包；

若所述通信模块在所述第一时间内接收到所述确认包时，所述通信模块接收完所述确认包后进入休眠状态，在所述第一休眠时间内使所述通信模块保持休眠状态；

若所述通信模块在所述第一时间内未接收到所述确认包，在所述第二休眠时间内使所述通信模块保持休眠状态，在所述第二休眠时间结束后，所述通信模块再次进入接收状态；

所述通信模块在接收状态和休眠状态之间不断循环，直到所述通信模块在第一时间内接收到所述确认包；

若所述通信模块在所述第一时间与所述第二休眠时间之间的循环大于所述第二时间，所述通信模块重新向所述网关发送所述重要数据包；

其中，所述第二休眠时间小于所述第一休眠时间，所述第二休眠时间大于所述第一时间，所述第二时间大于所述第一时间，且，所述第二时间大于所述第二休眠时间。

10.一种无线传感网络，其特征在于，包括：

至少一个如权利要求1~8任一所述的无线传感器；以及

网关，用于与所述无线传感器交互；

所述无线传感器采集目标区域的监测数据并生成数据包发送至所述网关，所述网关能够下发更新数据包至所述无线传感器，使所述无线传感器更新工作参数。