CN202856992U - 一种低功耗无线传感器网络系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低功耗无线传感器网络系统，所描述的网络系统中的网络协调器模块发送低频唤醒信号至从节点模块，在目标节点需被唤醒时通过上述低频唤醒信号按需唤醒目标节点，更为有效地利用目标节点，使得节点功率的有效利用率大为提高，这也就在一定程度上延长了无线传感器网络系统的使用寿命，不但提高了无线传感器网络系统的性能，又体现了节能环保的理念。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无线传感器网络领域，具体涉及一种基于低频唤醒技术的对传感器网络节点进行主动唤醒的网络系统。
背景技术
随着无线传感器网络技术的发展，传感器网络系统得到了广泛的应用。然后，由于传感器节点主要由电池供电，多数情况下，电池能量一旦用尽，这个传感器节点也就失去了作用，而电池的制造技术并没有突破性的发展，因此靠增加电池电量解决无线传感器网络系统的使用寿命问题是不现实的，因而无线传感器网络节点的功耗对无线传感器网络系统的发展具有重要意义，必须尽量降低节点的功耗。
无线传感器网络是指由分布在特定区域内足够多的无线传感器节点构成的一种新型信息获取系统。每一个传感器节点配备有一种或多种传感器(例如温度传感器、湿度传感器、声音感应器、光照传感器、红外线感应器、磁感应器、震动传感器等)并且具有一定的运算处理能力。各个节点之间通过专用网络协议实现信息的交流、汇集和处理，并通过无线通信方式形成一个特殊的Ad-hoc网络，从而实现在特定区域内目标的探测、识别、定位与跟踪。
但是现有的无线传感器网络系统多采用定时休眠唤醒方式，周期的唤醒无线传感器网络中的各个节点。这种方式虽在一定程度上降低了无线传感器网络系统的功耗，但对节点功耗的有效利用率仍然比较低。举例来说，周期定时唤醒方式的时钟误差会不断的积累，因此对时钟的精度要求很高且需要周期性的校准时钟，而校准时钟的操作需要通过与作为时钟基准的节点通信，这种通信操作浪费了一部分功耗。另外，在很多情况下，节点周期性唤醒后并不需要传输数据，这一操作同样浪费了一部分功耗。为此，寻求一种通过低频唤醒技术，实现无线传感器网络系统的极低功耗，是从事无线传感器网络系统应用研究的技术人员当前一个重要的课题方向和研究目标。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种低功耗无线传感器网络系统，其可解决无线传感器网络系统的使用寿命问题，实现系统低功耗，并且提高无线传感器网络系统的性能。
[0006] 为了解决现有技术中的这些问题，本实用新型提供的技术方案是：
一种低功耗无线传感器网络系统，所述网络系统中的网络节点包括无线传感器网络协调器模块与无线传感器从节点模块，所述无线传感器网络协调器模块包括第一无线控制通信单元、第一数据处理单元以及第一无线数据通信单元，第一无线通信控制单元控制发出低频唤醒信号，所述第一无线数据通信单元用于侦听低频唤醒确认信号，所述第一数据处理单元用于控制第一无线控制通信单元与第一无线数据通信单元，所述无线传感器从节点模块包括第二无线控制通信单元、第二数据处理单元以及第二无线数据通信单元，第二无线控制通信单元用于侦听低频唤醒信号频段，所述第二无线数据通信单元用于发送唤醒确认信号，所述第二数据处理单元用于控制第二无线控制通信单元与第二无线数据通信单元。
详细的技术方案是：一种低功耗无线传感器网络系统，所述网络系统中的网络节点包括无线传感器网络协调器模块与无线传感器从节点模块，所述无线传感器网络协调器模块包括第一无线控制通信单元、第一数据处理单元以及第一无线数据通信单元，第一无线通信控制单元控制发出低频唤醒信号，所述第一无线数据通信单元用于侦听低频唤醒确认信号，所述第一数据处理单元用于控制第一无线控制通信单元与第一无线数据通信单元，所述无线传感器从节点模块包括第二无线控制通信单元、第二数据处理单元以及第二无线数据通信单元，第二无线控制通信单元用于侦听低频唤醒信号频段，所述第二无线数据通信单元用于发送唤醒确认信号，所述第二数据处理单元用于控制第二无线控制通信单元与第二无线数据通信单元，所述无线传感器网络协调器模块采用电源供电，所述无线传感器从节点模块采用电池供电，所述用于低频唤醒的低频唤醒信号的工作频段为125KHz，所述低频唤醒确认信号的工作频段为2.4GHz，所述无线传感器从节点模块还包括用于存储设置信息的存储单元，所述存储单元与第二无线数据处理单元相连，所述存储单元可由第二数据处理单元访问控制。
相比于现有技术中的解决方案，本实用新型优点是：
本实用新型所描述的网络系统中的网络协调器模块发送低频唤醒信号至从节点模块，在目标节点需被唤醒时通过上述低频唤醒信号按需唤醒目标节点，更为有效地利用目标节点，使得节点功率的有效利用率大为提高，这也就在一定程度上延长了无线传感器网络系统的使用寿命，不但提高了无线传感器网络系统的性能，又体现了节能环保的理念。
附图说明
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例：
本实施例所描述的低功耗无线传感器网络系统，其结构如图1所示，所述网络系统中的网络节点包括无线传感器网络协调器模块与无线传感器从节点模块，所述无线传感器网络协调器模块包括第一无线控制通信单元、第一数据处理单元以及第一无线数据通信单元，第一无线通信控制单元控制发出低频唤醒信号，所述第一无线数据通信单元用于侦听低频唤醒确认信号，所述第一数据处理单元用于控制第一无线控制通信单元与第一无线数据通信单元，所述无线传感器从节点模块包括第二无线控制通信单元、第二数据处理单元以及第二无线数据通信单元，第二无线控制通信单元用于侦听低频唤醒信号频段，所述第二无线数据通信单元用于发送唤醒确认信号，所述第二数据处理单元用于控制第二无线控制通信单元与第二无线数据通信单元。
所述无线传感器网络协调器模块采用电源供电，所述无线传感器从节点模块采用电池供电，所述用于低频唤醒的低频唤醒信号的工作频段为125KHz，所述低频唤醒确认信号的工作频段为2.4GHz，所述无线传感器从节点模块还包括用于存储设置信息的存储单元，所述存储单元与第二无线数据处理单元相连，所述存储单元可由第二数据处理单元访问控制。
本实施例所描述的网络系统的网络协调器的工作流程以及从节点模块的工作流程如下所述。
无线传感器网络协调器模块经初始化后进入循环检测状态，首先检测其串口处是否有数据，如果无数据则查询定时设备中断情况，如果已中断，则第一无线控制通信单元在125KHz频段发送低频唤醒信号，如果没有中断，则返回继续检测串口处是否有数据。而当检测到串口处确实有数据时，则对其进行完整性检测，对于非完整的情况，则采取丢弃该数据包，并返回继续检测串口处是否有数据，对于数据包完整的情况，根据包类型的差别，对应地在闪存中写入并对模块设置，或者读取指定帧并将其从串口发送出去。
网络协调器模块发送低频唤醒信号并在唤醒信号发送完成之后的50ms时间内接收唤醒确认信号，若50ms时间内成功收到唤醒确认信号，则判断发送唤醒确认信号的节点MAC号是否为将要通信的目标节点，若MAC号正确则进行数据通信；若在50ms时间内没有收到唤醒确认信号或收到的确认信号MAC号不正确则重新发送唤醒信号。另外，如果发送3次唤醒信号依然无法进行数据通信则认为通信无法继续进行，网络协调器模块将放弃这次数据通信任务。
无线传感器从节点模块处于睡眠状态时，仅第二无线控制通信单元处于侦听状态且侦听125kHz电磁波信号，第二无线控制通信单元在侦听到125kHz频段的信号后，第二数据处理单元判断该信号模式是否符合该节点经过用户配置的模式信号要求，如果不符合要求第二数据处理单元则返回继续侦听信号状态，若收到的唤醒信号符合要求，则第二数据处理单元唤醒第二无线数据通信单元，并执行相关服务程序。相关任务完成后，从节点模块中的第二数据处理单元、第二无线数据通信单元再次进入睡眠状态，第二无线控制通信单元返回侦听状态。
本实施例所描述的网络系统中的网络协调器模块发送低频唤醒信号至从节点模块，在目标节点需被唤醒时通过上述低频唤醒信号按需唤醒目标节点，更为有效地利用目标节点，使得节点功率的有效利用率大为提高，这也就在一定程度上延长了无线传感器网络系统的使用寿命，不但提高了无线传感器网络系统的性能，又体现了节能环保的理念。另外，所述控制唤醒方法通过低频唤醒信号控制唤醒目标节点，再通过高频唤醒确认信号对唤醒操作进行确认，在保证目标节点唤醒可靠性的同时，也能够有效降低信号间的相互干扰。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种低功耗无线传感器网络系统，其特征在于，所述网络系统中的网络节点包括无线传感器网络协调器模块与无线传感器从节点模块，所述无线传感器网络协调器模块包括第一无线控制通信单元、第一数据处理单元以及第一无线数据通信单元，第一无线通信控制单元控制发出低频唤醒信号，所述第一无线数据通信单元用于侦听低频唤醒确认信号，所述第一数据处理单元用于控制第一无线控制通信单元与第一无线数据通信单元，所述无线传感器从节点模块包括第二无线控制通信单元、第二数据处理单元以及第二无线数据通信单元，第二无线控制通信单元用于侦听低频唤醒信号频段，所述第二无线数据通信单元用于发送唤醒确认信号，所述第二数据处理单元用于控制第二无线控制通信单元与第二无线数据通信单元。
2.根据权利要求1所述的低功耗无线传感器网络系统，其特征在于，所述无线传感器网络协调器模块采用电源供电，所述无线传感器从节点模块采用电池供电。
3.根据权利要求1所述的低功耗无线传感器网络系统，其特征在于，所述用于低频唤醒的低频唤醒信号的工作频段为125KHz，所述低频唤醒确认信号的工作频段为2.4GHz。
4.根据权利要求1所述的低功耗无线传感器网络系统，其特征在于，所述无线传感器从节点模块还包括用于存储设置信息的存储单元，所述存储单元与第二无线数据处理单元相连，所述存储单元可由第二数据处理单元访问控制。
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