一种无线传感器网络的通讯方法技术

本发明专利技术涉及一种用于无线传感器网络的通讯方法，能够降低传感器节点的功耗，延长网络生存时间。包括以下步骤：汇聚点向服务器注册，获取包含节点时间片len1、节点数量num等工作参数；节点传感器向汇聚点发起入网请求以加入无限传感器网络；节点传感器与汇聚点进行系统时间同步，在到达汇聚点首次发布报文的时间t时，无线传感器网络内的所有传感器节点根据时隙编号ts的顺序，依次完成报文的收发。本发明专利技术中，传感器节点数据的收发是根据时隙编号ts的顺序进行，一个时刻只有一个传感器节点进行数据的接收或发送，避免了信道碰撞和信息干扰；每一个传感器节点只在自己的时间片len1内打开无线通信模块进行数据的收发，其余时间都处在低功耗的休眠状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线传感器网络领域，具体涉及一种用于无线传感器网络的通讯方法。
技术介绍
无线传感网络(WSN)由大量部署在监测区域内的传感器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，能协作地感知、采集和处理网络覆盖区域的监测信息，并发送给观察者。如在消防无线传感器网络系统由传感器节点、汇聚节点和管理节点组成，大量消防传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，汇聚点通过互联网或卫星将监测数据送到管理服务器。用户通过监控中心对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。网络中的传感器节点一般为电池供电，有效电量非常有限，而且由于应用环境与节点数量关系，电池更换是不可能的。但是无线传感网络的生存时间却要求长达数月甚至数年，一旦传感节点能量用尽，只能采取放弃或替代，因此能否节约电池能量成为无线传感网络软件设计中的关键问题之一。传感器节点硬件由MCU、传感器和无线通信模块组成，随着半导体技术的迅猛发展，MCU和传感器的功耗已经做得很低，节点中最耗电的部分就是无线通信模块。无线通信模块工作模式通常分为休眠、发送和接收三种状态，休眠状态功耗极低，发送和接受状态功耗很高。要使传感器节点更省电，必须对无线模块的功耗进行控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，能够降低传感器节点的功耗，延长无线传感器网络的生存时间。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是:一种无线传感器网络的通信方法，所述无线传感器网络包括传感器节点、汇聚点及服务器，其特征在于包括以下步骤:步骤1:汇聚点通过无线网络向服务器发起注册请求；步骤2:服务器验证汇聚点是否合法，如果合法则返回给汇聚点包含节点时间片lenl、以及节点数量num的工作参数，同时将节点网络地址以及mac地址映射表返回给汇聚占.V，步骤3:传感器节点向汇聚点发起入网请求；汇聚点验证传感器节点的mac地址是否允许加入到网络中，验证成功则根据mac地址映射表为其分配节点网络地址、汇聚点系统时间time、汇聚点首次发布报文的时间t，并且根据节点的网络地址以及节点数量num为每一个传感器节点分配节点时隙编号ts ;同时将节点时隙编号ts、节点时间片Ienl以及网络地址返回给传感器节点；步骤4:传感器节点收到汇聚点的入网应答后，传感器节点根据汇聚点系统时间time使自己的系统时间与汇聚点系统时间同步，之后根据时隙编号ts以及节点时间片Ienl来调整自己的接收定时器timerl和发送定时器timer2 ；步骤5:当到达汇聚点首次发布报文的时间t时，无线传感器网络内的所有传感器节点根据时隙编号ts的顺序，依次完成报文的收发；每一个传感器节点都是通过依次启动接收定时器timerl和发送定时器timer2，在节点时间片Ienl内完成一次报文的收发:当接收定时器timerl到达接收时间，传感器节点打开无线通信模块的接收状态以接收汇聚点报文，收到报文后立即关闭无线通信模块的接收状态；当发送定时器timer2到达发送时间，传感器节点开启无线通信模块的发送状态，判断是否有数据需要发送给汇聚点，有则进行数据发送，没有则发送心跳报文以保持与汇聚点之间的通信连接，发送完成后立即关闭无线通信模块的发送状态。本专利技术具有以下有益效果:汇聚点向传感器节点发送汇聚点系统时间time，以保证传感器节点与汇聚点的系统时间同步；通过节点时间片Ienl的划分，无线传感器网络内的所有传感器节点根据时隙编号ts的顺序，依次完成报文的收发。然而现有技术中并没有进行时间片的划分，传感器节点无序地进行数据的收发，就会造成同一时刻多个传感器节点同时进行数据的接收或发送，造成信道的碰撞和信息的相互干扰。本专利技术中，传感器节点数据的收发是根据时隙编号ts的顺序，有序的进行着，一个时刻只有一个传感器节点进行数据的接收或发送，避免了信道碰撞和信息干扰；更重要的是每一个传感器节点只在自己的时间片Ienl内打开无线通信模块进行数据的收发一无线通信模块处于接收或发送状态，其余时间都处在低功耗的休眠状态，与现有技术中无线模块需要长期工作在接收状态来接收汇聚节点下发的命令相比，大大降低了无线通信模块维持接收状态的时间，使无线通信模块长期维持在低功耗的休眠状态，从而降低传感器节点的功耗，使传感器节点内的电池能用得更久，延长无线传感器网络的生存时间。【具体实施方式】实施例1以具有500个传感器节点的网络为例，设置时间片Ienl为0.5s，即每一个传感器节点在0.5s内完成数据收发。一种无线传感器网络的通信方法，所述无线传感器网络包括传感器节点、汇聚点及服务器，包括以下步骤:步骤1:汇聚点通过无线网络向服务器发起注册请求；步骤2:服务器验证汇聚点是否合法，如果合法则返回给汇聚点包含节点时间片lenl、以及节点数量num的工作参数，同时将节点网络地址以及mac地址映射表返回给汇聚点；其中:节点时间片Ienl = 0.5s,节点数量num = 500 ；步骤3:传感器节点向汇聚点发起入网请求；汇聚点验证传感器节点的mac地址是否允许加入到网络中，验证成功则根据mac地址映射表为其分配节点网络地址、汇聚点系统时间time、汇聚点首次发布报文的时间t，并且根据节点的网络地址以及节点数量num对每一个传感器节点分配节点时隙编号ts，ts取值为I?500中的整数；同时将节点时隙编号ts、节点时间片Ienl以及网络地址返回给传感器节点；步骤4:传感器节点收到汇聚点的入网应答后，传感器节点根据汇聚点系统时间time使自己的系统时间与汇聚点系统时间同步，为了使传感器节点能精确的与汇聚点系统时间同步，优选的:传感器节点将收发时延delay添加到汇聚点系统时间time作为自己的系统时间，假设传感器节点发送报文的时刻为tl，传感器节点收到汇聚点报文的时刻为t2,那么收发时延delay = (t2_tl)/2,最终传感器节点获得的同步时间为time+delay ;时间同步后，传感器节点根据时隙编号ts以及节点时间片Ienl来调整自己的接收定时器timerl 和发送定时器 timer2，根据公式:timer I = (ts_l) X0.5+250 X (η_1), η 为周期数，timer2 = δ timerl，其中 0〈 δ〈I。步骤6:当到达汇聚点首次发布报文时间t时，汇聚点开始发布报文，无线传感器网络内的所有传感器节点根据时隙编号ts的顺序，依次完成报文的收发，每一个传感器节点都是通过依次启动接收定时器timerl和发送定时器timer2在节点时间片Ienl内完成一次报文的收发，具体过程如下:在汇聚点首次发布报文t时，时隙编号ts = I的传感器节点首先启动接收定时器timerl，打开无线通信模块的接收状态进行报文接收，收到报文后立即关闭无线通信模块；当发送定时器timer2到达发送时刻，开启当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络的通信方法，所述无线传感器网络包括传感器节点、汇聚点及服务器，其特征在于包括以下步骤：步骤1：汇聚点通过无线网络向服务器发起注册请求；步骤2：服务器验证汇聚点是否合法，如果合法则返回给汇聚点包含节点时间片len1以及节点数量num的工作参数，同时将节点网络地址以及mac地址映射表返回给汇聚点；步骤3：传感器节点向汇聚点发起入网请求；汇聚点验证传感器节点的mac地址是否允许加入到网络中，验证成功则根据mac地址映射表为其分配节点网络地址、汇聚点系统时间time、汇聚点首次发布报文的时间t，并且根据节点的网络地址以及节点数量num为每一个传感器节点分配节点时隙编号ts；同时将节点时隙编号ts、节点时间片len1以及网络地址返回给传感器节点；步骤4：传感器节点收到汇聚点的入网应答后，传感器节点根据汇聚点系统时间time使自己的系统时间与汇聚点系统时间同步，之后根据时隙编号ts以及节点时间片len1来调整自己的接收定时器timer1和发送定时器timer2；步骤5：当到达汇聚点首次发布报文的时间t时，无线传感器网络内的所有传感器节点根据时隙编号ts的顺序，依次完成报文的收发；每一个传感器节点都是通过依次启动接收定时器timer1和发送定时器timer2，在节点时间片len1内完成一次报文的收发：当接收定时器timer1到达接收时间，传感器节点打开无线通信模块的接收状态以接收汇聚点报文，收到报文后立即关闭无线通信模块的接收状态；当发送定时器timer2到达发送时间，传感器节点开启无线通信模块的发送状态，判断是否有数据需要发送给汇聚点，有则进行数据发送，没有则发送心跳报文以保持与汇聚点之间的通信连接，发送完成后立即关闭无线通信模块的发送状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟驰力，吴聪，赵肖，
申请(专利权)人：重庆甲虫网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85