WSN采集端与网关的低功耗通信算法制造技术

本发明专利技术公开了一种用于WSN采集端与网关的低功耗通信算法。该算法工作于如下的网络：若干采集端与一个网关组成星形网络。采集端长期休眠，不维持和网关的连接，需要时，采集端唤醒，和网关通信——发射、接收、ACK、接收ACK。网关处于休眠——接收——休眠这样一个周期。核心思想就是提高无线射频工作的占空比，更多的处于休眠以降低功耗。

Low power communication algorithm for WSN acquisition terminal and gateway

The invention discloses a low-power communication algorithm for WSN acquisition terminals and gateways. The algorithm works in the following network: a collection of terminals and a gateway forming a star network. The collection terminal can sleep for a long time without maintaining the connection with the gateway. When needed, the collection terminal wakes up and the gateway communicate -- transmitting, receiving, ACK and receiving ACK. The gateway is in a cycle of dormancy - receiving - hibernation. The core idea is to increase the duty cycle of radio frequency work, and more sleep in order to reduce power consumption.

【技术实现步骤摘要】
WSN采集端与网关的低功耗通信算法
本专利技术，适用于低速通信的WSN网络，对实时性要求不高。可适用于433MHz、2.4GHz等频段的超低功耗、低流量、高延迟的无线通信。
技术介绍
随着物联网技术的发展，ZigBee、蓝牙、433Mhz、LoRA等各种无线通信网络标准均得到了大量的实践。在实际项目实施中，我们发现，在WSN组网中，对于采集端，各种射频芯片所标称的低功耗均可简单得到实现。然而，在网关端(下称接收端)，由于接收端需要持续接收工作以保证采集端任意时刻数据均能上报，这就导致低功耗无法实施，在没有电力供应只能使用电池的情况下，即使加上太阳能、风力发电等措施(若使用大的太阳能板或风车成本太高)，也不能保证电池良好的更换周期(一般应承诺3年)。为了有效解决以上问题，在硬件已经穷尽手段的同时，我们需要为网关(接收端)设计更好的固件程序来大幅降低功耗，当然，对应的采集端也要相应的进行设计。
技术实现思路
本专利技术是通过驱动程序(固件)手段来解决WSN网关的功耗问题，使得网关在没有电力只有微型太阳能或风力等充电设备的支持下，可以大幅延长电池更换周期，降低用户的使用成本，提高产品的实用性。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于WSN采集端与网关的低功耗通信算法。包括采集端发射、WSN网关接收、WSN网关发射ACK、采集端接收ACK。附图说明图1为算法示意图；图2为接收端工作周期波形；图3是算法分析图具体实施方式下面详细说明本专利技术的程序设计方案。先看接收端的工作周期波形(见图2)：假设接收端一次休眠态保持的时长为t1，一次接收态保持的持续时长为，两个时期组成一个完整的周期，记为T＝t1+t2；当采集端进入工作周期时，必须保证采集端的发射时刻正好被t2所包含，这样发射端必须在某一任意时刻进行多次发射，形成一种工作周期波形，波峰被t2所涵盖，如果把开始发射到发射成功(MCU中断产生)的时间记为t’，那么t’最好小于t2/2，这样可以使得t2可以涵盖两次t’，提高发射端命中率。同时，设计足够的t’次数为N，使得t’×N≥T。通过合适的设计，使得t’略小于t2/2，从图3上就可以立即求得N＝8是其最佳值。从图3可以看出无论如何移动发射波形的起始位置，总能保证发射波峰被包含在t2即接收周期中，也就是说，无论何时开始发射信号，总能被接收端接收到信号。再考虑发射ACK和接收ACK的方式，接收端的任意T(t1+t2)开始，相对于t2开始时刻，在t2’处，接收端收到数据后，立即结束当前的工作周期，开始进入发射ACK周期，通知采集端以完成本次通信；考虑到采集发射N次后才结束发射周期，那么采集端接收ACK的起始时刻最晚为t2’+N×t’，最早为t2’+t’。我们以降低功耗为目的，故接收端以最晚时刻为标准开始发射ACK，再加上一个很小的延时d，保证开始发射ACK时，采集端一定处于接收ACK状态。这样就得出ACK的发射时刻为t2’+N×t’+d，发射完毕的时刻为(t2’+N×t’)+d+(t’×3)；实际编程时，ACK的发射时刻为接收到数据后的N×t’+d。假设采集端接收ACK的时间长度为T’，采集端要以最早的ACK发射时刻来计算，那么T’＞(N×t’)+d+(t’×3)，我们最终得到算法说明示意图3(见说明书附图)。总结一下算法：不论采集端还是接收端发射从开始到结束(中断发生)时长为t’；接收端休眠时间为t1，接收时间为t2，且t’＜t2/2；采集端发射信号时，发射N次，在本例设计中N＝8(取决于t’和t2/2的大小关系)；接收端接收到数据后，延时N×t’+d(d可足够小，以减少T’)后发射三次连续ACK；采集端发射N次信号后，立即进入接收态并持续T’，使得T’＞(N×t’)+d+(t’×3)，T’取值当适当大既要避免无法包含ACK的周期，又要降低功耗。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术公开了一种用于WSN采集端与网关的低功耗通信算法，它通过大幅提高射频芯片的占空比和设计独特的发射/接收工作波形来实现。

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种用于WSN采集端与网关的低功耗通信算法，它通过大幅提高射频芯片的占空比和设计独特的发射/接收工作波形来实现。2.如权利要求1所述的算法，其特征在于；采集端为了适应网关的工作周期波形而采用的特殊发射周期算法。有效解决了，网关必须处于时刻接...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪珮雄，杨志云，
申请(专利权)人：南京大沃信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32