一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法，若上位机处于工作态，协调器广播唤醒包，唤醒网络中所有节点，节点被唤醒后修改自身状态为持续工作态；若上位机处于不工作态，发送方通过向接收方多次发送探测包来唤醒节点，此时节点依然处于睡眠唤醒态。根据上位机是否工作，使用广播唤醒包或是点对点多次发送探测包的方法唤醒节点，这样可以根据上位机的不同的工作状态发生采用不同的唤醒方法，不需要使用长度较大的前导包，并且硬件设计结构简单，可以有效的降低功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法
本专利技术涉及无线传感器网络节点和MAC层协议，属于无线传感器网络
，具体涉及无线抄表系统MAC层协议中节点的周期性睡眠唤醒方法。
技术介绍
传统的人工入户抄表方式，弊端众多，人力工作强度大，效率低，管理成本高，存在读数误差等，随着无线传感器网络的出现和发展，将无线传感器网络技术应用于抄表系统得到广泛的研究和应用，使用无线抄表的方式可以有效解决人工入户抄表的弊端。无线抄表系统在应用中节点规模庞大，使用电池供电，为延长节点使用寿命，节点不能时刻处于工作状态，因此引入周期性睡眠唤醒机制，使节点在不工作的情况下进入周期性睡眠唤醒状态。引入周期性睡眠唤醒机制的根本目的是节省空闲监听时的能耗。由于接收方并不了解何时接收数据，如何保证发送数据时接收方也处于工作状态是问题的关键。目前较常用的唤醒模式有主动唤醒机制、异步唤醒机制和同步唤醒机制。其中主动唤醒机制可以在任何时间通过唤醒信号唤醒节点，能够最大程度的降低功耗，但是该方式通常要求每个传感器节点配置两套无线收发机，因此硬件设计复杂度较高。异步唤醒机制要求所有的节点分为工作期和睡眠期，每个节点独立调度，发送方在发送指定数据前先发送一个足够长的唤醒前导，该方式简单易行，但能耗相对较大。同步唤醒机制要求所有节点或临近的节点合作性的同时休眠，同时进入工作状态，虽然在能量消耗方面相对具有一定优势，但是在维持各节点全同步方面较为繁琐。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法，根据上位机是否工作，使用广播唤醒包或是点对点多次发送探测包的方法唤醒节点，取消传统异步睡眠机制中长度较大的前导包的使用，解决其延迟大、功耗高的问题。本专利技术的技术方案是：一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法，若上位机处于工作态，协调器广播唤醒包，唤醒网络中所有节点，节点被唤醒后修改自身状态为持续工作态；若上位机处于不工作态，发送方通过向接收方多次发送探测包来唤醒节点，此时节点依然处于睡眠唤醒态，所述唤醒包的macDstAddr（目的节点MAC地址）为0XFFFF，而探测包的macDstAddr为目的节点的MAC地址。进一步的，若上位机处于工作态，所述协调器接收到上位机的工作态指令后广播n=Tidle/Ton+1次唤醒包，其中第二次广播唤醒包与第一次广播唤醒包的时间间隔为Ton+t0，其余均以时间间隔Ton广播唤醒包，节点第一次收到唤醒包时同样转发n次，之后收到的唤醒包则直接丢弃不处理，其中，Tidle为节点的一个固定睡眠周期，Ton为一个工作周期，t0为一个趋向于0的定值。进一步的，节点收到协调器的睡眠唤醒包后，向协调器发送状态包，协调器收到包后在点名表中进行登记，并回复ACK帧。进一步的，若上位机处于不工作态，发送方向接收方发送探测包，其中第二次发送探测包与第一次发生探测包的时间间隔为Ton+t0，其余均以时间间隔Ton发送探测包，发送次数不超过Tidle/Ton+1次；接收方收到探测包后，回复ACK帧，并延长自身的工作时间，若有一次未收到数据包，则侦听时长立即变为Ton，网络中发送方收到ACK回复后不再发送探测包，正式与接收方进行通信。进一步的，所述延长的工作时间不大于3倍的工作周期。进一步的，节点处于脱网状态时，需要进行重新入网，并通知所有子节点重新入网；重新入网后修改协调器的全网地址映射表，并在点名表中进行登记；当协调器检查到签到表中所有节点已经签到完成，则通知上位机可以正常工作了。进一步的，工作完成后，通过协调器发送睡眠包，各节点继续进入睡眠唤醒状态。本专利技术的优点是：此专利技术提供的无线抄表系统的睡眠唤醒方法，根据上位机是否工作，使用广播唤醒包或是点对点多次发送探测包的方法唤醒节点，这样可以根据上位机的不同的工作状态发生采用不同的唤醒方法，不需要使用长度较大的前导包，并且硬件设计结构简单，可以有效的降低功耗。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1是本专利技术一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法的唤醒包发送示意图；图2是本专利技术一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法的特殊唤醒时间示意图；图3是本专利技术一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法的协调器签到示意图；图4是本专利技术一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法的唤醒包和探测包的帧结构示意图；图5是本专利技术一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法的异步唤醒示意图；图6是本专利技术一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。实施例：本专利技术中上位机工作时网络中各节点维持一个固定的睡眠周期为Tidle和一个工作周期为Ton，假设睡眠周期Tidle为工作周期Ton的n倍，因此设定睡眠唤醒包的广播次数为n+1，就可以确保网络中的所有节点被唤醒。当节点第一次收到唤醒包时，参照协调器的广播方式，将该包转发n+1次，之后再收到唤醒包则直接丢弃，不予处理。为方便描述，举例说明n=3时的情形，如图1所示为唤醒包发送示意图，假设协调器发送第一个睡眠唤醒广播包的时间为T1，第二个广播包的时间T2为T1+Ton+t0（t0的大小趋向于0，约300us），第三个广播包的时间T3为T1+2*Ton+t0，第四个广播包的时间T4为T1+3*Ton+t0。节点共标出了12个时间段，其中时间段4、8、12下节点为工作期，其它时间段节点为睡眠期。当T1指向时间段1时，T4刚好在时间段4中，当T1指向时间段2时，T3刚好在时间段4中，当T1指向时间段3时，T2刚好在时间段4中，或者T1直接指向时间段4。可以发现，当协调器广播四个睡眠唤醒包时，能确保节点收到包。在广播包的发送间隔上，加上一个趋向于0的t0值，确保当发送第一个睡眠广播包的时间T1刚好位于时间段1、2、3的左边沿时，后面发送的广播包中能有一个包处于时间段4的内部，而不是位于节点将要唤醒的边沿，保证节点处于唤醒状态。如图2所示为特殊唤醒时间示意图，当T1正好位于时间段4的左边沿，T2、T3、T4分别位于时间段5、6、7中，此时节点处于正在唤醒的状态，不能保证一定能够收到数据包。但是根据抄表系统的实际特点，协调器广播范围内的节点有不止一个，并且它们是异步唤醒的状态。从下图中可以看出，当节点1中，T1正好位于时间段4的左边沿，此时节点2正好位于时间段4的内部，也就是节点2处于完全唤醒状态，能够正确接收到广播包。当节点2将广播包转发出去时，节点1处于唤醒状态，正好能够收到该包。为保证网络中的所有节点都处于在网状态，在各节点工作之前，协调器还需要进行点名工作。如图3所示，节点收到协调器的睡眠唤醒包后，向协调器发送签到包，协调器收到包后在点名表中进行登记，并回复ACK帧。若节点发送3次后还没有收到ACK帧，则说明节点已经处于脱网状态，需要进行重新入网。等待一段时间后申请入网，并通知所有子节点重新入网。重新入网后修改协调器的全网地址映射表，并在点名表中进行登记。当协调器检查到签到表中，所有节点已经签到完成，则通知上位机可以正常工作了。上位机不工作时，为了防止抄表系统中的节点在实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法，其特征在于，若上位机处于工作态，协调器广播唤醒包，唤醒网络中所有节点，节点被唤醒后修改自身状态为持续工作态；若上位机处于不工作态，发送方通过向接收方多次发送探测包来唤醒节点，此时节点依然处于睡眠唤醒态，所述唤醒包的macDstAddr（目的节点MAC地址）为0XFFFF，而探测包的macDstAddr为目的节点的MAC地址。

【技术特征摘要】
1.一种无线抄表系统的睡眠唤醒方法，其特征在于，若上位机处于工作态，协调器接收到上位机的工作态指令后广播n=Tidle/Ton+1次唤醒包，其中第二次广播唤醒包与第一次广播唤醒包的时间间隔为Ton+t0，其余均以时间间隔Ton广播唤醒包，节点第一次收到唤醒包时同样转发n次，之后收到的唤醒包则直接丢弃不处理，其中，Tidle为节点的固定睡眠周期，Ton为工作周期，t0为趋向于0的定值，唤醒网络中所有节点，节点被唤醒后修改自身状态为持续工作态；若上位机处于不工作态，发送方通过向接收方多次发送探测包来唤醒节点，此时节点依然处于睡眠唤醒态。2.根据权利要求1所述的无线抄表系统的睡眠唤醒方法，其特征在于，节点收到协调器的睡眠唤醒包后，向协调器发送状态包，协调器收到包后在点名表中进行登记，并回复ACK帧。3.根据权利要求1所述的无线抄表系统的睡眠唤醒方法，其特征在于，若上位机处于不工作态，发送方向接收方发送探测包，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓明，王薇，归成希，张燕，朱琰，
申请(专利权)人：苏州博联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32