节点之间的数据传输的时间同步方法技术

节点之间的数据传输的时间同步方法，属于信息技术领域，为了解决射频充电的两个节点能够被同步唤醒的问题，邻父子节点之间具有两种情况：一是子节点的超帧大于父节点的超帧大小，另一种是父节点的超帧大小大于子节点超帧大小，调节方法是：在一个节点中更改超帧的大小，并在另一个节点中保持超帧大小不变，以实现两个节点的时间同步，效果是实现了同步唤醒。

Time synchronization method of data transmission between nodes

【技术实现步骤摘要】
节点之间的数据传输的时间同步方法
本专利技术属于信息
，涉及一种基于无源传感器网络的建筑物受力平衡实时监测系统。
技术介绍
在建筑物安全检测方面，国内最初常用的X射线法、涡流法、光学诊断法等，是通过对局部建筑物的检测来判断整体建筑物的安全状况，但是这种检测方法存在很大的缺点。随着信息技术的发展，后来有人使用光纤通讯技术来对远程的建筑物进行检测。但是这种方法的使用区域和性能都有限制。在之后人们开始使用无线传感器来对桥结构进行安装布设，检测其健康情况。但是在整个桥结构中都布设传感器，如果桥结构比较小还可以，但是桥结构很大的话，需要布设的传感器数量是大量的。现在有很多的研究者将无线传感器应用到建筑物中，来定时检测建筑物的信息，相比之前的一些方法，提高了数据的准确性和整体性能。但是传统的无线传感器是电池进行供电，一旦传感器电池没有电量之后，传感器网络则无法进行工作。并且在后期的电池更换过程中需要消耗大量的人力物力，大量的电池更换也会造成环境的浪费，长时间的更换也造成大量的资金浪费。
技术实现思路
为了解决射频充电的两个节点能够被同步唤醒的问题，本专利技术提出如下技术方案：一种节点之间的数据传输的时间同步方法，其特征在于：相邻父子节点之间具有两种情况：一是子节点的超帧大于父节点的超帧大小，另一种是父节点的超帧大小大于子节点超帧大小，调节方法是：在一个节点中更改超帧的大小，并在另一个节点中保持超帧大小不变，以实现两个节点的时间同步。进一步的，对于第一种情况的同步方法是：当子节点的充电速率快于父节点的充电速率，则会出现子超帧的大小小于父超帧的大小，从父节点接收一个包含关于父节点的超帧时间的信息的信标消息，用来确定父节点的下一帧开始时间，在接收信标信息时，由子节点使用所述信标信息调整其超帧，使它的帧开始时间与父节点的开始时间对齐，在子超帧的末尾添加一个占空比对其扩展，在这个扩展的占空比内，子节点醒来并开始消耗预定的能量，然后回到睡眠状态并开始再次充电，使得占空比周期开始时的能量等于它结束时的能量，父子节点之间的超帧大小相等，节点时间同步。进一步的，计算子节点醒来并开始消耗预定的能量的时间的方法是：在子节点接收到信标消息之前，已经在帧中传递了n*t时间，TC是消耗能量所花费的时间，Tc的计算方法如下：T1是当前帧中剩余的时间，T2是占空比中的睡眠时间，T3是二次占空比占用的时间，T3是时间Tc和Th的和，Tc是消耗一些能量所花费的时间，Th是收集这些能量所需要的时间，父节点开始下一帧所用的时间Tparent是T1与T2与T3的和，即T1+T2+T3＝Tparent则:T1+T2+Tc+Th＝Tparent公式(1)在二次占空比期间或调整时间内消耗的能量必须等于在相同占空比期间收获的能量，即：Ec＝Eh，Tc*Rc＝Th*Rh将公式(1)带入Th得：子节点在当前超帧中花费的总时间等于子节点已经花费的时间、当前唤醒状态下剩余的时间和子节点完全充电所需的时间之和：T1+T2+(n*t)＝Tchild公式(4)将公式(3)带入公式(4)得：整理得到：进一步的，对于第二种情况的同步方法是：当子节点的充电速率慢于父节点的充电速率，则会出现子超帧的大小大于父超帧的大小，在接收信标信息时，子节点已经过帧的n*t时间，并留下了部分能量，计算子节点应该继续当前帧多长时间，才能将自己对齐到父节点，子节点通过收缩自己的占空比，使子节点与父节点对齐。进一步的，计算子节点应该继续当前帧多长时间，才能将自己对齐到父节点的方法是：T1是子节点继续当前帧并消耗能量的时间，T2是子节点完全充电所需的时间，T1的计算方法如下：T1+T2＝Tparent公式(6)从父节点接收信标消息时，子节点中剩余的能量从它在当前帧中已经消耗的能量中计算出来，用下式表示：Eleft＝Efull-(n*t)*Rc公式(7)子节点的所消耗和收获的能量与剩余能量之和必须等于全部电荷，即：Efull＝Eleft-(T1*Rc1)+(T2*Rh1)公式(8)将公式(7)带入得：Efull＝{Efull-(n*t)*Rc}-(T1*Rc1)+(T2*Rh1)T1*Rc1＝(T2*Rh1)-((n*t)*Rc)将公式(6)带入，得：T1*Rc1＝{(Tparent-T1)*Rh1}-((n*t)*Rc)T1*{Rc1+Rh1}＝(Tparent*Rh1)-((n*t)*Rc)其中：n是运行的周期，t是每个周期的时间，Ec是消耗的能量，Eh是收获的能量，Rh是能量采集率，Rc是能量消耗率，Eleft是剩余能量，Efull是总的能量，Tchild是子节点在当前超帧中花费的总时间，Rc1是子节点继续当前帧的能量消耗率，Rh1是子节点继续当前帧的能量采集率。进一步的，所述时间同步方法将两个相邻节点同步唤醒，并在传输中，节点根据其数据缓存数据是否达到阈值，通过所述角色转换方法进行角色转换。有益效果：传感器节点之间的数据传输达到时间的同步,减少了出现数据传输中的丢失，节点之间的碰撞。附图说明图1是无源传感器网络的建筑受力平衡监测系统的结构示意图；图2是超帧调整示意图，其中(a)是子节点的充电速率大于父节点时的帧调整，(b)是是子节点的充电速率小于父节点时的帧调整；图3是超帧扩展示意图；图4是超帧缩减示意图；图5是角色转换机制示意图，其中(a)是数据传输图，(b)是由节点在连续工作周期中执行的角色切换图；图6是节点布设图，其中(a)是桥梁部分结构图，(b)是支座网络布设图；(c)是路面网络布设图；图7是树状网络拓扑路由图，其中(a)是支座网络路由图，(b)路面网络路由图，(c)桥梁总网络路由图，(d)总的网络路由图；图8是预警指示灯结构示意图；图9是节点信息传输的流程图。1.压力感应模块，2.数据传输杆，3.压力传感器模块，4.射频信号采集模块，5.预警指示灯，6.路面节点网络，7.桥面，8.支座节点网络，9.支撑杆，10.电容，11.电源线，12.智能卵石。具体实施方式实施例1:一种无源传感器网络的建筑受力平衡监测系统，包括布设到建筑物的同一建筑面内或者布设在桥梁的支撑面内的若干节点，节点主要由压力传感器模块、射频信号采集模块、网络模块组成，压力感应模块的感应面采集建筑物压力信息并传输到压力传感器模块，压力传感器模块接收射频信号采集模块提供的电能，并对压力信息转换成数据，通过网络模块上传到网络，射频信号采集模块电容量小于设定阈值，则压力传感器模块进入睡眠状态，此时由射频信号采集模块进行射频信号采集并转化成电能，当电能存量达到一个高的设定阈值，则压力传感器模块由睡眠状态转换成活跃状态，进行数据采集或传输。进一步的，所述的节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种节点之间的数据传输的时间同步方法，其特征在于：相邻父子节点之间具有两种情况：一是子节点的超帧大小大于父节点的超帧大小，另一种是父节点的超帧大小大于子节点超帧大小，调节方法是：在一个节点中更改超帧的大小，并在另一个节点中保持超帧大小不变，以实现两个节点的时间同步。/n

【技术特征摘要】
1.一种节点之间的数据传输的时间同步方法，其特征在于：相邻父子节点之间具有两种情况：一是子节点的超帧大小大于父节点的超帧大小，另一种是父节点的超帧大小大于子节点超帧大小，调节方法是：在一个节点中更改超帧的大小，并在另一个节点中保持超帧大小不变，以实现两个节点的时间同步。


2.如权利要求1所述的传感器节点之间的数据传输的时间同步方法，其特征在于：对于第一种情况的同步方法是：当子节点的充电速率快于父节点的充电速率，则会出现子超帧的大小小于父超帧的大小，从父节点接收一个包含关于父节点的超帧时间的信息的信标消息，用来确定父节点的下一帧开始时间，在接收信标信息时，由子节点使用所述信标信息调整其超帧，使它的帧开始时间与父节点的开始时间对齐，在子超帧的末尾添加一个占空比对其扩展，在这个扩展的占空比内，子节点醒来并开始消耗预定的能量，然后回到睡眠状态并开始再次充电，使得占空比周期开始时的能量等于它结束时的能量，父子节点之间的超帧大小相等，节点时间同步。


3.如权利要求2所述的传感器节点之间的数据传输的时间同步方法，其特征在于：计算子节点醒来并开始消耗预定的能量的时间的方法是：在子节点接收到信标消息之前，已经在帧中传递了n*t时间，Tc是消耗能量所花费的时间，n是运行的周期，t是每个周期的时间，Tc的计算方法如下：T1是当前帧中剩余的时间，T2是占空比中的睡眠时间，T3是二次占空比占用的时间，T3是时间Tc和Th的和，Tc是消耗一些能量所花费的时间，Th是收集这些能量所需要的时间，父节点开始下一帧所用的时间Tparent是T1与T2与T3的和，即
T1+T2+T3＝Tparent
则:T1+T2+Tc+Th＝Tparent公式(1)
在二次占空比期间或调整时间内消耗的能量必须等于在相同占空比期间收获的能量，
即：Ec＝Eh，Tc*Rc＝Th*Rh



Ec是消耗的能量，Eh是收获的能量，Rh是能量采集率，Rc是能量消耗率；
将公式(1)带入Th得：



子节点在当前超帧中花费的总时间等于子节点已经花费的时间、当前唤醒状态下剩余的时间和子节点完全充电所需的时间之和：
T1+T2+(n*t)＝Tchild公式(4)

【专利技术属性】
技术研发人员：汪祖民，郑祖朋，季长清，秦静，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21