一种近地无线组网模块通信方法技术

本发明专利技术公开了一种近地无线组网模块通信方法，属于自组网通信技术领域，包括对无线自组网模块内部的各个组件和通信协议进行设计，无线自组网模块设计完成后，将模块节点分为数据探测节点和数据传输节点，对探测节点和传输节点进行布设，模块节点与通信范围内的其它模块节点建立通信连接，组建成自组网网络，探测节点根据控制指令向传输节点发送信息，当被阻断时通过附近其它探测节点中转，向传输节点发送信息，模块节点不进行数据传输时，进入低功耗模式，完成无线自组网，本发明专利技术能实现了野外、空旷无人区、山区、丛林、交通枢纽等区域快速建立通讯网络，同时能节省能量开销，还能保证网络的稳定性。络的稳定性。络的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种近地无线组网模块通信方法


[0001]本专利技术属于自组网通信
，具体地说，涉及一种近地无线组网模块通信方法。

技术介绍

[0002][0003]目前无线组网模块技术中的MAC协议可以分为两类：同步协议和异步协议，同步MAC协议如：S
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MAC、T_MAC、R
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MAC、SCP
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MAC和DW
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MAC，节点同步唤醒，然后交换数据，在完成通信数据之后，节点将休眠。这种方法减少了空闲侦听，同步占空比MAC协议需要同步邻居节点，引入了额外的开销和设计复杂性。此外，如果邻居节点有不同的时刻表，节点可能在一个工作周期内多次唤醒。对无线传感器网络中存在冗余节点部署的情况，提出了冗余节点休眠和分阶段唤醒相结合的方法减少数据采集和传输的冗余，进而节省节点能量。将监测区域内相邻部分冗余节点休眠，其它节点正常工作，当节点剩余能量不足以维持节点正常工作时，分阶段唤醒其邻居节点替代工作，直至网络无法正常进行数据采集和传输。该休眠策略可以改善网络性能，延长网络的生命周期，但是可能产生感知盲区并且需要布置大量冗余节点造成资源浪费。
[0004]异步占空比MAC协议无需进行节点间的任何同步，每一个节点独立决定其唤醒时间。异步占空比MAC协议又可分为“发送方发起”和“接收方发起”两种类型。如B_MAC、WiseMAC和X_MAC等属于发送方发起；接收方发起的MAC协议有RI_MAC，PW_MAC和REA
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MAC，在发送方发起MAC协议中，发送节点在发送数据包之前，先发送一个前同步码通知有数据通信。在接收方发起MAC协议中，当一个节点需要发送一个数据包，其由休眠状态转换到监听状态，先进行信道监听，当目的节点醒来之后，它发送一个beacon通知邻居节点，自己已经准备好接收数据，此时，发送节点向目的节点发送数据，REA
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MAC协议是一种加强型路由异步占空比协议。REA
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MAC协议根据跨层路由信息决定一个节点在操作周期内何时唤醒，从而减少多跳路径中数据包交付延迟，同时让节点根据数据包到达的时间和下一跳节点的唤醒时间之间的关系按需决定自身的唤醒时间，以减少发送节点的空闲侦听时间，从而减少各个节点的能量消耗，为了充分利用传感器节点的电池电量，有文献提出了一种基于传感器节点检测电量的异步休眠方法。该方法在无线传感器网络组网完成之后，根据预先确定的休眠周期安排节点休眠；并且对传感器节点电池的电量进行实时检测，如果检测到电量低于设定的闽值，则减少传感节点工作时间，从而降低能耗，保护低电量节点的能量。该方法考虑了低电量节点的能量保护，但未考虑在实际情况下数据传输与休眠的协调。从上述研究现状来看，人们对无线传感器网络休眠算法的研究、设计和改进工作一直都在进行，在休眠期的设置、不同类型节点休眠策略的设计和多级休眠等方面取得一定进展，但对于本项目的实际应用仍有些问题需要进一步研究解决：如现有的无线传感器网络休眠算法在工作周期内休眠时间的确定和结合逻辑地位的不同考虑休眠策略等方面存在不足，这将影响到采用异步休眠算法的无线传感器网络的节点能耗、寿命和网络性能。

技术实现思路

[0005]要解决的问题
[0006]针对现有现有的无线传感器网络休眠算法在工作周期内休眠时间的确定和结合逻辑地位的不同考虑休眠策略等方面存在不足，这将影响到采用异步休眠算法的无线传感器网络的节点能耗、寿命和网络性能的问题，本专利技术提供一种近地无线组网模块通信方法。
[0007]技术方案
[0008]为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。
[0009]一种近地无线组网模块通信方法，采用以下步骤：
[0010]步骤1：对无线自组网模块内部的各个组件和通信协议进行设计；
[0011]步骤2：无线自组网模块设计完成后，将模块节点分为数据探测节点和数据传输节点；
[0012]步骤3：对探测节点和传输节点进行布设，模块节点与通信范围内的其它模块节点建立通信连接，组建成自组网网络；
[0013]步骤4：探测节点根据控制指令向传输节点发送信息，当被阻断时通过附近其它探测节点中转，向传输节点发送信息；
[0014]步骤5：模块节点不进行数据传输时，进入低功耗模式。
[0015]优选地，所述步骤1中模块内部的各个组件和通信协议包括：MCU实现应用层、无线传感器网协议、MAC层协议、基带单元、数据链路层协议、接口芯片、射频单元和中频单元。
[0016]进一步地，所述基带单元采用软件无线电技术实现CSS扩频调制和FSK调制模式，所述CSS扩频技术利用频率在整个带宽上线性变化的正弦脉冲信号来传输信息，采用DM直接调制的方式。
[0017]进一步地，DM调制方式是在DPSK和DQPSK调制后的信号上乘以一个Chirp信号，进行扩频，扩频后Chirp信号相当于DSSS的PN序列，具体流程如下：先将输入的二进制流分成I和Q两个流，按照逐位交错分配：第一个比特输入到I流，则第二个比特输入到Q流；串并变换(S/P)处理，将输入的I、Q两个子流中的二进制数据以3个比特为单位分别转化为符号流；然后进行一次数据符号到双正交码字的变换；最后进行Chirp扩频，也就是进行QPSK到QCSK的调制。
[0018]更进一步地，一个Chirp符号由4个Chirp脉冲构成，每个Chirp脉冲调制一个上述的QPSK码，因此一个Chirp符号可以编码4个QPSK码字，定义4种Chirp符号，占用两个相邻的子频带，Chirp信号可以表示为如下形式：
[0019][0020][0021][0022]其中，n＝0,1,2,...，n是Chirp符号流中Chirp符号的编号；k＝0,1,2,3，k是一个Chirp符号中Chirp脉冲的编号；m＝1,2,3,4，m是4种Chirp符号的定义；f
k,m
为第m种Chirp符号的第k个Chirp脉冲的中心频率；T
n,k,m
为第n个Chirp符号的第k个Chirp脉冲的中心频率点
的时间；t为时间值；μ是常数值，定义Chirp脉冲信号的特性；ξ
k,m
指示一个Chirp脉冲周期内频率变化方向的参数，频率随时间增加为+1，随时间减少为
‑
1；T
sub
为一个Chirp脉冲的持续时间；T
chirp
为一个Chirp符号的持续时间。
[0023]优选地，所述射频单元接收信号后，会将信号中的上变频经过滤波和匹配后，再进行高频功放，再次进行匹配，传输至射频开关，信号中的下变频经过滤波和匹配后，再经过低噪放大器，然后进行带通滤波，传输至射频开关，射频开关结结合传输，再进行滤波匹配，再将信号发送出去。
[0024]优选地，所述无线传感器网协议中的物理层定义数据传输的无线物理信道与MAC层间的接口，提供的功能服务包括PHY层数据服务和PHY层管理服务，其中PHY层数据服务本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近地无线组网模块通信方法，其特征在于，采用以下步骤：步骤1：对无线自组网模块内部的各个组件和通信协议进行设计；步骤2：无线自组网模块设计完成后，将模块节点分为数据探测节点和数据传输节点；步骤3：对探测节点和传输节点进行布设，模块节点与通信范围内的其它模块节点建立通信连接，组建成自组网网络；步骤4：探测节点根据控制指令向传输节点发送信息，当被阻断时通过附近其它探测节点中转，向传输节点发送信息；步骤5：模块节点不进行数据传输时，进入低功耗模式。2.根据权利要求1所述的一种近地无线组网模块通信方法，其特征在于：所述步骤1中模块内部的各个组件和通信协议包括：MCU实现应用层、无线传感器网协议、MAC层协议、基带单元、数据链路层协议、接口芯片、射频单元和中频单元。3.根据权利要求2所述的一种近地无线组网模块通信方法，其特征在于：所述基带单元采用软件无线电技术实现CSS扩频调制和FSK调制模式，所述CSS扩频技术利用频率在整个带宽上线性变化的正弦脉冲信号来传输信息，采用DM直接调制的方式。4.根据权利要求3所述的一种近地无线组网模块通信方法，其特征在于：DM调制方式是在DPSK和DQPSK调制后的信号上乘以一个Chirp信号，进行扩频，扩频后Chirp信号相当于DSSS的PN序列，具体流程如下：先将输入的二进制流分成I和Q两个流，按照逐位交错分配：第一个比特输入到I流，则第二个比特输入到Q流；串并变换(S/P)处理，将输入的I、Q两个子流中的二进制数据以3个比特为单位分别转化为符号流；然后进行一次数据符号到双正交码字的变换；最后进行Chirp扩频，也就是进行QPSK到QCSK的调制。5.根据权利要求4所述的一种近地无线组网模块通信方法，其特征在于：一个Chirp符号由4个Chirp脉冲构成，每个Chirp脉冲调制一个上述的QPSK码，因此一个Chirp符号可以编码4个QPSK码字，定义4种Chirp符号，占用两个相邻的子频带，Chirp信号可以表示为如下形式：形式：形式：其中，n＝0,1,2,...，n是Chirp符号流中Chirp符号的编号；k＝0,1,2,3，k是一个Chirp符号中Chirp脉冲的编号；m＝1,2,3,4，m是4种Chirp符号的定义；f
k,m
为第m种Chirp符号的第k个Chirp脉冲的中心频率；T
n,k,m
为第n个Chirp符号的第k个Chirp脉冲的中心频率点的时间；t为时间值；μ是常数值，定义Chirp脉冲信号的特性；ξ
k,m
指示一个Chirp脉冲周期内频率变化方向的参数，频率随时间增加为+1，随时间减少为
‑
1；T
sub
为一个Chirp脉冲的持续时间；T
chirp
为一个Chirp符号的持续时间。6.根据权利要求2所述的一种近地无线组网模块通信方法，其特征在于：所述射频单元接收信号后，会将信号中的上变频经过滤波和匹配后，再进行高频功放，再次进行匹配，传输至射频开关，信号中的下变频经过滤波和匹配后，再经过低噪放大器，然后进行带通滤
波，传输至射频开关，射频开关结结合传输，再进行滤波匹配，再将信号发送出去。7.根据权利要求2所述的一种近地无线组网模块通信方法，其特征在于：所述无线传感器网协议中的物理层定义数据传输的无线物理信道与MAC层间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹锦渝，王春辉，
申请(专利权)人：北京全及科技有限公司，
类型：发明
国别省市：