【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及物联网的无线通信与边缘计算，主要涉及无线传感网络在面向建筑监测数据采集的低功耗机制及无线通信效率，尤其涉及一种低功耗无线传感器的状态应答方法及装置。
技术介绍
1、随着物联网无线通信、传感器及边缘计算等相关技术的发展，对各类建筑对象进行在线数据采集监测，对于建筑健康状态评估、安全隐患识别及预警，具有极为重要的价值。
2、通过在建筑物内部（包括构件表面、内部及连接间隙）预埋分布式低功耗无线传感器节点，可以对目标建筑整体及局部区域的传感状态变量进行实时数据采集，对目标建筑在安全、健康、运行、环境及能耗等方面进行更加全面、准确地监测评估；所述传感状态变量包括可观测的结构形态变量及与内部形变、损伤老化相关的物理变量。
3、面向建筑监测的无线传感网络为面向传感状态变量数据采集监测的一种低功耗物联网（lpiot），所述低功耗物联网为具有广域和/或局域范围覆盖能力的无线网络。
4、所述传感器节点为一种低功耗感知对象设备节点，作为周边无线协同基站提供无线感知服务的对象设备节点；所述感知服务包括对无线低功耗传感器节点进行的激励唤醒、模式调整、数据采集及监测计算。所述协同基站作为群读主机，对其无线覆盖区域内的无线传感器节点基于低功耗无线模式管理，采集监测所述传感器节点上传的传感状态变量。
5、所述协同基站被协同主机所管理，对无线传感器节点提供数据采集及协同计算服务。所述协同主机对边缘物联网节点的设备状态及数据通信过程进行管理。所述协同基站或协同主机为一种系统设备角色；根据系统设备角色拓扑
6、作为建筑监测设备的无线传感器节点包括预埋于目标建筑区域的分布式无线传感器节点和/或被设置于观测点的观测设备。
7、考虑到在线建筑监测的长期性、预埋施工的防水及安装成本问题，分布式无线传感器节点应该优先采取一种低成本、小体积、封闭结构、可以被瞬态触发唤醒进入工作状态的超低功耗无线装置，包括可被无线激励获得暂态能量的无源节点或具有一次性超长电池工作寿命（如几十年）的有源节点，尤其对于那些不可充电的内层节点（预埋于构件内层或连接缝隙之中的传感器节点）。
8、现有无线传感网络技术对建筑预埋无线传感器节点阵列的群读通信，缺乏更有针对性解决方案，主要包括：
9、1)无线低频传输（包括甚低频、低频或中频）：优点是无线低频传输对建筑构件的穿透力强；但单纯无线低频通信方式，相对高频传输来说无线低频通信时间更长，导致传感器节点瞬态功耗较大、无线信道时隙利用率低。
10、2)无线同步mesh网络：需要建立网络同步，比较适合于上传数据相对频繁的无线网络通信。由于建筑构件内部的无线衰减较大，维持mesh网络同步本身的功耗代价相对较高，尤其对于需要长时间待机休眠的超低功耗应用。
11、3)表层中继节点：由中继节点作为群读主机对内层节点进行近距离群读，其优点是可以节省内层节点的功耗，并适用于无源或有源节点。但是单纯以这种方式的表层中继节点需要对临近内层节点提供激励功耗及主机群读能力，尤其需要解决对深埋节点的无线激励群读问题，以及不同中继节点对临近内层节点的交叉覆盖问题。
12、4)无线待机功耗问题：面向建筑监测应用的无线传感网络，通常无线传感器节点的无线射频通信的间隔时间很长（例如间隔数小时甚至数天），有必要关闭射频前端置身于无源状态；但是需要解决如何在必要时，对处于无源状态或深度睡眠状态的无线传感器节点进行前置触发唤醒。
13、5)无线响应功耗问题：无论定时主动还是被动应答上传，都存在大量非必要的无线通信。为了避免不必要的无线射频功耗，主机在数据采集监测时应允许那些没有状态变化（指被测信号无变化或微小变化）的目标节点不予无线响应或应答，除非很少频次地需要进行强制性的群读数据采集（如测试校正）。
14、6)状态变化与应答信道资源的关联性：群读通信效率主要在于对被群读节点给予高效选择及应答信道分配，不仅要避免节点应答信道时隙冲突、减少信道时隙浪费，还需要对目标群读节点的应答优先级进行指示。现有群读通信技术对应答信道时隙冲突调整缺乏效率，且应答优先级与节点状态变化缺乏应有的关联性。
15、因此，在考虑面向建筑监测数据采集系统需求的背景下，基于无线传感网络，如何在被测信号变量未发生跳变时使无线传感器节点更长时间处于无源状态或深度休眠状态，如何避免或减少对无线传感器节点不必要的射频激励群读，如何对目标群读节点进行高效选择、激励群读及数据采集，从而对分布式低功耗无线传感器节点实现低功耗、高效率的群读通信，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，在无线群读通信过程，低功耗无线传感器节点如何基于自身节点状态变化程度进行灵活应答：如何使状态变化较大的传感器节点获得更高的应答优先级、如何按应答优先级选择应答模式、获得对应的应答信道时隙并发送状态应答数据帧，提升节点状态应答的数据上传效率。
2、为解决上述问题，本专利技术提出了一种低功耗无线传感器的状态应答方法及装置。
3、第一方面，本专利技术公开了一种低功耗无线传感器的状态应答方法，无线传感网络中低功耗无线传感器节点接收到无线群读主机发送的同步群读信号后，基于自身的状态变化以不同的应答优先级发送状态应答数据帧，具体包括以下步骤：所述传感器节点被无线激励唤醒后在高频同步信道接收到所述群读主机发送的所述同步群读信号；所述传感器节点根据包含于所述同步群读信号的状态优先标识对应的状态跳变条件，基于当前自身的状态跳变等级判断是否有必要进行优先应答；当且仅当所述传感器节点判断所述状态跳变等级符合所述状态跳变条件时，根据所述状态优先标识计算与所述状态跳变等级对应的应答优先级，所述应答优先级为不同传感器节点当前发送所述状态应答数据帧可占用无线信道资源的相对优先级；所述传感器节点根据所述应答优先级选择以对应不同的应答模式参数和/或信道时隙参数，发送包含传感状态变量的状态应答数据帧。
4、可选地，所述状态优先标识为所述状态跳变等级与所述应答优先级之间关联性的指示标识；所述传感器节点根据所述状态优先标识对应的状态跳变条件参数计算评估与所述状态跳变等级对应的应答优先级。
5、可选地，所述群读主机根据当前接收到的传感器节点发送的所述状态应答数据帧，反馈调整所述状态优先标识，并更新发送包含所述状态优先标识的同步群读信号。
6、可选地，所述群读主机根据当前接收到的传感器节点发送的所述状态应答数据帧，反馈调整所述状态优先标识，并更新发送包含所述状态优先标识的同步群读信号。
7、可选地，所述传感器节点根据所述状态优先标识，通过对所述状态跳变等级进行映射转换，获得对应的应答优先级；所述应答优先级还包括在所述状态跳变等级相等时，通过对自身节点编码或分组短码进行哈希映射，获得对应的次优先级。
8、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，无线传感网络中低功耗无线传感器节点接收到无线群读主机发送的同步群读信号后，基于自身的状态变化以不同的应答优先级发送状态应答数据帧，具体包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述状态优先标识为所述状态跳变等级与所述应答优先级之间关联性的指示标识；所述传感器节点根据所述状态优先标识对应的状态跳变条件参数计算评估与所述状态跳变等级对应的应答优先级。
3.如权利要求1所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述群读主机根据当前接收到的传感器节点发送的所述状态应答数据帧，反馈调整所述状态优先标识，并更新发送包含所述状态优先标识的同步群读信号。
4.如权利要求1所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述传感器节点在发送所述状态应答数据帧之前先发送脉冲应答信号；所述群读主机根据接收到的所述脉冲应答信号获得对应的信道码域分布，根据所述信道码域分布反馈调整所述状态优先标识，并更新发送包含所述状态优先标识的同步群读信号。
5.如权利要求
6.如权利要求1至5任一项所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述传感器节点基于当前采集传感状态变量对应的状态跳变等级，根据所述状态跳变条件判断被允许的优先应答周期和/或优先应答信道；当且仅当所述传感器节点当前采集的传感状态变量符合所述状态跳变条件时，允许在第一应答周期内以优先应答方式发送包含传感状态变量跳变信息的状态应答数据帧。
7.如权利要求1至5任一项所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，当所述传感器节点当前采集的传感状态变量发生状态跳变时，根据节点编码和状态跳变等级组合计算时隙优先级参数，按所述时隙优先级参数在指定的应答信道时隙发送包括传感状态变量跳变信息的状态应答数据帧；
8.如权利要求7所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述时隙优先级参数包括允许/禁止应答信道，以及允许启动发送所述状态应答数据帧的相位延迟时间和/或间隔延迟时间；
9.如权利要求1至5任一项所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，
10.如权利要求1至5任一项所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述状态跳变等级为所述传感器节点基于当前状态跳变程度对于状态数据上传的必要性及紧急性进行等级评估的指标；
11.一种低功耗无线传感器的状态应答装置，所述装置即无线传感器节点装置，其特征在于，所述装置接收到无线群读主机发送的同步群读信号后，基于自身的状态变化以不同的应答优先级发送状态应答数据帧，所述装置由以下模块构成：
...【技术特征摘要】
1.一种低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，无线传感网络中低功耗无线传感器节点接收到无线群读主机发送的同步群读信号后，基于自身的状态变化以不同的应答优先级发送状态应答数据帧，具体包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述状态优先标识为所述状态跳变等级与所述应答优先级之间关联性的指示标识；所述传感器节点根据所述状态优先标识对应的状态跳变条件参数计算评估与所述状态跳变等级对应的应答优先级。
3.如权利要求1所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述群读主机根据当前接收到的传感器节点发送的所述状态应答数据帧，反馈调整所述状态优先标识，并更新发送包含所述状态优先标识的同步群读信号。
4.如权利要求1所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述传感器节点在发送所述状态应答数据帧之前先发送脉冲应答信号；所述群读主机根据接收到的所述脉冲应答信号获得对应的信道码域分布，根据所述信道码域分布反馈调整所述状态优先标识，并更新发送包含所述状态优先标识的同步群读信号。
5.如权利要求1所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述传感器节点根据所述状态优先标识，通过对所述状态跳变等级进行映射转换，获得对应的应答优先级；
6.如权利要求1至5任一项所述的低功耗无线传感器的状态应答方法，其特征在于，所述传感器节...
【专利技术属性】
技术研发人员：张淼，徐力，吴宗波，戴春赟，陈森鹏，黄松健，孟新红，苏乐辉，吴金飞，邓玉鹏，钱德志，
申请(专利权)人：泉州信息工程学院，
类型：发明
国别省市：
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