无线传感器网络内节点间数据节能传输的方法技术

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络内节点间数据节能传输的方法，源节点与目标节点之间遵循Timeout?MAC（T-MAC）协议进行数据传输，其特征在于所述方法还包括节点定时器进行计时时，根据节点的状态在外部晶振电路和MCU内部的RTC模块间切换进行计时的步骤；当节点处于唤醒状态时，节点采用外部晶振电路进行计时；当节点处于休眠状态时，节点切换到使用MCU内部的RTC模块进行计时。该方法有效降低冲突产生的概率，从而显著降低了网络延时，并且一定程度上减少了由重发数据带来的额外功耗；在休眠和唤醒时采用不同的模块进行计时，从而达到了大幅降低无线传感器网络节点平均功耗的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线传感器网络数据传输
，具体涉及一种。
技术介绍
在野外环境监测这类WSN应用中，无线传感器网络使用蓄电池供电，并且一般处于较为偏僻的野外，无法经常指派人员专门前往现场为这些无线传感器节点充电，因此，这 类WSN应用对于功耗控制有着严格要求。此外在野外环境监测这类WSN应用中，一片区域内可能需要同时监测水质、水温、空气等环境参数，这就需要各种不同的传感器同时工作相互协调完成环境监测任务，在一定时间段内可能会需要这些传感器节点同时向监测站发送环境参数，此时网络中数据量较大，容易导致冲突从而引起数据重发。现有的无线传感网MAC层协议大部分都是采用外部晶振计时，这样在节点进入休眠状态时节点的晶体振荡器模块及其外围电路仍然处于工作状态，从而导致了额外的能量消耗。本专利技术因此而来。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种，解决了现有技术中网络中数据量较大，容易导致冲突从而引起数据重发；另外无线传感器网络内节点能量消耗太大等问题。为了解决现有技术中的这些问题，本专利技术提供的技术方案是一种，源节点与目标节点之间遵循Timeout MAC (T-MAC)协议进行数据传输，其特征在于所述方法还包括节点定时器进行计时时，根据节点的状态在外部晶振电路和MCU内部的RTC模块间切换进行计时的步骤；当节点处于唤醒状态时，节点采用外部晶振电路进行计时；当节点处于休眠状态时，节点切换到使用MCU内部的RTC模块进行计时。优选的，所述方法中节点的协议栈在初始化时已将其实时时钟中断模块(RTI)中断的时间间隔设置为T ;当节点在进入到休眠模式之后，每隔时间T唤醒节点进入到RTI中断服务程序中对节点时钟进行修正。优选的，所述方法中节点判断距离下一次唤醒的时间是否小于实时时钟中断模块(RTI)中断的间隔；若是，则节点在唤醒时间到达时进入唤醒模式；若否，则进入RTI中断服务程序中对节点时钟进行修正。优选的，所述方法中进行数据传输时，采用多信道传输机制进行数据收发。优选的，所述多信道传输方法包括以下步骤(I)当节点需要发送数据时优先选择上次成功发送数据所使用的信道；当数据传输产生冲突时，动态切换到空闲信道；(2)当消息长度大于阈值时，首先将长消息分割为断帧再根据序号将其顺序发送。本专利技术专门用于解决在野外环境监测这类使用蓄电池供电并且无法经常充电的WSN应用场景中，现有MAC协议在传输延时、能耗等方面存在不足等问题。本专利技术在同步周期内采用双时钟方案计时的时钟同步方法；在数据周期内采用多信道传输机制进行数据收发，因此称其为 DM-MAC 协议(Dual-clock Multi-Channel MAC Protocol)。T-MAC(Timeout MAC)协议是在S-MAC协议的基础上M5671-A1提出来的。因为S-MAC协议采用周期性侦听的工作方式，其侦听周期是固定不变的。周期长度受限于延迟的要求和缓存的大小，由于消息速率是实时变化的，这样就出现一个问题——延迟要求和缓存大小往往不满足这种变化的信息速率。为了保证可靠及时的消息传输，节点的活动时间必须适应最离通信负载。当负载动态较小时，节点处于空闲侦听的时间相对增加。针对这个问题，T-MAC协议在保持周期长度不变的基础上，根据通信流量动态的调整活动时间，用脉冲突发方式发送信息，减少空闲侦听时间。本专利技术在休眠和唤醒时使用不同的计时模块进行计时。在休眠时，节点使用MCU内部的RTC模块进行计时；在唤醒时，节点使用外部晶体振荡器进行计时。 根据不同的网络复杂度采用了不同的时钟同步方式。当网络复杂度较低，也就是当网络中所有节点均可直接从主节点接收消息时，协议采用从主节点向从节点单向发送同步消息的方式进行同步；当网络复杂度较高，也就是网络中不是所有节点均可直接从主节点接收消息时，协议采用主从节点间单向与双向通信相结合的方式进行同步。在数据周期内进行数据传输产生冲突时，动态切换到空闲信道。在休眠时根据设置好的RTI中断间隔周期性醒来调节节点的本地时钟，弥补由低精度的RTC计时模块导致的误差。当节点需要发送数据时优先选择上次成功发送数据所使用的信道，这样就可以提高信道预约和数据发送成功的概率。当需要一次发送一个长消息时，首先将长消息分割为断帧再根据序号将其顺序发送。本专利技术涉及无线传感器网络的数据传输方法，尤其涉及无线传感器网络低功耗应用场合的数据传输方法。本专利技术在节点进入休眠状态时使用节点MCU内部的RTC模块进行计时便节省了这部分的能耗。除此之外，现有的无线传感网MAC层协议大部分都是采用单信道传输机制进行数据收发，这样在网络中节点同时发送数据时便很可能产生冲突从而导致数据的重发，进而产生额外的功耗以及延时，本专利技术在节点进入到数据周期时采用多信道传输机制进行数据收发，在产生冲突时动态切换到空闲信道，这样便有效降低了冲突发生的可能。本专利技术针对现有MAC协议在野外环境监测这类使用蓄电池供电并且无法经常充电的WSN应用场景中存在的不足(网络延时较大、能耗较高等)而提出了一种多信道时钟同步MAC协议。通过对现有单信道MAC协议以及单信道计时方案时钟同步算法的分析研究提出的这种方法在休眠状态时使用节点MCU内部功耗较低的RTC模块计时，在节点进入唤醒状态时使用节点外部晶体振荡器计时；进入数据周期后，节点采用多信道传输机制进行数据的收发。本专利技术所提出的这种方法在没有影响网络中节点正常时钟同步的同时显著降低了平均功耗及传输延时，提高了网络性能，满足野外环境监测这类WSN应用的需求。详细
技术实现思路
如下所述本专利技术通过研究现有时钟同步算法的分析研究发现，当前无线传感器网络一般采用单时钟方式计时，也即节点在休眠和唤醒时都采用外部晶体振荡器计时，这样，在节点进入休眠状态关闭其外围电路时，晶体振荡器及其外围电路仍然处于工作状态。本专利技术在节点进入休眠状态时使用其MCU内部功耗较低的RTC模块计时，而在节点进入唤醒状态时使用外部晶体振荡器计时，在节点睡眠时根据设置的RTI中断间隔周期性醒来对节点的本地时钟进行校准，这样便达到了在同步精度没有明显降低的前提下显著降低功耗的目的。由于常用的MAC协议只有一个信道用于数据传输，当节点向其下一跳节点转发数据时如果和其临节点发送的数据产生了冲突，节点必须要等到其邻节点发送完数据之后才能继续发送，这样便导致了数据的重发，从而产生了由数据重发导致的额外能耗，并且延长了数据包由源节点发往目的节点的总时间，这显然不能满足野外环境监测低功耗的要求。为了解决该问题，本专利技术采取了多信道传输机制。当节点发送数据和邻节点产生冲突时将动态切换到空闲信道继续进行数据发送过程，这样当两个节点同时发送数据时，由于采用的是不同的信道，所以不存在相互干扰的问题。本专利技术使用一个控制信道和十五个数据信道进行控制帧和数据帧的收发，在冲突产生时，节点将查询其余可用信道进行数据传输，因此，本专利技术在网络负载较重时产生冲突的可能性大为降低，从而减少了数据重发的过程，降低了网络延时和平均功耗，提高了网络传输效率。 相对于现有技术中的方案，本专利技术的优点是本专利技术在同步周期内的休眠和唤醒状态时采用不同的计时方案，降低了平均功耗；在数据周期内采用多信道传输机制进行数据收发，降低了冲突发生的可能，从而减少了数据重发的过程，进而降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络内节点间数据节能传输的方法，源节点与目标节点之间遵循Timeout？MAC（T？MAC）协议进行数据传输，其特征在于所述方法还包括节点定时器进行计时时，根据节点的状态在外部晶振电路和MCU内部的RTC模块间切换进行计时的步骤；当节点处于唤醒状态时，节点采用外部晶振电路进行计时；当节点处于休眠状态时，节点切换到使用MCU内部的RTC模块进行计时。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络内节点间数据节能传输的方法，源节点与目标节点之间遵循Timeout MAC (T-MAC)协议进行数据传输，其特征在于所述方法还包括节点定时器进行计时时，根据节点的状态在外部晶振电路和MCU内部的RTC模块间切换进行计时的步骤；当节点处于唤醒状态时，节点采用外部晶振电路进行计时；当节点处于休眠状态时，节点切换到使用MCU内部的RTC模块进行计时。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中节点的协议栈在初始化时已将其实时时钟中断模块(RTI)中断的时间间隔设置为T ;当节点在进入到休眠模式之后，每隔时间T唤醒节点并进入到RTI中断服务程序中对节点时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊，马千里，张轩，
申请(专利权)人：苏州博联科技有限公司，东南大学，
类型：发明
国别省市：