专利名称：一种无线传感网能耗控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无线传感网领域，更具体地说，涉及一种无线传感网能耗控制系统。
背景技术：
无线传感器网络通常包括多个传感器节点、路由节点、协调器和管理节点。大量的传感器节点部署在需要监测的区域内，通过自组织方式构成无线传感网络的终端。各节点监测数据沿路由节点逐跳传输后送至协调器，然后，通过远距离的数据传输技术到达管理节点。用户通过管理节点对网络进行配置和管理，发布监测任务及收集数据。目前，无线传感器网络中的各个节点一般都是采用电池供电来提供电源，从而，可以使用的电量相对有限；在实际应用中，经常会因为节点中的电源用尽而影响无线传感网的正常应用。虽然对于如何延长节点的电源寿命，许多研究人员针对这个问题提出了不少解决方案，但是每种方案都会存在一定的问题；比如，多种解决方案中，选用高能量密度的大容量一次性电池的方案，需要定期巡查节点的工作状态，如果发现有的节点的电量不足， 则需要更换电池；当采用这种方案时，即使选用目前能量密度较大的锂电池，也会因为其自身漏电流大而使各节点的电源寿命较短。此外，当选用容量大的电池时，也会造成节点的体积和成本也相对增大，从而限制了无线传感网在很多领域的使用。对于如何延长节点的电源寿命，另外一类解决方案是在配备一定容量的电池的同时，还增加了其他的能量来源。比如，太阳能和风能；但是，这种解决方案受到环境的限制， 如太阳能电池必须要有良好的光照条件；风能也是一种普遍可以利用的动力，通过风力转动风车，使压电晶体变形而产生电压。风能发电装置的缺点是装置本身比较复杂，成本比较高，而且是要在有风的条件下工作，没办法大量推广。综上所述，目前急需一种能够适应各种应用场景的，可以有效地延长无线传感网中各节点电源使用寿命的电源控制系统。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型实施例提供一种无线传感网控制系统，以实现在各种应用场景中均能有效地延长无线传感网中各节点电源使用寿命的目的。本实用新型实施例是这样实现的一种无线传感网能耗控制系统，任包括管理节点和传感器节点；管理节点包括任务调度模块；传感器节点包括定时启动模块、模式控制模块、传感器和无线发射部件控制模块；任务调度模块用于指令定时启动模块、模式控制模块、传感器和无线发射部件控制模块进行如下操作使定时启动模块在设定时间启动CPU，使所述CPU进入正常运行模式并启动传感器转换；使模式控制模块在启动传感器转换后，控制CPU进入低功耗模式；在所述传感器转换完成后，使模式控制模块控制CPU进入正常运行模式并读取所述传感器采集的信息数据；使无线发射部件控制模块启动无线发射部件电源，当无线发射部件发送包括传感器采集的信息数据的上行数据完毕后，关闭无线发射部件电源；使模式控制模块在关闭无线发射部件电源后，控制CPU进入休眠模。优选的，在本实用新型实施例中，在所述关无线发射部件还用于接收下行数据。优选的，在本实用新型实施例中，还包括报文长度设定模块，用于将发送数据的发送报文的长度设置为32个字节。优选的，在本实用新型实施例中，路由器节点包括冗余数据删除模块，用于在发送上行数据前，删除所述信息数据中的冗余数据。优选的，在本实用新型实施例中，还包括路由管理策略模块，用于根据所有路由节点的路由表，得出各路由节点的使用频率；在计算路由节点的上行数据传输路径时，获取所述上行数据的源地址到目的地址之间所有有效链路路径；在所有有效链路路径中选择路由节点数目少且路由节点的使用频率低的路径作为所述上行数据的传输路径。优选的，在本实用新型实施例中，还包括传感器节点启动策略模块，用于确定需要启动的传感器节点；在启动传感器节点时，只启动需要启动的传感器节点。从上述的技术方案可以看出，在本实用新型实施例中，通过设有定时启动模块、模式控制模块和无线发射部件控制模块，从而使得传感器节点只在设定的时间段内启动，在其他时间段内使传感器节点处于休眠状态，从而减少功耗；此外，通过传感器节点启动后， 在启动传感器转换过程的时间段中，将传感器节点CPU进入低功耗模式，在传感器转换完成后再使CPU进入正常运行模式，从而使得CPU的电力消耗有效地减少。本实用新型实施例通过将传感器节点在不需要运行的时间段设置为休眠，以及在启动传感器转换过程的时间段中，将传感器节点CPU进入低功耗模式，有效地降低了传感器节点电源的电源功耗，最终使得传感器节点的电源寿命有效地提高。由于在本实用新型实施例中，不需要额外增加电源，也不需要使用大体积的电源，所以不会收到应用场景的限制。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例中所述无线传感网传感器节点的能耗管理系统结构示意图。
具体实施方式
4[0027]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。为了在各种应用场景中均可有效地延长无线传感网中各节点电源使用寿命，本实用新型实施例提供一种无线传感网传感器节点的能耗管理系统，如图1所示，包括包括管理节点1和传感器节点2 ；管理节点1包括任务调度模块11 ；传感器节点2包括定时启动模块21、模式控制模块22、传感器23和无线发射部件控制模块M ；任务调度模块11用于指令定时启动模块21、模式控制模块22、传感器23和无线发射部件控制模块M进行如下操作使定时启动模块21在设定时间启动CPU25，使所述CPU25进入正常运行模式并启动传感器23传进行感器转换；使模式控制模块22在启动传感器转换后，控制CPU25进入低功耗模式；在所述传感器转换完成后，使模式控制模块22控制CPU25进入正常运行模式并读取所述传感器23采集的信息数据；使无线发射部件控制模块M启动无线发射部件电源，当无线发射部件发送包括传感器采集的信息数据的上行数据完毕后，关闭无线发射部件电源；使模式控制模块22在关闭无线发射部件电源后，控制CPU25进入休眠模式。由于一般情况下，传感器节点不需要全天候的运行，为此，在本实用新型实施例中，通过在管理节点1中的操作系统中设有任务调度模块11，来对传感器节点2中的定时启动模块21、模式控制模块22、传感器23和无线发射部件控制模块M进行控制；从而使得在传感器节点2不需要工作的时间段中，将传感器节点2设置为休眠状态，通过设有定时装置，可以在设定的时间将传感器节点2唤醒并启动；在传感器节点2启动后，将会启动传感器转换。由于传感器节2点休眠状态的电力消耗远远地小于传感器节点2启动状态的电力消耗，所以，通过将传感器节点2设置为休眠可以有效地延长传感器节点2的电源使用寿命。由于在传感器转换的过程中，不需要传感器节点中的CPU25参与运行，为此，在这一时间段中，CPU25可以进入低功耗模式；由于CPU25进入低功耗模式后也可以有效地减少传感器节点2的电力消耗，从而可以进一步的延长传感器节点2的电源使用寿命。在传感器转换完成后，控制CPU25进入正常运行模式并读取所述传感器23采集的信息数据；启动无线发射部件电源，发送包括传感器采集的信息数据的上行数据；为了保证传感器节点的正常工作，在传感器转换完成后，需要将CPU25设置为正常的运行模式，从而可以读取所述传感器采集的信息数据，以及，启动无线发射部件电源， 发送包括传感器23采集的信息数据的上行数据。进一步的，由于传感器节点2有时候还会接收到发自服务器端的下行数据，在这些下行数据中，一般会包括对于传感器节点的指令或是对于传感器节点中参数的更新，此时，传感器节点则会按照指令执行相应的操作，或修改相应的参数；比如，可以按照服务器的指令修正传感器节点中的时间。进一步的，在本实用新型实施例中，发送包括传感器采集的信息数据的上行数据时，可以通过报文长度设定模块将发送数据的发送报文的长度设置为32个字节。由于在传感器节点2，无线发射部件的启动电能消耗较大，为了能够尽量的减少无线发射部件的启动次数，需要将发送数据的发送报文的长度尽量的增长；但与此同时，发送报文的长度的增长会增加报文的出错几率，这样，出错的报文需要重新发送，所以也会增加无线发射部件的电能消耗，为此，需要将报文的长度设置于一个优选的长度；在本实用新型实施例中，将发送数据的发送报文的长度设置为32个字节。当传感器节点2的工作完成后，关闭无线发射部件电源，CPU进入休眠。当传感器节点的工作完成后，比如，将传感器所采集的信息数据发送给服务器后， 以及，按照服务器端的指令执行完相应的操作后，为了节省传感器节点的电能消耗，需要将传感器节点设置为休眠状态。在本实用新型的另一实施例中，在采用上述实施例中的技术方案的同时，在路由节点，还包括冗余数据删除模块，以使得发送包括传感器采集的信息数据的上行数据前，删除所述信息数据中的冗余数据。由于在实际应用中，传感器节点的分布有可能会很密集，所以有可能会使得多个传感器节点传输到同一路由节点中的信息数据是重复的；比如，在同一区域内，邻近的多个传感器节点的温度传感器有可能采集到的温度数据是一样的，这样，邻近的多个传感器节点会向同一路由节点发送相同的关于温度信息的信息数据。为此，在本实用新型实施例中，通过冗余数据删除模块将同一路由器节点中所得到重复的信息数据删除，从而避免向服务器端发送重复数据，进而减少了路由节点数据的发送量，由此也就减少了路由节点的无线发射部件的启动时长和启动次数，从而也就有效地减少了路由节点的电能消耗，进而也就有效地增加了路由节点电源的使用寿命。在本实用新型的另一实施例中，在采用上述实施例中的技术方案的同时，还包括路路由管理策略模块，路由管理策略模块用于根据所有路由节点的路由表，得出各路由节点的使用频率；在计算路由节点的上行数据传输路径时，获取所述上行数据的源地址到目的地址之间所有有效链路路径；在所有有效链路路径中选择路由节点数目少且路由节点的使用频率低的路径作为所述上行数据的传输路径。对整个无线传感器网络而言，需要从全局上考虑如何将信息数据从数据源传递到目的地。为了在源和目的地之间找到一条节能的多跳路由路径，可以选择。可以在所有有效链路路径中，选择路由节点数目少的路径，但这样未必能延长网络中路由节点的生存时间，因为某些处于关键位置的路由节点可能被过度使用而导致电源过早耗尽。为避免这种情况，无线传感网中的组织者协调器需要通过路由节点的路由表知道个各个路由节点的使用频率，从而可以估计每个路由节点的能耗负荷，进而，通过计算所有节点数据上传的可能路径，对每个路由节点的路由表进行均衡分配，保证所有路由节点的使用上达到均衡。在本实用新型实施例中，还可以包括传感器节点启动策略模块，传感器节点启动策略模块，用于确定需要启动的传感器节点；在启动传感器节点时，只启动需要启动的传感器节点。在实际应用中，传感器节点的分布有可能会很密集，所以有可能会使得多个传感器节点传输到同一路由节点中的信息数据是重复的；比如，在同一区域内，邻近的多个传感器节点的温度传感器有可能采集到的温度数据是一样的，所以，在这种情况下，不需要启动所有传感器节点，为此，可以通过减少传感器节点的启动数量来有效地减少传感器节点的电能消耗，从而有效地延长传感器节点电源的使用寿命。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种无线传感网能耗控制系统，其特征在于，包括管理节点和传感器节点；管理节点包括任务调度模块；传感器节点包括定时启动模块、模式控制模块、传感器和无线发射部件控制模块； 任务调度模块用于指令定时启动模块、模式控制模块、传感器和无线发射部件控制模块进行如下操作使定时启动模块在设定时间启动CPU，使所述CPU进入正常运行模式并启动传感器转换；使模式控制模块在启动传感器转换后，控制CPU进入低功耗模式； 在所述传感器转换完成后，使模式控制模块控制CPU进入正常运行模式并读取所述传感器采集的信息数据；使无线发射部件控制模块启动无线发射部件电源，当无线发射部件发送包括传感器采集的信息数据的上行数据完毕后，关闭无线发射部件电源；使模式控制模块在关闭无线发射部件电源后，控制CPU进入休眠模式。
2.根据权利要求1所述能耗控制系统，其特征在于，在所述关无线发射部件还用于接收下行数据。
专利摘要本实施例公开了一种无线传感网能耗控制系统，包括管理节点和传感器节点；管理节点包括任务调度模块；传感器节点包括定时启动模块、模式控制模块、传感器和无线发射部件控制模块；任务调度模块用于指令定时启动模块、模式控制模块、传感器和无线发射部件控制模块进行相关操作。本实施例通过将传感器节点在不需要运行的时间段设置为休眠，以及在启动传感器转换过程中，将传感器节点CPU进入低功耗模式，有效地降低了传感器节点电源的电源功耗，最终使得传感器节点的电源寿命有效地提高。由于在本实用新型实施例中，不需要额外增加电源，也不需要使用大体积的电源，所以不会收到应用场景的限制。
文档编号H04W52/02GK202206549SQ20112018798
公开日2012年4月25日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者姬江涛, 张余, 薛君志, 闵新力, 高珊 申请人:上海申腾信息技术有限公司