专利名称：长时深度休眠无线传感器网络同步苏醒机制的制作方法
技术领域：
本发明涉及到的长时休眠无线传感器节点同步苏醒机制包括硬件和软件两部分。(I)节点的硬件部分包括电源模块、JN5139节点、PCF8563时钟芯片，备用电源，如图I所示。JN5139由电源模块供电，通过I2C接口外接PCF8563时钟芯片以写入\读出时钟信息；PCF8563提供以年月日方式计时的时钟，供节点设置休眠苏醒时间；PCF8563中断引脚与JN5139的DIO引脚相连用以唤醒节点；PCF8563由外部晶振32768提供时钟，电源采用双重供电模式以保证在休眠期计时准确。JN5139节点根据实际需要设置苏醒时间，送入PCF8563时钟芯片内部并写入寄存器；苏醒时间到时，PCF8563在INT引脚产生中断信号送入JN5139，唤醒节点重新工作。(2)软件部分是在外加时钟芯片计时精度高的前提条件下实施的。长时休眠的无线传感器网络监测系统工作的一般步骤如图2所示
汇聚节点打开，建立起一个网络，并设立ID号。汇聚节点与监测中心之间建立连接，获取监测中心时间后对本地时间进行校正。一般节点寻找网络，成功后与汇聚节点通信。一般节点发送监测数据以及本地时间给汇聚节点。汇聚节点读出本地时间，并把休眠信息以及时钟信息发送给一般节点。一般节点把休眠信息转换成年月日形式与时钟信息一起送入时钟芯片。一般节点时钟芯片修改本地时钟，并设立苏醒时间。休眠时刻到，一般节点开始长时休眠，(休眠时间最长可以年为单位计)。汇聚节点在收到所有节点数据后或者是设定的工作时间Γ2到后休眠。由时钟芯片设定的苏醒时间到，产生中断信号唤醒节点。汇聚节点早于一般节点醒来。新一轮数据的发送以及时间校正开始。为防止分布式时钟累计误差的产生，采用时钟校正的方法图3所示。汇聚节点每次醒来先从监测中心获取时间后对本地时钟进行校正，一般节点苏醒后都会向汇聚节点发送本地时钟，汇聚节点把收到的一般节点的时钟信息与本地时钟进行对比，计算出相对误差送回给一般节点并同时送出汇聚的时钟，一般节点收到校正信息后首先刷新自己的时钟并把相对误差加入以补偿下个休眠周期产生的计时系统误差。经过若干次修正后，整个无线传感器监测网络可以在长时休眠的要求条件下达到同歩。当有新的节点加入网络或者是网络中有节点退出时引起网络拓扑变换，有些节点需要重新寻找网络。如网络正处于休眠状态，发生变化的一般节点采用固有的长时休眠，就会一直处于寻网状态直到网络醒来，耗能巨大。此时，可采用长\短时休眠相结合的方法实现寻找网络的过程，如图4所示。一般节点上电或醒来后在设定的工作时间T13内，如没有寻找到网络，就设立ー个短时休眠周期/;进入休眠，苏醒时刻到，一般节点继续寻找网络；如寻找到网络就接受汇聚发来的时钟信息以及休眠信息，设立长时休眠周期T1并与网络一起同步休眠。
3、有益效果
通过外加时钟芯片，提高计时精度；采用双重供电模式，使网络内节点经长时休眠后，仍能同步苏醒；采取时间校正的方式，进ー步修正同步时钟。节点以年月日方式计时，方便休眠苏醒时间设置。汇聚节点也休眠以节省能量，解决网络中能量消耗的瓶颈问题。本发明提高了应用广泛的JN5139系列节点的计时精度，在一些无需频繁采集信息的无线传感器监测网络中，可用长时深度休眠来最大限度的节省能量。所述I2C接口数据通信方法以及数据读取方式不局限于外部时钟芯片的连接，可应用于其他外部芯片的扩展连接。
图I.节点的硬件连接图
图2.网络长时同步休眠一般机制流程图 图3.网络节点时钟校正方法 图4.长\短时休眠相结合的寻网方法示意图
1、JN5139节点2、PCF8563时钟芯片3、电源模块4、备用电源5、32. 768KHz外部晶振6、6V 蓄电池 7、HT7330
具体实施例方式 为进一歩解释本发明的目的、技术方案和有益效果，下面结合实施例并參照附图和相关程序代码来对本发明详细说明。I、硬件连接
本发明所述的适用于长时休眠的无线传感器节点包括JN5139节点1，外部PCF8563时钟芯片2，电源模块3以及备用电源4。JN5139系列节点为北京博讯科技有限公司生产，节点I的芯片为JN5139，工作频率为2. 45GHz，工作电压为3V。电源模块3包括蓄电池6和电压转换电路。为支持较长的野外工作时间，蓄电池6采用6V12Ah蓄电池。为使电源与节点工作电压匹配，采用HT7330稳压芯片7将蓄电池6的6V电压转换为3V的稳定电压给节点I以及PCF8563时钟芯片2供电。PCF8563时钟芯片2还配有备用电源4，通过ニ极管相连以防止电流反向充电，此备用电源可采用3V纽扣电池；PCF8563用32. 768KHz外部晶振5提供时钟。节点I与PCF8563时钟芯片2通过I2C接ロ相连，JN5139节点I作为主控单元，PCF8563时钟芯片2作为从属芯片。JN5139的DI014引脚与时钟芯片的SCL引脚相连，用以提供同步读写时钟JN5139的DI015引脚与时钟芯片的SDA引脚相连，用来读写时间信息，是半双工工作模式；PCF8563时钟芯片的
权利要求
1.长时深度休眠无线传感器网络同步苏醒机制，其特征在于，长时休眠无线传感器节点同步苏醒机制包括硬件和软件两部分；节点的硬件部分包括电源模块、JN5139节点、PCF8563时钟芯片，备用电源JN5139由电源模块供电，通过I2C接口外接PCF8563时钟芯片以写入\读出时钟信息；PCF8563提供以年月日方式计时的时钟，供节点设置休眠苏醒时间；PCF8563中断引脚与JN5139的DIO引脚相连用以唤醒节点；PCF8563由外部晶振32768提供时钟，电源采用双重供电模式以保证在休眠期计时准确JN5139节点根据实际需要设置苏醒时间，送入PCF8563时钟芯片内部并写入寄存器；苏醒时间到时，PCF8563在INT引脚产生中断信号送入JN5139，唤醒节点重新工作；软件部分是在外加时钟芯片计时精度高的前提条件下实施的；长时休眠的无线传感器网络监测系统工作的一般步骤下 汇聚节点打开，建立起一个网络，并设立ID号； 汇聚节点与监测中心之间建立连接，获取监测中心时间后对本地时间进行校正； 一般节点寻找网络，成功后与汇聚节点通信； 一般节点发送监测数据以及本地时间给汇聚节点； 汇聚节点读出本地时间，并把休眠信息以及时钟信息发送给一般节点； 一般节点把休眠信息转换成年月日形式与时钟信息一起送入时钟芯片； 一般节点时钟芯片修改本地时钟，并设立苏醒时间； 休眠时刻到，一般节点开始长时休眠，(休眠时间最长可以年为单位计)； 汇聚节点在收到所有节点数据后或者是设定的工作时间r2到后休眠； 由时钟芯片设定的苏醒时间到，产生中断信号唤醒节点； 汇聚节点早于一般节点醒来； 新一轮数据的发送以及时间校正开始。
2.如权利要求I所述的长时深度休眠无线传感器网络同步苏醒机制，其特征在于，为防止分布式时钟累计误差的产生，采用时钟校正的方法；汇聚节点每次醒来先从监测中心获取时间后对本地时钟进行校正，一般节点苏醒后都会向汇聚节点发送本地时钟，汇聚节点把收到的一般节点的时钟信息与本地时钟进行对比，计算出相对误差送回给一般节点并同时送出汇聚的时钟，一般节点收到校正信息后首先刷新自己的时钟并把相对误差加入以补偿下个休眠周期产生的计时系统误差；经过若干次修正后，整个无线传感器监测网络可以在长时休眠的要求条件下达到同步； 当有新的节点加入网络或者是网络中有节点退出时引起网络拓扑变换，有些节点需要重新寻找网络；如网络正处于休眠状态，发生变化的一般节点采用固有的长时休眠，就会一直处于寻网状态直到网络醒来，耗能巨大；此时，可采用长\短时休眠相结合的方法实现寻找网络的过程；一般节点上电或醒来后在设定的工作时间r3内，如没有寻找到网络，就设立一个短时休眠周期/\进入休眠，苏醒时刻到，一般节点继续寻找网络；如寻找到网络就接受汇聚发来的时钟信息以及休眠信息，设立长时休眠周期T1并与网络一起同步休眠。
全文摘要
本发明公开了一种长时深度休眠无线传感器网络同步苏醒机制，通过外加时钟芯片、在电源模块欠压时采用备用电池给时钟芯片供电方法，提高节点计时精度，在物理层上达到同步；时钟芯片以年月日时分秒的形式计时，提高休眠定时可操作性。软件上采用以监测中心时钟为基准的同步算法来校正分布式时钟，在MAC层上实现同步；采用长\短时休眠相结合的方法解决节点加入或退出网络产生拓扑变化问题，使新结构下节点能够与网络同步休眠；汇聚节点采用休眠的方式更节能，均衡网络能量，延长网络寿命。
文档编号H04W56/00GK102821446SQ20121018023
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者曹清华, 闫述, 朱娜, 陈祖爵 申请人:江苏大学