射频充电传感节点的帧长和编码冗余度动态调整方法与流程

技术特征：

1.一种射频充电传感节点的帧长和编码冗余度动态调整方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)传感节点操作过程如下：

步骤1.1 传感节点在收到汇聚点发出的查询帧后，判断缓存中是否有数据要发，如果有，则向汇聚点返回应答帧，应答帧中携带节点编号和一个随机数；

步骤1.2 传感节点在收到汇聚点发出的确认帧后，判断确认帧中包含的随机数与该传感节点发出的应答帧中携带的随机数是否相同；如果不同，则丢弃确认帧继续执行步骤1.1；如果相同，令数据传输轮数R＝R+1，R的初始值为0，跟踪当前电容电压，估计当前能量捕获条件下电容可达到的最大电压Umax和RC时间常数τ的值，根据确认帧中建议的数据帧载荷长度和当前能量捕获条件共同确定接下来传输采用的数据帧载荷长度lp，然后取出N×lp的待发送源数据，根据确认帧中建议的编码冗余度K，计算得到冗余帧个数M＝K×N，利用纠删码进行编码得到N+M个帧；其中，K为整数，N为原始帧个数；每个帧由帧首协议控制字段、载荷部分和帧尾CRC校验序列组成，帧首协议控制字段和帧尾CRC校验序列长度之和为lh，载荷长度为lp，其中lh和lp的计量单位为比特；

步骤1.3 传感节点根据当前能量捕获条件计算得到每个充电-传输周期的充电时间tc和突发传输帧个数wt，然后充电tc时间后，连续发送wt个数据帧，如此循环，直到收到汇聚点发送的查询帧或将缓存中的N+M个数据帧发送完毕，结束本轮数据传输，执行步骤1.1；

2)汇聚点操作过程如下：

步骤2.1 汇聚点广播查询帧；

步骤2.2 汇聚点收到传感节点发出的应答帧后，若同意该传感节点的数据传输，则返回确认帧，确认帧中包含与该应答帧相同的随机数，还包含建议该传感节点接下来传输采用的帧载荷长度及编码冗余度K，的初始值为K的初始值为Kmax，其中是帧载荷长度的最小值，Kmax是编码冗余度的最大值；

步骤2.3 汇聚点设置长度为Tmax的定时器，同时将正确接收帧个数Q和误码帧个数F这两个变量均置零；

步骤2.4 汇聚点接收到传感节点的一个数据帧，通过CRC校验判断数据帧是否发生误码，如果数据帧正确，令Q＝Q+1，进一步判断如果Q＝N，则解码恢复出原始数据，执行步骤2.5；如果数据帧有误，令F＝F+1，进一步判断如果F＝M+1，本轮传输失败，执行步骤2.5；如果定时器到期或收到传感节点的低能量中断信号，汇聚点停止接收数据，执行步骤2.5；否则，继续执行步骤2.4；

步骤2.5 汇聚点计算得到本轮突发传输的有效吞吐量Gnew＝Q×lp/Δt，其中，lp为本轮传输实际采用的帧载荷长度，由帧首部相应字段获得，Δt为本轮传输占用的时间，可由汇聚点测量得到，根据Gnew与上一轮有效吞吐量G的关系，更新建议该传感节点下一轮突发传输采用的数据帧载荷长度及编码冗余度K，令G＝Gnew，执行步骤2.1。

2.如权利要求1所述的射频充电传感节点的帧长和编码冗余度动态调整方法，其特征在于：所述步骤1.2中，数据帧载荷长度lp的确定方法如下：首先传感节点根据估计的Umax得到可捕获能量的最大值其中，C是电容容量，Udd是传感节点的最小工作电压；然后判断如果则如果则放弃本轮数据传输，并发送同频带中断信号告知汇聚点自己处于低能量状态；如果且则其中，ebit表示传感节点发送单位比特数据消耗的能量，表示数据帧载荷长度的最小值。

3.如权利要求1或2所述的射频充电传感节点的帧长和编码冗余度动态调整方法，其特征在于：所述步骤1.3中，每个充电-传输周期的充电时间tc和突发传输帧个数wt的确定方法如下：首先确定突发传输帧个数的最大值其中Ef＝(lp+lh)ebit为传输一个帧消耗的能量，表示对符号内的数值向下取整；然后，根据公式(1)确定每个周期的突发传输帧个数wt，其中wr为本轮剩余待发送帧个数，wopt为遍历突发传输帧个数可能的取值，使得平均传输一个帧所需充电时间最短的突发传输帧个数，由公式(2)和公式(3)确定，如果剩余帧个数大于等于wopt，则连续发送wopt个帧，否则连续发送全部剩余帧；根据公式(4)计算每个周期相应的充电时间tc

4.如权利要求1或2所述的射频充电传感节点的帧长和编码冗余度动态调整方法，其特征在于：所述步骤2.5中，建议传感节点传输采用的帧载荷长度的更新方法如下：如果Gnew≥(1+θ)G，更新为如果Gnew≤(1-θ)G，更新为否则，不改变的值；其中，和分别表示数据帧载荷长度的最大值和最小值，θ为调节参数，其取值范围为0<θ<1。

5.如权利要求1或2所述的射频充电传感节点的帧长和编码冗余度动态调整方法，其特征在于：所述步骤2.5中，建议传感节点传输采用的编码冗余度K的更新方法如下：用Kmin和Kmax分别表示编码冗余度的最小值和最大值，如果Gnew≥(1+θ)G，更新K为K＝max(K-ΔK1,Kmin)；如果Gnew≤(1-θ)G，更新K为K＝min(K+ΔK2,Kmax)；否则，不改变K的值；其中，ΔK1和ΔK2为编码冗余度的更新粒度，Kmin、Kmax、ΔK1和ΔK2均为整数。

6.如权利要求1或2所述的射频充电传感节点的帧长和编码冗余度动态调整方法，其特征在于：所述步骤1.2中，原始帧个数N的取值根据当前能量捕获条件的波动情况决定，如果能量捕获条件稳定，N取值相对较大，如果能量捕获条件不稳定，N取值相对较小。