一种Mesh自组织无线传感网同步休眠及低功耗通讯方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信技术，具体涉及一种Mesh自组织无线传感网及Mesh自组织无线传感网同步休眠及低功耗通讯方法。
【背景技术】
[0002]无线传感网(或无线传感器网络)是以信息采集为主要目的无线网络，无线传感网络中含有多个无线设备，各无线设备通过相互之间的通信链路将采集到的传感数据传到数据中心，由数据中心提供界面供客户端查询和管理。
[0003]现有的无线传感网的无线设备通常分为中心节点、中继节点和终端节点三种类型。其中，中心节点和中继节点由于持续工作并转发消息，需要由电力供电，只有终端节点可以采用电池供电。实际运行中，一般终端节点会固定地进行休眠唤醒，并广播一跳的数据给中继节点，同时中心节点也会按照预定的周期的轮询所有中继节点接收到的终端节点的传感数据，在把网络中的所有中继节点的终端节点数据都采集回来时，完成一个周期的查询，接着会按间隔再进行下一次的查询采集。
[0004]当无线传感网应用在野外时，这种网络架构对于没有电力供应情况下，中继节点和中心节点就无法长时间保持射频一直工作的状态，导致不能大规模布网和长时间的工作。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种Mesh自组织无线传感网及其通信方法，以在保证数据传输的同时降低中继节点和中心节点的能耗，使得无线传感网的所有设备可以由电池供电驱动，适于应用于野外环境和能耗要求高的环境。
[0006]第一方面，提供一种Mesh自组织无线传感网，包括:
[0007]中心节点，用于在初始化时，接收所有邻居节点的信标分析获取所有接收到的信标中的时间戳，选取未被占用的时隙作为本节点的活动周期并获取网络中本节点的父节点的活动周期；并在初始化完成后在本节点的活动周期开启收发电路广播本节点的信标并接收子节点上传的传感数据；
[0008]多个中继节点，用于在初始化时，接收所有邻居节点的信标分析获取所有接收到的信标中的时间戳，选取未被占用的时隙作为本节点的活动周期并获取网络中本节点的父节点的活动周期；并在初始化完成后在本节点的活动周期开启收发电路广播本节点的信标并接收子节点上传的传感数据，在父节点的活动周期开启收发电路上传自身采集的传感数据和从子节点接收到的传感数据；
[0009]多个终端节点，用于在初始化时接收信标获取作为父节点的中继节点的活动周期，并初始化完成后在父节点的活动周期内发送传感数据。
[0010]其中，所述中继节点在本节点和父节点的活动周期外处于休眠状态，所述中心节点在本节点的活动周期外处于休眠状态，所述终端节点在父节点的活动周期唤醒，在传感数据发送结束后进入休眠状态。
[0011]优选地，所述中继节点和所述中心节点用于在本节点的信标中添加表征本节点活动周期的时间戳和已知的邻居节点的时间戳。
[0012]优选地，所述中继节点和所述终端节点在父节点的活动周期接收父节点的信标并基于所述父节点的信标进行同步。
[0013]优选地，所述中心节点在本节点的活动周期接收子节点上传的传感数据。
[0014]优选地，所述中继节点和终端节点还用于在父节点的活动周期发送询问消息询问父节点是否存在下行数据，在存在下行数据时接收所述下行数据。
[0015]优选地，所述中继节点和所述终端节点由电池供电。
[0016]第二方面，提供一种Mesh自组织无线传感网的通信方法，所述无线传感网包括中心节点、中继节点和终端节点，中心节点与至少一个作为其子节点的中继节点连接，中继节点与作为其父节点的中心节点或中继节点连接，同时与作为其子节点的终端节点和/或中继节点连接，所述方法包括:
[0017]在初始化时，中继节点接收信标分析获取所有接收到的信标中的时间戳，选取未被占用的时隙作为本节点的活动周期并获取网络中本节点的父节点的活动周期；
[0018]在初始化完成后，中继节点在本节点的活动周期开启收发电路广播本节点的信标并接收子节点上传的传感数据，在父节点的活动周期开启收发电路上传自身采集的传感数据和从子节点接收到的传感数据。
[0019]优选地，所述方法还包括:
[0020]终端节点在父节点的活动周期向作为其父节点的中继节点发送传感数据，并在发送结束后进入休眠状态。
[0021 ] 优选地，所述方法还包括:
[0022]中继节点在父节点的活动周期接收父节点的信标并基于所述父节点的信标进行同步。
[0023]优选地，所述方法还包括:
[0024]作为子节点的中继节点和终端节点在父节点的活动周期发送询问消息询问父节点是否存在下行数据，在存在下行数据时接收所述下行数据。
[0025]本发明实施例中，中继节点根据信标内的时间戳选取未被占用的时间周期作为本节点的活动周期并获取父节点的活动周期，仅在本节点和父节点的活动周期唤醒进行数据传输和通信，同时，中心节点也仅在自己的活动周期被唤醒进行数据传输和通信，两者在其它时间均处于休眠状态，由此，可以大幅降低中继节点和中心节点的能耗，使得无线传感网的所有设备可以由电池供电驱动，适于应用于野外环境和能耗要求高的环境。
【附图说明】
[0026]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0027]图1是本发明实施例的无线传感网的拓扑示意图；
[0028]图2是本发明实施例的无线传感网络进行网络初始化的流程图；
[0029]图3是图2的流程图涉及的无线传感网络示例的拓扑示意图；
[0030]图4是本发明实施例的无线传感网络进行传感数据采集的流程图；
[0031]图5是本发明实施例的通信时隙的分布示意图；
[0032]图6是本发明实施例的无线传感网进行数据下发的流程图。
【具体实施方式】
[0033]以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
[0034]此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0035]除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0036]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0037]图1是本发明实施例的无线传感网的网络拓扑示意图。如图1所示，所述无线传感网为一个具有多跳中继的无线传感网络