一种用于无线传感网络的数据传输方法、系统与流程

1.本申请涉及网络传输技术领域，更具体地说，尤其涉及一种用于无线传感网络的数据传输方法、系统。


背景技术：

2.随着半导体技术、微系统技术、计算机技术和无线通信等技术的飞速发展，使传感器在微小体积内能够集信息采集、数据处理和无线通信等功能于一体，推动了低功耗、多功能、无线传感器应用的快速成长，无线传感网络(wireless sensor network)在军事、医疗、智能家居、环境监测等多个领域均有广阔的应用市场。但由于无线传感节点能量受限，除了通过采用低功耗器件、优化设计等手段降低无线传感节点自身的功耗外，还通过提高信号采集周期来进一步降低功耗，也就是说无线传感节点大部分时间都会处于低功耗的睡眠状态。
3.在一些应用场景下，我们对无线传感网络系统的数据更新周期有着较高的要求。其中，最主要的要求为在尽可能短的时间内实现各无线传感节点从唤醒到完成数据上传。
4.而现有满足上述要求的技术方案有两种，一是由集中器点名唤醒指定无线传感节点并要求该无线传感节点上传数据；其次是集中器通过广播唤醒所有无线传感节点，再由集中器点名指定无线传感节点上传数据。
5.但是，这两个方案均为在数据传输时采用一应一答机制，即集中器点名后，无线传感节点再上传数据，导致获取所有无线传感节点数据的时间较长。
6.因此，设计一种用于无线传感网络的数据传输方法，能够减少被唤醒的无线传感节点的功耗，同时能够使接收设备在尽可能短的时间内获取指定无线传感节点的数据，是本领域技术人员函待解决的问题。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本申请提供一种掘进机施工数据管理方法，解决现有方案在数据传输时采用一应一答机制，即集中器点名后，无线传感节点再上传数据的方式，导致获取所有无线传感节点数据的时间较长，进而影响无线传感节点从唤醒到完成数据上传的效率的问题。
8.本申请提供的技术方案如下：
9.一种用于无线传感网络的数据传输方法，包括如下步骤：
10.无线传感节点接收唤醒帧；
11.无线传感节点获取并判断所述唤醒帧中的唤醒id；
12.若所述唤醒id为单个节点id，则将与所述节点id相对应的无线传感节点切换为传输状态；
13.若所述唤醒id为多个所述节点id，则将与所述节点id相对应的无线传感节点切换为待传状态；
14.若所述唤醒id为广播id，则将所有无线传感节点切换为所述待传状态；
15.处于所述待传状态的无线传感节点获取所述唤醒帧中的时隙信息；
16.根据所述时隙信息，将对应的处于所述待传状态的无线传感节点切换为所述传输状态；
17.处于所述传输状态的无线传感节点上传数据；
18.将数据上传完后的无线传感节点切换为所述休眠状态。
19.优选的，处于所述休眠状态的无线传感节点按照预设间隔在监听状态和所述休眠状态间切换，处于所述监听状态的无线传感节点仅开启无线接收功能。
20.优选的，所述唤醒帧中包含所述唤醒id、所述时隙信息、唤醒字符和有效数据，所述唤醒字符由一个或多个固定字符组成。
21.优选的，在所述处于所述传输状态的无线传感节点上传数据之后，还包括：
22.判断此无线传感节点上传数据成功与否；
23.若上传失败，则将此无线传感节点的所述节点id添加至下一批所述唤醒帧中；
24.若上传成功，则进入下一步。
25.优选的，下一批所述唤醒帧中仅包含未成功上传数据的无线传感节点的所述节点id。
26.优选的，在所述无线传感节点接收唤醒帧之后，还包括：
27.处于所述监听状态的无线传感节点接收所述唤醒字符，并保持所述监听状态。
28.优选的，
29.还包括应急信道，所述应急信道保持监听状态；
30.当有应急数据传输需求时，无线传感节点切换至所述传输状态，并通过所述应急信道将所述应急信息上传。
31.一种用于无线传感网络的数据传输系统，包括：
32.发送模块，用于向无线传感节点发送所述唤醒帧；
33.获取模块，用于使无线传感节点获取并判断所述唤醒帧中的唤醒id；
34.时隙模块，用于使无线传感节点获取并判断所述唤醒帧中的时隙信息；
35.切换模块，用于切换无线传感节点的当前状态；
36.其中，
37.若所述唤醒id为单个节点id，则切换模块将与所述节点id相对应的无线传感节点切换为传输状态；
38.若所述唤醒id为多个所述节点id，则切换模块将与所述节点id相对应的无线传感节点切换为待传状态；
39.若所述唤醒id为广播id，则切换模块将所有无线传感节点切换为所述待传状态；
40.所述切换模块还用于根据所述时隙信息，将对应的处于所述待传状态的无线传感节点切换为所述传输状态；
41.数据上传完后的无线传感节点通过所述切换模块切换为所述休眠状态；
42.上传模块，用于使处于所述传输状态的无线传感节点上传数据。
43.优选的，还包括：
44.判断模块，用于判断无线传感节点上传数据成功与否；
45.若上传失败，则发送模块将此无线传感节点的所述节点id添加至下一批所述唤醒帧中。
46.优选的，
47.所述发送模块，通过通用信道向无线传感节点发送所述唤醒帧；
48.所述发送模块还包括应急信道，所述应急信道处于监听状态；
49.当有应急数据传输需求时，所述切换模块将无线传感节点切换至所述传输状态，上传模块通过所述应急信道上传所述应急信息。
50.本发明提供的用于无线传感网络的数据传输方法，由于唤醒帧中所包含的唤醒id的不同类型，让相应的无线传感节点能够在休眠、待传及传输状态中进行适应性切换，并在唤醒帧中包含时隙信息，让处于待传状态的无线传感节点只在时隙信息所对应的阶段才切换成传输状态，使得在兼顾点名唤醒、多点唤醒及广播唤醒的前提下，能够减少被唤醒的无线传感节点的功耗，同时能够使接收设备在尽可能短的时间内获取指定无线传感节点的数据。解决现有方案在数据传输时采用一应一答机制，即集中器点名后，无线传感节点再上传数据的方式，导致获取所有无线传感节点数据的时间较长，进而影响无线传感节点从唤醒到完成数据上传的效率的问题。
附图说明
51.为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。
52.图1为本发明实施例提供的数据传输方法的一种流程示意图；
53.图2为本发明实施例提供的数据传输方法的另一种流程示意图；
54.图3为本发明实施例提供的数据传输方法系统的一种结构示意图；
55.图4为本发明实施例提供的数据传输方法系统的另一种结构示意图。
具体实施方式
56.为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
57.须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
58.本发明实施例采用递进的方式撰写。
59.本实施例公开了一种用于无线传感网络的数据传输方法，如图1所示，包括如下步骤：
60.s1.无线传感节点接收唤醒帧；
61.s2.无线传感节点获取并判断唤醒帧中的唤醒id；
62.s31.若唤醒id为单个节点id，则将与节点id相对应的无线传感节点切换为传输状态；
63.s32.若唤醒id为多个节点id，则将与节点id相对应的无线传感节点切换为待传状态；
64.s33.若唤醒id为广播id，则将所有无线传感节点切换为待传状态；
65.s4.处于待传状态的无线传感节点获取唤醒帧中的时隙信息；
66.s5.根据时隙信息，将对应的处于待传状态的无线传感节点切换为传输状态；
67.s6.处于传输状态的无线传感节点上传数据；
68.s7.将数据上传完后的无线传感节点切换为休眠状态。
69.在实际使用中，各个无线传感节点在初始时均处于休眠状态，步骤s1是由无线传感节点接收唤醒帧，此唤醒帧中包含唤醒id、时隙信息；步骤s2中，无线传感节点获取唤醒帧中的唤醒id，并判断唤醒id的类型，然后根据唤醒帧的具体类型来执行步骤s31、步骤s32及步骤s33中的其中一个步骤，具体如下：
70.步骤s31，若唤醒id为单个节点id，则将与此节点id相对应的单个无线传感节点由休眠状态切换为传输状态，然后直接进入到步骤s6即处于传输状态的无线传感节点上传数据。
71.步骤s32，若唤醒id为多个节点id，则将与这些节点id相对应的多个无线传感节点由休眠状态切换为待传状态，然后进入到步骤s4。
72.步骤s33，若唤醒id为广播id，则将所有无线传感节点由休眠状态切换为待传状态，然后进入到步骤s4。
73.而步骤s4，则是处于待传状态的无线传感节点获取唤醒帧中的时隙信息，此时隙信息中是针对被唤醒的每个无线传感节点均有相应各自独立的时隙，一般此时隙是针对时间点或者时间段而言，即无线传感节点从唤醒帧中提取分配给自己的时隙信息后开始计时，等待分配给自己的时隙到来，当上传数据的时隙到来时进入步骤s5，即根据时隙信息，将对应的处于待传状态的无线传感节点切换为传输状态后进入到步骤s6，此时处于传输状态的无线传感节点按集中器的要求上传数据，并且为了实现按需唤醒，上传完后，执行步骤s7，将数据上传完后的无线传感节点切换为休眠状态。
74.由于采用了包含唤醒id及时隙信息的唤醒帧，实现一个或多个或所有无线传感节点的同时唤醒，并通过分时传输机制避免采用相同信道的无线传感节点产生同频干扰。
75.需要说明的是，未包含在唤醒id中的其它无线传感节点仍然保持休眠状态，减少不必要的功耗。
76.本发明提供的用于无线传感网络的数据传输方法，由于唤醒帧中所包含的唤醒id的不同类型，让相应的无线传感节点能够在休眠、待传及传输状态中进行适应性切换，并在唤醒帧中包含时隙信息，让处于待传状态的无线传感节点只在时隙信息所对应的阶段才切换成传输状态，使得在兼顾点名唤醒、多点唤醒及广播唤醒的前提下，能够减少被唤醒的无线传感节点的功耗，同时能够使接收设备尽可能短的时间内获取指定无线传感节点的数据。解决现有方案在数据传输时采用一应一答机制，导致获取所有无线传感节点数据的时
间较长，进而影响无线传感节点从唤醒到完成数据上传的效率的问题。
77.优选的，处于休眠状态的无线传感节点按照预设间隔在监听状态和休眠状态间切换，处于监听状态的无线传感节点仅开启无线接收功能。
78.为了进一步减少无线传感节点的功耗，将处于休眠状态的无线传感节点按照预设间隔在监听状态和休眠状态间切换，在休眠状态内，无线传感节点即不开启无线发送也不开启无线接收，而监听状态的无线传感节点仅开启无线接收功能，即无线传感节点周期性地处于“休眠(sleep)—监听(rx)—休眠(sleep)”状态。
79.在实际使用中，预设间隔实际可视为休眠周期，其时长可用t
rx
表示，而休眠状态的时长可用t
sleep
表示。
80.优选的，唤醒帧中包含唤醒id、时隙信息、唤醒字符和有效数据，唤醒字符由一个或多个固定字符组成。
81.唤醒帧中一般包含多个重复唤醒字符，为固定的一个或几个字符的组合，为了尽可能避免无线传感节点被误唤醒，唤醒字符应尽可能避开有效数据，因为如果与有效数据相同，则当集中器与某个无线传感节点进行数据传输时就有可能将处于休眠状态的无线传感节点误唤醒。
82.并且，为了确保处于处于休眠状态的无线传感节点能够被有效唤醒，唤醒帧中唤醒字符的重复次数要足够多，以使得集中器发送唤醒字符的时间大于t
sleep
+2t
rx
，以确保无线传感单元在rx窗口能够接收到唤醒字符从而被唤醒。
83.优选的，如图2所示，在步骤s6即处于传输状态的无线传感节点上传数据之后，还包括：
84.s61.判断此无线传感节点上传数据成功与否；
85.s62.若上传失败，则将此无线传感节点的节点id添加至下一批唤醒帧中；
86.若上传成功，则进入下一步。
87.在实际运用中，由于使用环境或者设备本身因素，有可能导致无线传感节点未按照时隙信息所指定的时隙上传数据，或者上传中出现异常导致数据未上传或仅部分上传，则将对应的节点id添加至下一次发送的唤醒帧中，由集中器通过点名唤醒或再次通过广播唤醒的方式，让这些未按要求上传数据的无线传感节点重新上传数据。
88.需要注意的是，步骤s62即上传失败将对应的节点id添加至下一批唤醒帧中去后，依然还是继续进行步骤s7，从而让上传成功的其它无线传感节点恢复为休眠状态。
89.当然，也可以由集中器先记录节点id，然后在步骤s31或s32或s33后，直接唤醒对应的无线传感节点执行步骤s4至步骤s7。
90.优选的，下一批唤醒帧中仅包含未成功上传数据的无线传感节点的节点id。
91.此种情况下的唤醒帧中仅包含未按要求上传数据的无线传感节点的id，即这一次的数据传输过程，只让未完成之前上传任务的无线传感节点进行数据上传，能够实现数据上传的完整性，同时避免关联数据受到次序颠倒或错乱的影响。
92.优选的，如图2所示，在步骤s1即无线传感节点接收唤醒帧之后，还包括：
93.s11.处于监听状态的无线传感节点接收唤醒字符，并保持监听状态。
94.即无线传感节点接收到一个唤醒字符后即保持监听状态直至将唤醒帧接收完成，让足够多重复次数的唤醒字符全部接受，进一步确保无线传感单元在rx窗口能够接收到唤
醒字符从而被唤醒。
95.优选的，
96.还包括应急信道，应急信道保持监听状态；
97.当有应急数据传输需求时，无线传感节点切换至传输状态，并通过应急信道将应急信息上传。
98.在非应急时段，无线传感节点通过通用信道接收唤醒帧，而应急信道一直处于监听状态，当无线传感节点有应急数据需要上传时，无线传感节点将其发射信道调整为应急信道，并通过应急信道将数据上传，从而实现通过划分应急信道实现应急数据传输。
99.本发明实施方式还提供一种用于无线传感网络的数据传输系统，如图3所示，包括：
100.发送模块1，用于向无线传感节点发送唤醒帧；
101.获取模块2，用于使无线传感节点获取并判断唤醒帧中的唤醒id；
102.时隙模块4，用于使无线传感节点获取并判断唤醒帧中的时隙信息；
103.切换模块3，用于切换无线传感节点的当前状态；
104.其中，
105.若唤醒id为单个节点id，则切换模块将3与节点id相对应的无线传感节点切换为传输状态；
106.若唤醒id为多个节点id，则切换模块3将与节点id相对应的无线传感节点切换为待传状态；
107.若唤醒id为广播id，则切换模块3将所有无线传感节点切换为待传状态；
108.切换模块3还用于根据时隙信息，将对应的处于待传状态的无线传感节点切换为传输状态；
109.数据上传完后的无线传感节点通过切换模块3切换为休眠状态；
110.上传模块5，用于使处于传输状态的无线传感节点上传数据。
111.发送模块1将唤醒帧发送给无线传感节点，而获取模块2则获取唤醒id并判断唤醒id的类型，针对单个节点id、多个节点id和广播id这三种类型，切换模块3将无线传感节点切换为对应的传输状态或待传状态，而时隙模块4则获取唤醒帧中的时隙信息，在对应的时隙到来时，切换模块3将处于待传状态的无线传感节点切换为传输状态，上传模块5则负责处于传输状态的无线传感节点上传数据。
112.需要说明的是，在实际运用中，各模块之间的连接关系和具体位置可以根据需要进行选择，例如发送模块1处于集中器内，而获取模块2、切换模块3、时隙模块4和上传模块5位于无线传感节点内，当然，也可以采取其它模块集成方式，或者添加其它功能模块例如无线传输模块等，具体类型及设置在此不再详述。
113.本数据传输系统的运用过程及技术效果可参考前述的数据传输方法，在此不再累述。
114.优选的，如图4所示，还包括：
115.判断模块6，用于判断无线传感节点上传数据成功与否；
116.若上传失败，则发送模块1将此无线传感节点的节点id添加至下一批唤醒帧中。
117.当然，若上传成功，则切换模块3将无线传感节点切换为休眠状态。
118.优选的，
119.发送模块1，通过通用信道向无线传感节点发送唤醒帧；
120.发送模块1还包括应急信道，应急信道处于监听状态；
121.当有应急数据传输需求时，切换模块3将无线传感节点切换至传输状态，上传模块通过应急信道上传应急信息。
122.即集中器的无线传输模块和无线传感节点的无线传输模块均提供两种信道，通用信道用于集中器唤醒无线传感节点并与无线传感节点之间传输非应急数据，应急信道用于无线传感节点向集中器发送应急数据，满足常态及应急两种时刻的传输要求。
123.在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个模块或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
124.另外，在本发明各实施例中的各功能模块可以全部集成在一个处理器中，也可以是各模块分别单独作为一个器件，也可以两个或两个以上模块集成在一个器件中；本发明各实施例中的各功能模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
125.本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令及相关的硬件来完成，前述的程序指令可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序指令在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(read only memory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
126.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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。