一种基于非实时应答机制的无线传感网络数据传输方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，通过在无线传感网络的传感器节点和协调器中嵌入一种允许跨周期应答的非实时应答机制，传感器节点数据发送后不需要立即接收到应答信息，也没有数据重传时隙，在同一通信周期中，应用层不再进行数据重传，当网络通信时隙空闲时，协调器才回送数据接收成功应答信息，协调器甚至在下一通信周期起始阶段才回送上一通信周期数据接收成功应答信息，从而减少数据重传次数。本发明减少了通信数据量，最大化缩短通信时隙，降低路由开销，最终达到进一步降低无线传感器网络各节点的能耗的目的。
【专利说明】
一种基于非实时应答机制的无线传感网络数据传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于非实时应答机制的无线传感网络数据传输方法，属于无线传感网络【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,以下简称WSN)技术应用越来越广泛，无线传感器网络是由大量低成本的传感器节点组成的自组织网络。节点具备无线通信能力，不仅负责环境信息的采集、处理，还要收、发自身和网络的数据。由于此类无线传感器网络常安装于野外，各节点只能采用电池供电，电池不便更换，基本要求各节点正常工作I年以上，因此最大限度的降低节点能耗是系统必须要解决的关键问题之一。
[0003]随着应用的推广和研究的投入，已经有各种降低节点功耗的技术方法及产品，这些技术及产品主要涉及到WSN网络的射频模块MAC (介质接入控制)协议和路由协议、硬体功耗、软体优化等方面内容。然而，大部分对WSN功耗要求较高的场合实际也是数据发送量较少和发送频率较低的场合，通常是在分钟级别的发送频率，每次单个节点发送数据量仅在几个到几十个字节范围内。针对此类应用场合，目前比较先进的基于同步休眠的MESH网络，其已没有终端节点、路由节点、协调器之分别，各节点均具有路由功能，可以实现所有节点之间任意组网，是一个彻底的自组网技术。其节点内部均有RTC，可以实现全网同步休眠，并按设定时间间隔同步唤醒，并通过其状态引脚同步唤醒无线传感器中的数据采集MCU，响应远程控制或进行数据采集和传输通信，最大限度地降低无线传感器节点的功耗，实现网络节点能在长期不更换电池情况下工作。由于所有的节点只同时在规定的时间范围内通讯，其它时间节点进入深度睡眠，从而能够保持最小的功耗，并且能够长时间的稳定工作；同时，其每个节点都具有路由功能，无需任何中继就可以组成网状网络，提高了系统的网络健壮性，特别适用于各类野外WSN系统的应用。然而，因每个节点需要为其余节点提供路由服务，因此其路由开销是最耗能的部分，这虽然在相应的MESH网络里从MAC (介质接入控制)协议和路由协议里进行了优化设计，但是，其并未规范应用层中相关通信协议，而不同的应用层通信协议对通信数据流量具有明确的影响，影响节点能耗量。
[0004]目前已有的降低通信数据量方法较多，具有代表性的包括基于非应答机制的数据帧重传法和无线传感器网络中的邀请重传法。基于非应答机制的数据帧重传法主要应用于大数据量的网络传输，操作较复杂，各类组合帧字节较多，相对小数据量的无线传感器网络而言并不能有效降低数据流量。无线传感器网络中的邀请重传法，其仅在一个通信周期内有效，不能跨周期操作，因而对于短时隙通信周期系统不太适用。其他如数据压缩法、数据聚合法等均主要用于大数量传输网络，在这种小数据量的无线传感器网络中没有明显效果O
[0005]中国发明专利(申请号为200510098469.4，
【公开日】为2006年7月12日)公开了一种基于非应答机制的数据帧重传方法和系统，其方法和系统核心均为:无线接入终端确定出现基于非应答机制的被误帧，无线接入终端将该被误帧所在载波链路中已正确接收的数据帧的标识信息传输至网络侧，网络侧根据其接收的标识信息确定需要进行数据重传的数据帧，并进行数据重传。该发明大大简化了无线接入终端检测被误帧的处理过程，简化了无线接入终端与网络侧传输的消息内容，使NAK控制消息的长度减小，从而实现了提高无线继而终端对被误帧的响应速度、提高数据帧重传效率、提高多载波DO系统中有效数据传输效率的目的。但是，其需要将上层分组数据进行打包，并为每个RLP包分配连续的SAR_Seq序号，然后，将具有连续SAR_Seq序号的RLP包根据调度算法分配到不同的载波链路上发送，每个载波链路对其上传输的RLP包分配连续的ARQ_Seq序号；无线接入终端根据各RLP包的ARQ_Seq序号的连续性来检测该载波链路上是否有误帧产生，而RLP包的SAR_Seq序号则用于将多个载波链路上接收到的RLP包重新排序，以便提交到上层处理；如果无线接入终端检测到某个载波链路上ARQ_Seq序号不连续，则说明该载波链路上有误帧产生，无线接入终端需要通过NAK控制消息请求网络侧重新发送被误帧的RLP包。该发明是针对大数据流而设计的；在无线传感器网络里，大部分对WSN功耗要求较高的场合实际也是数据发送量较少和发送频率较低的场合，通常是在分钟级别的发送频率，每次单个节点发送数据量仅在几个到几十个字节范围内，如果采用此技术，经过打包、增加帧序号等相关操作过程，反而增加了需要传输的数据量，因此在WSN环境下不适用。
[0006]中国发明专利(申请号为200910093049.5，
【公开日】为2010年3月3日)公开了一种无线传感器网络低功耗邀请重传方法及其装置，该专利中当正常发送时段和固定重传时段都结束后，协调器将根据数据帧的接收情况，产生邀请重传帧；邀请重传帧包含描述数据帧接收情况的比特图，以及协调器制定的传感器节点重传数据帧的时隙分配；若传感器节点从来没有收到过确认帧，在接收到要求重传帧后，将首先检查比特图，确定自己发送的数据帧是否已经被协调器接收到，如果仍然是没有，传感器节点依据协调器分配给自己的邀请重传时隙，重新传送数据帧。该发明采用邀请重传方式，重传失败的数据帧，节省了传感器节点的能量开销，提高了系统重传效率。然而，该发明除了正常发送时段，还有固定重传时段。在正常发送时段需要等待接收确认帧，在固定重传时段，除了重传数据外，还需要等待接收确认帧。这都增加了通信时间长度，特别是固定重传时段，占用了网络资源，不利于降低网络中传感器节点功耗。
【发明内容】
[0007]本发明提出一种基于非实时应答机制的无线传感网络数据传输方法，通过一种允许跨周期应答的非实时应答机制，如果传感器节点在一个通信周期已成功发送数据，但直到下一个通信周期的接收时隙仍未收到协调器的数据收成功应答信息，相关数据才会在发送时隙被重传一次，减少了数据重传次数，进而减少通信数据流量，降低路由开销，可最大化缩短通信时隙，从而降低各设备的能耗。
[0008]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，包括以下步骤:
1)建立网状拓扑结构的无线传感器网络，所述无线传感器网络包括一个协调器和若干无线传感器节点；
2)在无线传感器网络的传感器节点和协调器中均嵌入一个非实时应答协议组件；所述非实时应答协议组件提供一个允许跨周期应答的非实时应答机制，所述非实时应答机制是指对于无线传感器节点，在一个通信周期发送一个数据发送后，允许在下一个通信周期起始阶段的接收时隙获得本数据发送成功的应答信息，即传感器节点的数据发送和接收应答信息可不在同一个通信周期完成；对于协调器，在一个通信周期成功接收一个数据后，允许在下一通信周期的起始阶段的发送时隙回送本接收成功数据的应答信息；
3)将无线传感网络的通信周期分为苏醒期和休眠期，将协调器的苏醒期从起始时刻依次划分为发送时隙、延迟时隙、接收时隙，将无线传感器节点的苏醒期从起始时刻依次划分为接收时隙、延迟时隙、发送时隙和路由时隙；
4)进行基于非实时应答机制的数据传输，数据传输包括协调器向无线传感器节点传输应答信息帧和无线传感器节点向协调器传输数据帧，
所述协调器向无线传感器节点传输应答信息帧包括以下步骤:
41)协调器与无线传感器节点在一个通信周期的休眠期结束时同时被MESH网络射频模块唤醒；
42)协调器进入发送时隙，在发送时隙中发送未发送的数据接收成功应答信息帧，发送完毕后删除此数据编号的应答信息帧，然后继续发送应答信息帧；如果所有的应答信息帧发送结束，而发送时隙还未结束，则直接结束发送时隙，进入延迟时隙；当本发送时隙结束时，如果还有应答信息帧未发送，则终止发送，进入延迟时隙，未发送的应答信息帧留待下一周期发送；
43)协调器经过设定的延迟时隙，转入接收时隙，接收来自各无线传感器节点的数据帧，如接收到数据，则保存数据至存储器，同时编码并保存数据接收成功应答信息帧至存储器，直到接收时隙结束；
44)协调器在接收时隙结束后，MESH网络射频模块立即进入休眠状态，如果MCU还有任务，就继续进行任务处理，否则进入休眠状态；
所述无线传感器节点向协调器传输数据帧包括以下步骤:
4a)无线传感器节点与协调器在一个通信周期的休眠期结束时同时被MESH网络射频模块唤醒；
4b)无线传感器节点在接收时隙，等待接收来自协调器的数据接收成功应答信息帧，当接收到来自协调器的数据接收成功应答信息帧时，立即删除数据发送区中相应数据编号的数据记录，直到接收时隙结束；
4c)无线传感器节点经过设定的延迟时隙，进入发送时隙，无线传感器节点在发送时隙，节点将测量数据以数据帧格式自报给协调器；如果发送时隙结束还有未发送的数据，则留待下一周期进行，进入路由时隙；如果本节点无数据需要发送，则直接进入路由时隙；
4d)无线传感器节点在路由时隙，将本节点MESH网络射频模块的通信资源留给以本节点为路由的相关联节点，同时监听和接收来自协调器的信息；
4e)路由时隙结束后，MESH网络射频模块立即进入休眠状态，如果MCU还有任务，就继续进行任务处理，否则进入休眠状态。
[0009]前述的无线传感器节点在一个通信周期数据发送后不需要立即接收到应答信息，在同一个通信周期不进行数据重传，如果无线传感器节点在一个通信周期已成功发送一个数据，直到下一个通信周期的接收时隙结束仍未收到本数据发送成功的应答信息，本数据才会在随后一个的通信周期的发送时隙被重传一次。
[0010]前述的协调器在数据帧接收成功后，其发送的数据接收成功应答信息帧在之后任意一个通信周期内发送均有效。
[0011]前述的数据帧包括:帧头、保留字、帧类型、地址、数据编号、数据、帧尾、验证码；所述应答信息帧包括:帧头、保留字、帧类型、地址、数据编号、帧尾、验证码。
[0012]前述的步骤3)中，
所述协调器的发送时隙用于发送应答信息帧；所述无线传感器节点的发送时隙用于发送数据帧；
所述协调器与无线传感器节点的延迟时隙用于进行发送和接收状态切换；
所述协调器的接收时隙用于接收数据帧；所述无线传感器节点的接收时隙用于接收应答信息帧；
所述无线传感器节点的路由时隙用于为以本无线传感器节点为路由的相关设备提供数据发送时间间隙，同时节点也可以监听和接收协调器发送来的信息。
[0013]前述的各时隙可根据具体系统情况灵活配置，所述协调器的发送时隙与无线传感器节点的接收时隙时间相同；所述协调器的延迟时隙时间小于等于无线传感器节点的最小延迟时隙时间相同；所述协调器的接收时隙时间大于等于无线传感器节点的发送时隙与路由时隙时间之和的最大值。
[0014]前述的无线传感器节点包括MESH网络射频模块、MCU、存储器、RTC、传感器模块和电源模块，所述MESH网络射频模块、MCU、存储器、RTC、传感器模块均与电源模块相连，所述MESH网络射频模块、存储器、RTC、传感器模块均与MCU相连；
所述协调器包括MESH网络射频模块、MCU、存储器、RTC、远程通信接口模块和电源模块，所述MESH网络射频模块、MCU、存储器、RTC、远程通信接口模块均与电源模块相连，所述MESH网络射频模块、存储器、RTC、远程通信接口模块均与MCU相连；
所述无线传感器节点和协调器的MCU中均嵌入一个非实时应答协议组件。
[0015]前述的无线传感器节点和协调器的电源模块采用具有BUCK-B00ST功能的升压和降压电源模块。
[0016]前述的无线传感器节点和协调器的MESH网络射频模块选用具有深度休眠功能的DigiMesh模块，使得无线传感器网络中所以节点及协调器均按设定休眠周期同步休眠和同步自动唤醒，所有传感器节点可按设定的休眠周期进行深度休眠。
[0017]本发明通过一种允许跨周期应答的非实时应答机制，如果传感器节点在一个通信周期已成功发送数据，但直到下一个通信周期的接收时隙仍未收到协调器的数据接收成功应答信息，相关数据才会在发送时隙被重传一次，因而减少了数据重传次数，减少通信数据流量，最大化缩短通信时隙，进而降低路由开销，达到降低无线传感器网络各节点的能耗的目的，解决了具有同步休眠、全路由功能的无线传感器网络的路由开销较大，实际能耗较高的问题。
[0018]本发明的非实时应答机制中，直接返回应答帧内容，不需要任何打包和帧序号，不会额外增加应答帧的数据量。本发明除了严格控制各节点收发时隙外，还设置了路由时隙，降低通信链路冲突概率，降低数据丢包率，因此减少了通信数据量，可最大化缩短通信时隙，降低路由开销，最终达到进一步降低无线传感器网络各节点的能耗之目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的无线传感网络图；
图2为本发明非实时应答机制的数据传输过程示意图；
图3为本发明的帧格式图；
图4Ca)为本发明的无线传感节点功能结构示意图；
图4(b)为本发明的协调器功能结构示意图；
图5Ca)为本发明的协调器非实时应答协议组件工作流程图；
图5(b)为本发明的无线传感节点非实时应答协议组件工作流程图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】详细说明本发明。
[0021]本发明的基于非实时应答机制的无线传感网络的数据传输方法，如图1所示，首先建立网状拓扑结构的无线传感器网络，包括一个协调器和若干无线传感节点，协调器负责网内各节点协调管理，同时负责与外界进行通信联系，各无线传感节点均可作为其余节点的路由，可自由组网，进行数据传输。本发明的无线传感网络基于同步休眠机制，网络中所有节点及协调器均按设定休眠周期同步休眠和同步自动唤醒，并且所有无线传感节点可以按设定的休眠周期进行深度休眠，可以最大化降低节点功耗。
[0022]实现本发明的非实时应答机制，需要在无线传感节点和协调器中的MCU中均嵌入一个非实时应答协议组件，非实时应答协议组件提供一个允许跨周期应答的非实时应答机制，非实时应答机制是指对于无线传感节点，在一个通信周期发送一个数据发送后，允许在下一个通信周期起始阶段的接收时隙获得本数据发送成功的应答信息，即传感器节点的数据发送和接收应答信息可不在同一个通信周期完成；对于协调器，在一个通信周期成功接收一个数据后，允许在下一通信周期的起始阶段的发送时隙回送本接收成功数据的应答信息；同时无线传感节点在同一个通信周期不进行数据重传，如果无线传感节点在一个通信周期已成功发送一个数据，直到下一个通信周期的接收时隙结束仍未收到本数据发送成功的应答信息，本数据才会在随后一个的通信周期的发送时隙被重传一次。而协调器在数据帧接收成功后，其发送的数据接收成功应答信息帧在之后任意一个通信周期内发送均有效。
[0023]实现本发明的非实时应答机制，需要将无线传感网络的通信周期分为苏醒期和休眠期，将协调器的苏醒期从起始时刻依次划分为发送时隙、延迟时隙、接收时隙，将无线传感器节点的苏醒期从起始时刻依次划分为接收时隙、延迟时隙、发送时隙和路由时隙。从图2可以看出，本发明的协调器的发送时隙与无线传感器节点的接收时隙时间相同，协调器的延迟时隙时间小于等于无线传感器节点中的最小延迟时隙时间，协调器的接收时隙时间大于等于无线传感器节点中的发送时隙与路由时隙时间之和的最大值。
[0024]其中，协调器的发送时隙用于发送应答信息帧，无线传感节点的发送时隙用于发送数据帧。协调器与无线传感节点的延迟时隙用于进行发送和接收状态切换，对于无线传感节点的延迟时隙还可用于帮助各设备间具体分配数据发送时间，当某一传感器节点发送时间需要延后，仅需增大延迟时隙即可。协调器的接收时隙用于接收数据帧，无线传感节点的接收时隙用于接收应答信息帧。无线传感节点的路由时隙用于为以本无线传感节点为路由的相关设备提供数据发送时间间隙，同时节点也可以监听和接收协调器发送来的信息。这种时隙的划分，可实现系统设备的分时发送数据，可有效降低网络中数据冲突，提高通信成功概率，降低数据重传次数，降低节点能耗。在通信周期中，各时隙长度可根据具体系统情况来灵活配置，目的是在整个网络通信通畅稳定之下，尽可能缩短苏醒期时长，降低能耗。同时协调器的发送时隙设置在每个通信周期的苏醒期起始阶段，不会因为射频模块进入休眠而丢失，从而减少数据重传次数，进而减少通信数据量，可最大化缩短通信时隙，减轻各节点的路由开销，降低无线传感器网络各节点的能耗。
[0025]如图2和图5所示，本发明的基于非实时应答机制的数据传输包括协调器的应答和无线传感节点的应答。
[0026]如图5 Ca)所示，协调器向无线传感节点传输应答信息帧包括以下步骤:
41)协调器与无线传感器节点在一个通信周期的休眠期结束时同时被MESH网络射频模块唤醒；
42)协调器进入发送时隙，在发送时隙中发送未发送的数据接收成功应答信息帧，发送完毕后删除此数据编号的应答信息帧，然后继续发送应答信息帧；如果所有的应答信息帧发送结束，而发送时隙还未结束，则直接结束发送时隙，进入延迟时隙；当本发送时隙结束时，如果还有应答信息帧未发送，则终止发送，进入延迟时隙，未发送的应答信息帧留待下一周期发送；
43)协调器经过设定的延迟时隙，转入接收时隙，接收来自各无线传感器节点的数据帧，如接收到数据，则保存数据至存储器，同时编码并保存数据接收成功应答信息帧至存储器，直到接收时隙结束；
44)协调器在接收时隙结束后，MESH网络射频模块立即进入休眠状态，如果MCU还有任务，就继续进行任务处理，否则进入休眠状态；
如图5 (b)所示，无线传感节点向协调器传输数据帧包括以下步骤:
4a)无线传感器节点与协调器在一个通信周期的休眠期结束时同时被MESH网络射频模块唤醒；
4b)无线传感器节点在接收时隙，等待接收来自协调器的数据接收成功应答信息帧，当接收到来自协调器的数据接收成功应答信息帧时，立即删除数据发送区中相应数据编号的数据记录，直到接收时隙结束；
4c)无线传感器节点经过设定的延迟时隙，进入发送时隙，无线传感器节点在发送时隙，节点将测量数据以数据帧格式自报给协调器；如果发送时隙结束还有未发送的数据，则留待下一周期进行，进入路由时隙；如果本节点无数据需要发送，则直接进入路由时隙；
4d)无线传感器节点在路由时隙，将本节点MESH网络射频模块的通信资源留给以本节点为路由的相关联节点，同时监听和接收来自协调器的信息；
4e)路由时隙结束后，MESH网络射频模块立即进入休眠状态，如果MCU还有任务，就继续进行任务处理，否则进入休眠状态。
[0027]本发明中数据发送后不需要立即接收到应答信息(ACK)，即传感节点的数据发送和接收应答信息可不在同一个通信周期完成，因而不会立即进行数据重传，而且在同一通信周期中，都不再进行数据重传；当网络通信时隙空闲时，协调器才回送数据接收成功应答信息(ACK)，协调器甚至在下一通信周期起始阶段才回送上一通信周期数据接收成功应答信息(ACK)从而减少数据重传次数。协调器在数据接收成功后，其应答信息在之后任意一个通信周期内发送均有效。如果无线传感节点在一个通信周期已成功发送数据，但直到下一个通信周期的接收时隙仍未收到协调器的数据接收成功应答信息，相关数据才会在发送时隙被重传一次，减少了数据重传次数，减少通信数据流量。在非实时应答过程中，直接返回应答帧内容，不需要任何打包和帧序号，不会额外增加应答帧的数据量。并且采用分时发送方式，减少通信冲突概率，降低数据丢包率，减少数据重传次数，从而减少通信数据量。通信数据流量的减少，进而降低了路由开销，最终达到最大化缩短通信时隙，降低无线传感器网络各节点能耗之目的。
[0028]本发明的非实时应答机制中所传输的数据包括数据帧和应答信息帧，如图3所示，数据帧包括:巾贞头、保留字、帧类型、地址(ADDRESS)、数据编号(DATA ID)、数据(DATA)、帧尾、验证码；应答信息帧包括:帧头、保留字、帧类型、地址(ADDRESS)、数据编号(DATAID)、帧尾、验证码。可见，帧中均含有地址(ADDRESS)和数据编号(DATA ID)，这两个关键信息可避免在有多条数据或数据接收成功应答信息时出现信息混乱，为实现非实时应答提供信息支撑。
[0029]本发明的无线传感节点如图4 (a)所示，包括MESH网络射频模块、MCU、存储器、实时时钟RTC、传感器模块和电源模块，其中MESH网络射频模块、MCU、存储器、实时时钟RTC、传感器模块均与电源模块相连；MESH网络射频模块、存储器、实时时钟RTC、传感器模块均与MCU相连。MESH网络射频模块负责与其他节点进行自组网、承担相关节点的通信路由、节点与协调器之间的无线通信以及与协调器同步休眠和同步自动唤醒。
[0030]本发明的协调器如图4 (b)所示，包括MESH网络射频模块、MCU、存储器、实时时钟RTC、远程通信接口模块和电源模块，其中MESH网络射频模块、MCU、存储器、实时时钟RTC、远程通信接口模块均与电源模块相连；MESH网络射频模块、存储器、实时时钟RTC、远程通信接口模块均与MCU相连。MESH网络射频模块负责协调网内节点之间自组网、管理网内各节点设备、与节点之间的无线通信以及与无线传感节点同步休眠和同步自动唤醒；远程通信接口模块负责与外界进行通信。
[0031]无线传感节点和协调器中的MESH网络射频模块选用具有深度休眠功能的DigiMesh模块，功耗低，组网能力强；电源模块负责为与之相连的各器件提供稳定电源，由于传感节点采用电池供电，因此选用静态功耗低的具有BUCK-B00ST功能的升压和降压电源模块，能够使网络设备在电池电压低于节点工作电压时还能稳定地工作，从而提高电池能量的利用率，延长节点稳定工作时长；其余器件均选用低功耗器件，使整个传感器节点静态功耗低于100 μ A。
【权利要求】
1.一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)建立网状拓扑结构的无线传感器网络，所述无线传感器网络包括一个协调器和若干无线传感器节点； 2)在无线传感器网络的传感器节点和协调器中均嵌入一个非实时应答协议组件；所述非实时应答协议组件提供一个允许跨周期应答的非实时应答机制，所述非实时应答机制是指对于无线传感器节点，在一个通信周期发送一个数据发送后，允许在下一个通信周期起始阶段的接收时隙获得本数据发送成功的应答信息，即传感器节点的数据发送和接收应答信息可不在同一个通信周期完成；对于协调器，在一个通信周期成功接收一个数据后，允许在下一通信周期的起始阶段的发送时隙回送本接收成功数据的应答信息； 3)将无线传感网络的通信周期分为苏醒期和休眠期，将协调器的苏醒期从起始时刻依次划分为发送时隙、延迟时隙、接收时隙，将无线传感器节点的苏醒期从起始时刻依次划分为接收时隙、延迟时隙、发送时隙和路由时隙； 4)进行基于非实时应答机制的数据传输，数据传输包括协调器向无线传感器节点传输应答信息帧和无线传感器节点向协调器传输数据帧， 所述协调器向无线传感器节点传输应答信息帧包括以下步骤: 41)协调器与无线传感器节点在一个通信周期的休眠期结束时同时被MESH网络射频模块唤醒； 42)协调器进入发送时隙，在发送时隙中发送未发送的数据接收成功应答信息帧，发送完毕后删除此数据编号的应答信息帧，然后继续发送应答信息帧；如果所有的应答信息帧发送结束，而发送时隙还未结束，则直接结束发送时隙，进入延迟时隙；当本发送时隙结束时，如果还有应答信息帧未发送，则终止发送，进入延迟时隙，未发送的应答信息帧留待下一周期发送； 43)协调器经过设定的延迟时隙，转入接收时隙，接收来自各无线传感器节点的数据帧，如接收到数据，则保存数据至存储器，同时编码并保存数据接收成功应答信息帧至存储器，直到接收时隙结束； 44)协调器在接收时隙结束后，MESH网络射频模块立即进入休眠状态，如果MCU还有任务，就继续进行任务处理，否则进入休眠状态； 所述无线传感器节点向协调器传输数据帧包括以下步骤: 4a)无线传感器节点与协调器在一个通信周期的休眠期结束时同时被MESH网络射频模块唤醒； 4b)无线传感器节点在接收时隙，等待接收来自协调器的数据接收成功应答信息帧，当接收到来自协调器的数据接收成功应答信息帧时，立即删除数据发送区中相应数据编号的数据记录，直到接收时隙结束； 4c)无线传感器节点经过设定的延迟时隙，进入发送时隙，无线传感器节点在发送时隙，节点将测量数据以数据帧格式自报给协调器；如果发送时隙结束还有未发送的数据，则留待下一周期进行，进入路由时隙；如果本节点无数据需要发送，则直接进入路由时隙； 4d)无线传感器节点在路由时隙，将本节点MESH网络射频模块的通信资源留给以本节点为路由的相关联节点，同时监听和接收来自协调器的信息； 4e)路由时隙结束后，MESH网络射频模块立即进入休眠状态，如果MCU还有任务，就继续进行任务处理，否则进入休眠状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，其特征在于，所述无线传感器节点在一个通信周期数据发送后不需要立即接收到应答信息，在同一个通信周期不进行数据重传，如果无线传感器节点在一个通信周期已成功发送一个数据，直到下一个通信周期的接收时隙结束仍未收到本数据发送成功的应答信息，本数据才会在随后一个的通信周期的发送时隙被重传一次。
3.根据权利要求1所述的一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，其特征在于，所述协调器在数据帧接收成功后，其发送的数据接收成功应答信息帧在之后任意一个通信周期内发送均有效。
4.根据权利要求1所述的一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，其特征在于，所述数据帧包括:帧头、保留字、帧类型、地址、数据编号、数据、帧尾、验证码；所述应答信息帧包括:帧头、保留字、帧类型、地址、数据编号、帧尾、验证码。
5.根据权利要求1所述的一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，其特征在于，所述步骤3)中， 所述协调器的发送时隙用于发送应答信息帧；所述无线传感器节点的发送时隙用于发送数据帧； 所述协调器与无线传感器节点的延迟时隙用于进行发送和接收状态切换； 所述协调器的接收时隙用于接收数据帧；所述无线传感器节点的接收时隙用于接收应答信息帧； 所述无线传感器节点的路由时隙用于为以本无线传感器节点为路由的相关设备提供数据发送时间间隙，同时节点也可以监听和接收协调器发送来的信息。
6.根据权利要求5所述的一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，其特征在于，所述各时隙可根据具体系统情况灵活配置，所述协调器的发送时隙与无线传感器节点的接收时隙时间相同；所述协调器的延迟时隙时间小于等于无线传感器节点的最小延迟时隙时间相同；所述协调器的接收时隙时间大于等于无线传感器节点的发送时隙与路由时隙时间之和的最大值。
7.根据权利要求1所述的一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，其特征在于， 所述无线传感器节点包括MESH网络射频模块、MCU、存储器、RTC、传感器模块和电源模块，所述MESH网络射频模块、MCU、存储器、RTC、传感器模块均与电源模块相连，所述MESH网络射频模块、存储器、RTC、传感器模块均与MCU相连； 所述协调器包括MESH网络射频模块、MCU、存储器、RTC、远程通信接口模块和电源模块，所述MESH网络射频模块、MCU、存储器、RTC、远程通信接口模块均与电源模块相连，所述MESH网络射频模块、存储器、RTC、远程通信接口模块均与MCU相连； 所述无线传感器节点和协调器的MCU中均嵌入一个非实时应答协议组件。
8.根据权利要求7所述的一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，其特征在于，所述无线传感器节点和协调器的电源模块采用具有BUCK-BOOST功能的升压和降压电源模块。
9.根据权利要求7所述的一种基于非实时应答机制的无线传感器网络数据传输方法，其特征在于，所述无线传感器节点和协调器的MESH网络射频模块选用具有深度休眠功能的DigiMesh模块，使得无线传感器网络中所以节点及协调器均按设定休眠周期同步休眠和同步自动唤醒，所有传感器节点可按设定的休眠周期进行深度休眠。
【文档编号】H04L1/18GK104243110SQ201410423121
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】罗孝兵, 华涛, 凌琪, 蓝彦, 刘果, 李桂平, 景波云, 吕敏, 邓检华, 熊光亚, 丛山桦, 李冰, 姜晓, 程锐, 陈俊生 申请人:国网电力科学研究院, 南京南瑞集团公司