无线传感器多跳网络链状拓扑结构的链路休眠方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线传感器多跳网络链状拓扑结构的链路休眠方法，属于无线通信领域。
技术背景
[0002]无线链状通信系统针对通信区域呈链状拓扑的带状应用场景而设计，在犹如防风阻沙林、海岸沙滩、边防周界等需要带状覆盖的应用场景下有着其独特的优势，目前有着广泛的市场需求。
[0003]当链路由于没有业务需求发生而进入休眠状态时，按照一定规则推迟链路中位于主控节点较远的节点进入休眠的周期，这样可以解决在链路中某一局部区域在短时间内频繁发生业务数据传输而频繁唤醒链路的问题。
[0004]现有的标准协议在链路休眠机制上均无法很好的解决无线多跳链状拓扑系统的链路快速唤醒的问题。
【发明内容】
[0005]本发明提出了一种无线传感器多跳网络链状拓扑结构的链路休眠方法，该方法适用于链路中某个节点发生业务数据传输后，在较短时间内其前后若干邻居节点包括其本身中某个节点又发生了业务数据传输而重新唤醒链路较慢的问题，能够在一定条件下达到快速唤醒的目的。
[0006]假设链路中第K个节点在业务数据传输时，处于该节点前面的所有节点都处于工作状态，该节点后的所有节点都处于周期性的休眠唤醒状态；节点固有的休眠延迟时间为T2，即节点在时间段T2内没有业务数据传输则进入周期性休眠唤醒状态；当第K个节点完成了业务数据的传输，使该节点及其前向K/i取整个节点延迟时间段T3再进入周期性休眠唤醒状态；其他节点按照正常情况进入周期性休眠唤醒状态；其中i和T3为预先设置，具体根据不同的网络情况测试得到，1〈= i <=k，0〈= T3〈=1000*T2。
[0007]当第K个节点完成了业务数据的传输，还可以同时唤醒该节点后向K/i取整个节点。
[0008]链路的唤醒过程是由位于节点根部的中央控制节点来发起，由中央控制节点在设定时间内向第一个节点一直发送唤醒包，节点被唤醒后，会向其后的节点在设定时间内发送唤醒包，依次类推，直到发生业务数据的节点被唤醒。
[0009]发送唤醒包的时间大于节点的休眠周期，所述休眠周期是指周期性的休眠唤醒状态中一次休眠加唤醒的时间。
[0010]本发明的优点是:本发明所述方法定义出一种适用于无线多跳链状系统的链路休眠机制，该机制可以使得在链路中某一局部区域短时间内频繁发生业务数据时，能达到快速唤醒链路的目的，从而提升系统的实时性和可靠性。
【附图说明】
[0011]图1是链状拓扑结构示意图。
[0012]图2是链路分段示意图。
[0013]图3是休眠唤醒时隙示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面将结合附图及具体实施案例对本发明的技术方案进行更为详细的说明。
[0015]本发明提出了一种推迟发生业务数据的节点及其前、后向(前向指该节点到中央控制节点的方向，后向是该节点到尾节点的方向)若干邻居节点在数据传输完成时进入休眠状态的机制。当上述节点在业务数据传输完成后要进入周期性休眠唤醒状态时，适当延长其工作时间，这样若在短时间内下次发生业务数据传输的节点落在上述节点内，能够达到快速唤醒的目的。
[0016]链路中某个节点发生业务数据是由中央控制节点(一条链路上只有一个，位于链路最前端)来触发，其工作方式为半双工，链路上的所有业务数据的发起都是从中央控制节点开始的。
[0017]所述的节点本身在空闲时会进入周期性的休眠唤醒状态。其一个休眠周期包括休眠和唤醒两个部分，分别占有一定的比例，一般来说，休眠部分的占空比大于唤醒部分的占空比，这里假设休眠周期设为T。
[0018]假设链路中第K个节点(称为节点K)在业务数据传输时，此时处于该节点前面(包括该节点)的所有节点都是处于工作状态的，其后的所有节点都是处于周期性的休眠唤醒状态的。假设节点K在Tl时刻完成了业务数据的传输，所有节点本身由于在一定时间段T2内没有业务数据传输而需进入周期性休眠唤醒状态。
[0019]此时，我们的休眠策略是不让所有的工作节点进入周期性休眠唤醒状态，而是让发生业务数据的节点其前向若干节点假设为K/i取整(其中1〈= i <=k)个节点(可按一定比例)延迟一定时间段T3(T3范围是0〈= Τ3〈=1000*Τ2)再进入周期性休眠唤醒状态，同时唤醒其后的若干节点(主要考虑最近要唤醒的节点可能是其后的邻居节点)。然后其他节点按照正常情况进入周期性休眠唤醒状态。
[0020]这样若在限定时间段Τ2+Τ3内，下次发生业务数据的节点落在上述处于工作节点的范围(K-K/i~ K+K/i)内，那么唤醒链路时，只需唤醒该区域之前的κ-κ/1-l个节点即可，处在该区域内的节点无需唤醒，这样能够达到快速唤醒链路的目的。
[0021]若在限定时间段T2+T3内，没有发生业务数据的节点或者发生业务数据的节点不在该区域内(这里考虑范围为K+K/i没有超过最大节点数)，那么该区域内所有节点只需按正常情况进入周期性休眠唤醒状态即可。
[0022]链路唤醒过程是由位于节点根部的中央控制节点来发起，由中央控制节点在一定时间内向第一个节点一直发送唤醒包，节点被唤醒后，会向其后的节点在一定内发送唤醒包，依次类推，直到发生业务数据的节点被唤醒。
[0023]本发明的初始条件是所有节点都是处于周期性的休眠唤醒状态，即整条链路是处于休眠状态的。在节点进行业务数据传输时，节点本身需一直处在工作状态，不能进行周期性的休眠唤醒，即链路是需要先唤醒的。
[0024]本发明所述的快速唤醒是在发生业务数据的节点在短时间内落在了某一局部区域时，针对于其他情况，本发明的唤醒效率没有提高。
[0025]图1所示的是链状多跳网络的拓扑结构，本发明将以链状网络拓扑结构为例进行说明，但并不局限于此。在链状网络中，全部的通信节点成一条或者多条链路。在网络中存在着一个中央控制节点，定义其所在位置为网络的根部。定义从中央控制节点到叶子节点的通信方向为下行方向，从叶子节点到根节点的通信方向为上行方向。针对于某个普通节点来说，在拓扑方向上靠近网络根部的节点称为其前向节点；远离网络根部的节点称为其后向节点。例如，对于节点2来说，节点I处于靠近网络根部的方向上，称为节点2的前向节点；节点3处于远离网络根部的方向上，称为节点2的后向节点。
[0026]本实施例中，将以一条链路上节点间通信时的链路休眠机制为例进行展开说明。但本发明所适用的拓扑结构并不局限于此，所适用的节点的个数大于2即可。
[0027]图2描述了在链路上具有m个节点。初始时，所有节点的休眠周期一致且所有节点开始都处于周期性休眠状态。假设中央控制节点本次与节点K发生业务数据的传输，那么中央控制节点会首先唤醒其与节点K之间的链路。
[0028]唤醒过程为中央控制节点首先向节点I在一定时间段P内一直发送唤醒包，其中P是大于节点的一个休眠周期T的，这样可以保证节点I在一个休眠周期的唤醒状态时肯定能收到唤醒包。在节点I被唤醒后，其会向节点2按上述过程发送唤醒包，以此类推，直到唤醒节点K。
[0029]节点K被唤醒后会向中央控制节点回送一个被唤醒的消息，然后中央控制节点会向节点K发送业务数据传输的消息。假设在Tl时刻节点K数据传输完成，在经过一定空闲时间T2后，所有节点本来应该进入周期性的休眠唤醒状态，此时，我们推迟节点K以及其前向第(K-K/i)~ K之间的节点进入休眠状态，推迟时间为T3。而同时唤醒其后的第K~ (Κ+Κ/
i)节点(这里考虑K+K/i不超过最大节点数)，这样在节点K-K/i~ K+K/i这段区域的所有节点都处于工作状态，而其他所有节点都处于周期性休眠唤醒状态。
[0030]在节点K完成业务数据传输后，在限定时间段T2+T3内，若发生业务数据的节点在K-K/i~ K+K/i范围内，那么我们只需要唤醒前κ-κ/1-l个节点即可，这样可以达到快速唤醒链路的目的。若发生业务数据的节点不在上述范围内或者在限定时间段T2+T3内没有发生业务数据的节点，那么上述范围内的节点进入周期性休眠唤醒状态即可。
[0031]本发明中，为表述清晰，区域的划分按照图二的划分情况来表示，但链路延迟休眠节点区域的的具体划分形式并不局限于本文所述的实例。
[0032]图3描述了节点的唤醒休眠占空比的情况，以及唤醒过程中其前向邻居节点发唤醒包的情况，为保证其能够收到唤醒包，我们发送唤醒包的最小唤醒时间长度应该长于节点本身的休眠周期。
[0033]所述的休眠周期包括休眠和唤醒两部分，节点只有在处于唤醒状态时才能接收到唤醒包，在节点完全醒来之前，可能会收到多个唤醒包，当节点醒来时，便向其前向节点回送一个已经醒来的消息。
【主权项】
1.无线传感器多跳网络链状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是:当链路中第K个节点在业务数据传输时，处于该节点前面的所有节点都处于工作状态，该节点后的所有节点都处于周期性的休眠唤醒状态；节点固有的休眠延迟时间为T2，即节点在时间段T2内没有业务数据传输则进入周期性休眠唤醒状态； 当第K个节点完成了业务数据的传输，使该节点及其前向K/i取整个节点延迟时间段T3再进入周期性休眠唤醒状态；其他节点按照正常情况进入周期性休眠唤醒状态；其中K= i <=k0
2.如权利要求1所述的无线传感器多跳网络链状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是，0〈= T3〈=1000*T2。
3.如权利要求1所述的无线传感器多跳网络链状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是，当第K个节点完成了业务数据的传输，同时唤醒该节点后向K/i取整个节点。
4.如权利要求1所述的无线传感器多跳网络链状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是，链路的唤醒过程是由位于节点根部的中央控制节点来发起，由中央控制节点在设定时间内向第一个节点一直发送唤醒包，节点被唤醒后，会向其后的节点在设定时间内发送唤醒包，依次类推，直到发生业务数据的节点被唤醒。
5.如权利要求4所述的无线传感器多跳网络链状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是，发送唤醒包的时间大于节点的休眠周期，所述休眠周期是指周期性的休眠唤醒状态中一次休眠加唤醒的时间。
【专利摘要】本发明提出了一种无线传感器多跳网络链状拓扑结构的链路休眠方法，假设链路中第K个节点在业务数据传输时，处于该节点前面的所有节点都处于工作状态，该节点后的所有节点都处于周期性的休眠唤醒状态；节点固有的休眠延迟时间为T2，即节点在时间段T2内没有业务数据传输则进入周期性休眠唤醒状态；当第K个节点完成了业务数据的传输，使该节点及其前向K/i取整个节点延迟时间段T3再进入周期性休眠唤醒状态；其他节点按照正常情况进入周期性休眠唤醒状态；其中1≤i≤k。本发明可以使得在链路中某一局部区域短时间内频繁发生业务数据时，能达到快速唤醒链路的目的，从而提升系统的实时性和可靠性。
【IPC分类】H04W52-02
【公开号】CN104684057
【申请号】CN201510122208
【发明人】王兆桐, 董晋
【申请人】江苏物联网研究发展中心
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月19日