一種適用于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的同步時(shí)分多址接入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同步時(shí)分多址方法，尤其涉及的是一種適用于無(wú)線傳感網(wǎng)的同步時(shí)分多址接入方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在節(jié)點(diǎn)眾多，通訊傳輸范圍較大的低功耗無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中，由于無(wú)線信道的共享特性，當(dāng)相鄰的鏈路上同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí)，鏈路之間易相互干擾，產(chǎn)生沖突。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中通道防沖突的能力直接依賴于媒體接入控制協(xié)議(Medium Access Control, MAC)如何管理信道資源。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠長(zhǎng)期有效的工作，如何在為節(jié)點(diǎn)提供足夠的、長(zhǎng)期的能量的前提下進(jìn)行防沖突設(shè)計(jì)成為重中之重。
[0003]時(shí)分多址(Time Divis1n Multiple Access, TDMA)技術(shù)，是把通信系統(tǒng)的工作時(shí)間分割成周期性互不重疊的時(shí)間段，再將每個(gè)時(shí)間段的時(shí)間劃分成若干個(gè)小段，每小段稱為一個(gè)時(shí)隙，每一個(gè)用戶都在指定的時(shí)隙里接通信道，其他的用戶在另外的所指定的時(shí)隙里接通信道。TDMA方式最初用于衛(wèi)星通信中，現(xiàn)在也逐漸使用于其它的各種通信場(chǎng)合，可大大提高網(wǎng)絡(luò)的通訊速率，可靠性和網(wǎng)絡(luò)容納量。
[0004]在低功耗的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)中，為減少能量的消耗，通常是通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)TDMA調(diào)度算法的，但需要參與通訊的雙方首先實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，并且同步精度越高，防護(hù)頻帶越小，相應(yīng)的功耗也越低，在無(wú)線傳感網(wǎng)的分布式系統(tǒng)中，時(shí)間同步是一項(xiàng)關(guān)鍵的支撐技術(shù)，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步進(jìn)行了很多研宄，相繼提出了 RBS、DMTS,TPSN、FTSP, MINI/IIN1-SYNC、LTS和HRTS等協(xié)議算法。這些協(xié)議算法主要針對(duì)能耗、精度和擴(kuò)展性三個(gè)方面有不同的側(cè)重點(diǎn)，而不同的傳感網(wǎng)絡(luò)和不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)時(shí)間同步的要求也不同，從能耗上講，有的要求可以犧牲同步精度而保證能量，而有的場(chǎng)合更加重視同步精度；從精度上講，有的要求達(dá)到微秒級(jí)的同步，而有的應(yīng)用環(huán)境只需達(dá)到毫秒級(jí)的同步即可；而從可擴(kuò)展性來(lái)說(shuō)，無(wú)線傳感網(wǎng)是有大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，為了保證網(wǎng)絡(luò)的魯棒性和穩(wěn)定性，時(shí)間同步需要適用于可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)等。
[0005]所以，如何輕松組建一個(gè)功耗低同時(shí)又能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、容納性和實(shí)時(shí)性良好的網(wǎng)絡(luò)是工程師們重點(diǎn)研宄的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供了一種既能降低節(jié)點(diǎn)模塊的功耗，又能獲得了良好穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、容納性和實(shí)時(shí)性的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的:
[0008]一種適用于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的同步時(shí)分多址接入方法，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的基站根據(jù)信標(biāo)周期T定時(shí)廣播發(fā)送信標(biāo)幀，節(jié)點(diǎn)定時(shí)醒來(lái)或由突發(fā)事件喚醒等待接收信標(biāo)幀，節(jié)點(diǎn)在收到基站信標(biāo)幀時(shí)進(jìn)行時(shí)間同步，將工作時(shí)間按照基站信標(biāo)周期T分割成周期性互不重疊的時(shí)間段，再將每個(gè)時(shí)間段劃分成若干時(shí)隙；未加入基站網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)搜索切換頻點(diǎn)在第一個(gè)空閑時(shí)隙加入基站網(wǎng)絡(luò)，并由基站分配網(wǎng)絡(luò)編號(hào)；已入網(wǎng)分配過(guò)網(wǎng)絡(luò)編號(hào)的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)自身所分配網(wǎng)絡(luò)編號(hào)在固定時(shí)隙內(nèi)向基站上報(bào)數(shù)據(jù)，并接收網(wǎng)絡(luò)基站的回復(fù)。
[0009]優(yōu)選的，未入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)在收到基站網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)時(shí)進(jìn)行時(shí)間同步，在判斷該網(wǎng)絡(luò)基站容納量未滿和RSSI合適時(shí)，在信標(biāo)周期的第一個(gè)空閑時(shí)隙，即接到網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)的第一時(shí)間發(fā)送入網(wǎng)幀給網(wǎng)絡(luò)基站，網(wǎng)絡(luò)基站接收到未入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)幀后，分配網(wǎng)絡(luò)編號(hào)發(fā)送給未入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，未入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)接收到分配給自身的網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，完成入網(wǎng)環(huán)節(jié)，成為新入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。
[0010]優(yōu)選的，所述新入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)定時(shí)從低功耗醒來(lái)或由突發(fā)事件喚醒等待上報(bào)數(shù)據(jù)，在接收到網(wǎng)絡(luò)基站的信標(biāo)幀時(shí)進(jìn)行同步，在自身網(wǎng)絡(luò)編號(hào)的時(shí)隙內(nèi)將數(shù)據(jù)上報(bào)，并等待網(wǎng)絡(luò)基站的回復(fù)。
[0011]優(yōu)選的，所述新入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)的上報(bào)機(jī)制使用時(shí)分多址技術(shù)，即節(jié)點(diǎn)將工作時(shí)間按信標(biāo)幀周期分割成周期性的時(shí)間段，再將每個(gè)時(shí)間段劃分成若干時(shí)隙，時(shí)隙的多少由基站網(wǎng)絡(luò)容納的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)決定，每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)上報(bào)數(shù)據(jù)按照自身的網(wǎng)絡(luò)編號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)隙進(jìn)行上報(bào)數(shù)據(jù)。
[0012]優(yōu)選的，新入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)在完成系統(tǒng)初始化后，就進(jìn)入低功耗模式，所有同網(wǎng)絡(luò)基站的同步時(shí)分多址通訊均是在秒中斷和時(shí)隙中斷的定時(shí)器中斷中實(shí)現(xiàn)的，節(jié)點(diǎn)絕大多數(shù)時(shí)間都處于低功耗的狀態(tài)下。
[0013]優(yōu)選的，節(jié)點(diǎn)從低功耗醒來(lái)后進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的定時(shí)器中斷流程，所述定時(shí)器中斷的具體流程如下:
[0014]步驟101，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)子程序，然后執(zhí)行步驟102 ;
[0015]步驟102，節(jié)點(diǎn)打開(kāi)全局總中斷，然后執(zhí)行步驟103 ;
[0016]步驟103，判斷節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的狀態(tài)，即是否加入某個(gè)網(wǎng)絡(luò)基站的網(wǎng)絡(luò)，若為是，執(zhí)行步驟104;否則，執(zhí)行步驟105;
[0017]步驟104，節(jié)點(diǎn)已入網(wǎng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，判斷是否到了網(wǎng)絡(luò)基站定時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)間，若為是，執(zhí)行步驟106 ;否則，執(zhí)行步驟121 ;
[0018]步驟105，節(jié)點(diǎn)處于搜索網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，判斷是否到了搜索網(wǎng)絡(luò)基站的時(shí)間，若為是，執(zhí)行步驟115 ;否則，執(zhí)行步驟117 ;
[0019]步驟106，節(jié)點(diǎn)等待接收網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)，判斷是否接收網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)，若為是，則執(zhí)行步驟107，否則執(zhí)行步驟108 ；
[0020]步驟107，節(jié)點(diǎn)接收到網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)后，并不是立即上報(bào)數(shù)據(jù)，而是等待自身網(wǎng)絡(luò)編號(hào)所對(duì)應(yīng)的時(shí)隙到的時(shí)候才上報(bào)數(shù)據(jù)，在步驟107中判斷網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙時(shí)間是否到；若為是，執(zhí)行109 ;否則，繼續(xù)等待網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙即執(zhí)行步驟107 ;
[0021]步驟108，判斷節(jié)點(diǎn)等待網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)是否超時(shí)，若為是，則執(zhí)行步驟110，否則，繼續(xù)等待接收網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)即執(zhí)行步驟106 ;
[0022]步驟109，節(jié)點(diǎn)接收到網(wǎng)絡(luò)后，向網(wǎng)絡(luò)基站上報(bào)數(shù)據(jù)；然后執(zhí)行步驟111 ;
[0023]步驟110，節(jié)點(diǎn)接收網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)超后，將退出該網(wǎng)絡(luò)基站的網(wǎng)絡(luò)，清除入網(wǎng)標(biāo)志位，然后執(zhí)彳丁步驟121 ；
[0024]步驟111，節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)基站上報(bào)數(shù)據(jù)后，等待網(wǎng)絡(luò)基站的回復(fù)，判斷是否接收到網(wǎng)絡(luò)基站的回復(fù)，若為是，執(zhí)行步驟112 ;否則執(zhí)行步驟113 ;
[0025]步驟112，節(jié)點(diǎn)上報(bào)成功后，將清零定時(shí)上報(bào)計(jì)數(shù)器，然后執(zhí)行步驟121 ;
[0026]步驟113，判斷節(jié)點(diǎn)等待接收網(wǎng)絡(luò)基站回復(fù)是否超時(shí)，若為是，執(zhí)行步驟114 ;否貝1J，執(zhí)彳丁步驟111繼續(xù)等待網(wǎng)絡(luò)基站的回復(fù)；
[0027]步驟114，節(jié)點(diǎn)接收網(wǎng)絡(luò)基站回復(fù)等待超時(shí)后，將退出基站的網(wǎng)絡(luò)，清掉入網(wǎng)的標(biāo)志，然后執(zhí)行步驟121 ;
[0028]步驟115，搜索網(wǎng)絡(luò)時(shí)間到后，節(jié)點(diǎn)判斷是否接收到合適的網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)，若成功，則執(zhí)行步驟116 ;失敗，則執(zhí)行步驟117 ;
[0029]步驟116，節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送入網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，然后執(zhí)行步驟118 ;
[0030]步驟117，判斷節(jié)點(diǎn)等待接收合適網(wǎng)絡(luò)基站的網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)是否超時(shí)，若為是，執(zhí)行步驟121，否則，繼續(xù)等待網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)即執(zhí)行步驟115 ;
[0031]步驟118，判斷節(jié)點(diǎn)是否接收到網(wǎng)絡(luò)基站對(duì)入網(wǎng)幀的回復(fù)，若為是，執(zhí)行步驟119，否則，執(zhí)行步驟120;
[0032]步驟119，節(jié)點(diǎn)保存由網(wǎng)絡(luò)基站分配的網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，并置位入網(wǎng)標(biāo)志，表示已成功加入網(wǎng)絡(luò)，然后執(zhí)行步驟121 ;
[0033]步驟120，節(jié)點(diǎn)判斷接收網(wǎng)絡(luò)基站對(duì)入網(wǎng)幀的回復(fù)是否超時(shí)，若為是，執(zhí)行步驟121 ;否則，繼續(xù)等待網(wǎng)絡(luò)基站的回復(fù)即執(zhí)行步驟118 ;
[0034]步驟121，節(jié)點(diǎn)退出定時(shí)器中斷服務(wù)子程序。
[0035]優(yōu)選的，整個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中有若干網(wǎng)絡(luò)基站存在，并且每個(gè)網(wǎng)絡(luò)基站的頻點(diǎn)不同，未入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)通過(guò)跳頻的方式搜索加入對(duì)自身最有利的基站。
[0036]優(yōu)選的，所述網(wǎng)絡(luò)基站工作的主流程如下:
[0037]步驟201，網(wǎng)絡(luò)基站上電，然后執(zhí)行步驟202 ；
[0038]步驟202，網(wǎng)絡(luò)基站完成系統(tǒng)和外圍設(shè)備的初始化，然后執(zhí)彳丁步驟203 ；
[0039]步驟203，網(wǎng)絡(luò)基站按照信標(biāo)周期T廣播發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀，然后執(zhí)行204 ;
[0040]步驟204，網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送完網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)后，判斷是否接收到節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)幀，若為是，執(zhí)行步驟205 ;否則，執(zhí)行步驟206 ；
[0041]步驟205，網(wǎng)絡(luò)基站保存入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)，并