一种无线传感器网络节点入网及运行功率自适应方法

摘要

本发明公开一种无线传感器网络节点入网及运行功率自适应方法。本方法在确保无线传感器网络通信可靠的前提下，动态闭环调节节点发射功率，实现节点的低功耗。本发明采用一个星型无线传感器网络，功率自适应方法包括：节点入网期间的功率自适应调节；节点正常运行的功率自适应调节。

主权项

1.一种无线传感器网络节点入网及运行功率自适应方法，其特征在于采用星型无线传感器网络其中：    1个网关（1），主要负责无线网络的管理调度，包括对整个无线传感器网络的网络组建，命令发布，数据监视；有线部分通过现场总线连接到上位机（3），实现上位机（3）的数据发布；N个节点（2），主要负责数据采集，并将采集到的数据做适当的数据处理，最后通过无线发送给网关（1）；1个上位机（3），主要负责将网关传送上来的数据做显示，并具备网络的配置功能；节点（2）入网期间的发射功率自适应调节方法的具体步骤如下：    1) 步骤201，网关（1）在其工作信道上广播一段时间的网络建立帧，来组建一个无线传感器网络；    2) 步骤202，节点（2）收到网络建立帧后，回复网关（1）一个入网请求，即入网帧，表示本节点（2）想要加入由该网关（1）作为网络管理者的无线传感器网络；    3) 步骤203，网关（1）收到每个节点（2）的入网请求后，分别给相应的节点（2）分配一个网络地址，网络地址作为节点（2）在本网关（1）管理下的唯一标识；    4) 步骤204，节点（2）进入等待状态，等待网关（1）相应命令；    5) 步骤205，节点（2）接收网关（1）的同步帧，完成该网关（1）管理下的整个无线传感器网络的时间同步；    6) 步骤206，节点（2）完成时间同步后，按照网关（1）给每个节点（2）固定分配的时隙，节点（2）以最低发射功率开始发送数据；    7) 步骤207，若节点（2）没有收到网关（1）的确认帧，则节点（2）需要进入步骤209增加发射功率；    8) 步骤208，若节点（2）收到网关（1）的确认帧，则马上从确认帧中获取上一次节点（2）成功发送数据给网关（1）的接收信号强度值Node_RSSI，若Node_RSSI≥Node_RSSI_threshold，表示上一次的节点（2）发射功率满足通信需求，可将上一次的节点（2）发射功率继续作为下一次节点（2）向网关（1）发送数据的发射功率；若Node_RSSI≤Node_RSSI_threshold，表示节点（2）发射功率偏小，节点（2）发送数据给网关存在潜在的丢包威胁，必须增加发射功率，节点（2）下次进行数据传输的时候采用修改后的发射功率；进入步骤210；9) 步骤209，节点（2）增加其发射功率进行数据的重新发送；若节点（2）收到网关（1）的确认帧表示节点（2）发送数据成功，需要进入步骤208对上次节点（2）发送数据成功的接收信号强度进行评估，若没有收到确认帧则节点（2）继续增加发射功率进行步骤209，直至收到确认帧；    10) 步骤210，节点（2）成功加入一个网络并调整好发射功率后，节点（2）进入休眠状态；节点（2）正常运行时序下的发射功率自适应调节方法的具体步骤如下：1）步骤,301，节点（2）等待来网关（1）在每一个工作周期开始时发布的时间同步帧，使得该网络中的节点（2）达到时间同步；2）步骤302，节点（2）等待来自网关（1）的命令帧，在后续的工作时序中，节点按照网关（1）给予的命令进行相应的工作；3）步骤303，节点（2）发送实时数据帧给网关（1）；4）步骤304，若节点（2）发送数据失败，适当增加发送失败节点（2）的发射功率；5）步骤305，网关（1）收到节点（2）发送的实时数据帧后，回复节点（2）一个确认帧，确认帧中附带节点（2）最近一次网关（1）发送数据成功时的RSSI值；6）步骤306，节点（2）评估该Node_RSSI值；将Node_RSSI和上限接收信号强度Node_RSSI_high及下限接收信号强度Node_RSSI_low进行比较比较；若Node_RSSI_high≥Node_RSSI≥Node_RSSI_ low，表示上次的节点（2）发送数据帧给网关（1）的发射功率适中，可以保存该发射功率作为下一次节点（2）发送数据帧给网关（1）的发射功率值；若Node_RSSI≥Node_RSSI_ high，表示上次节点（2）发送数据帧给网关（1）的节点（2）发射功率过大，节点（2）的能耗过大；因此，需要将节点（2）的发射功率下调一级，并将调整后的节点（2）发射功率进行保存，作为下次节点（2）发送数据帧时的发射功率使用；若Node_RSSI_ low≥Node_RSSI，表示上次节点（2）发送数据帧给网关（1）的节点（2）发射功率值太小，虽然节点（2）数据帧发送成功，也收到了确认帧，但如果下次节点（2）发送数据帧仍然使用该发射功率，则存在潜在丢包的威胁性；因此，需要将节点（2）的发射功率上调一级，并将调整后的节点（2）发射功率进行保存，作为下次节点（2）发送数据帧给网关（1）的发射功率使用；7）步骤307，节点（2）评估完毕进入休眠，并在该周期的剩余工作时间内都处于休眠状态，直到下一个周期开始。