无线传感器网络跨周期应答的信息传输技巧

无线传感器是指传感器加无线传输模块，传感器采集的数据经过无线传输模块传到服务器或采集器。根据不同需求选择传感器，如温湿度、电压电流、功耗、震动、液面、压力等等，无线传输模块可以实现中短距离的信号传输。无线传感器可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织、建材、 水文、地质勘察以及其它环境的测量。特别适合以下特殊环境的现场应用：野外环境或温差变化较大的恶劣环境下的现场使用；高温、高压、有毒有害气体容易泄露、不宜去人观察的危险区域的现场使用；无外接电源供电场所的温度连续测量；不适宜连线通过、不能挖沟布线的现场条件下的温度测量；便携式非固定场所的温度测量。下面小编来为大家介绍无线传感器网络跨周期应答的信息传输方法、无线传感器网络的11个常见问题及解答。一起来看看吧！

无线传感器网络跨周期应答的信息传输方法

一、基于同步机制的MESH网络

1、随着无线传感器网络技术的应用推广和研究投入增加，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上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，发送时隙较小。

2、针对此类应用场合，目前比较先进的是基于同步休眠机制的MESH网络，如图1所示。MESH网络已没有终端节点、路由节点之分别，各节点均具有路图1基于同步休眠的MESH网络图由功能，可以实现所有节点之间任意自组网，是一个彻底的自组网技术。在同步休眠的MESH网络中，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的情况下工作。由于所有的节点只同时在规定的时间图2跨周期应答机制的信息传输过程范围内通信，其他时间节点进入深度睡眠，从而能够保持最小的功耗，并且能够长时间地稳定工作。同时，MESH网络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，当某一路由中断时，可自动修改路由链路，具有很好的自愈能力，提高了系统的网络健壮性，特别适用于各类野外WSN系统的组网应用。

3、然而，与常规MESH网络一样，基于同步休眠机制的MESH网络中每个节点需要为其余节点提供路由服务，因此其路由功耗开销已不可忽视。虽然在基于同步休眠机制的MESH网络里，对MAC（介质接入控制）协议和路由协议进行了优化设计，以降低节点功耗，但是，其缺乏对应用层中相关通信协议的规范，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，从而影响节点能耗量，因此，不同应用层通信协议给系统中各节点功耗带来了不确定性影响。为此需要研究应用层协议，以更好地降低通信数据流量。

二、降低通信数据流量的方法比较

目前已有的降低通信数据流量的方法较多，具有代表性的包括基于网络编码的数据重传法、请求重传法、数据压缩法、数据聚合法等。基于网络编码的数据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。请求重传法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据量传输网络，在这种小数据量的无线传感器网络中没有明显效果。

三、跨周期应答的信息传输方法

1、总体方案

针对前述降低通信数据流量方法的缺陷，通过研究实验，可以采用一种基于跨周期应答机制的无线传感网络信息传输方法来解决。其总体方案是通过一种允许跨越休眠周期进行应答的机制，如果传感器节点在前一个通信周图3跨周期应答机制的信息帧格式期已成功发送数据，但直到新的通信周期的接收时隙仍未收到网关的数据接收成功应答信息，相关数据才会在新周期的发送时隙被重传一次。本方法可减少数据重传次数，进而减少通信数据流量，可最大化缩短通信时隙，降低路由开销，达到降低无线传感器网络各节点能耗的目的。

2、通信周期时隙划分

（1）在跨周期应答机制中，将无线传感网络的每一个通信周期分为苏醒期和休眠期，将网关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，如图2所示。

（2）从图2可以看出，网关的发送时隙与无线传感节点的接收时隙时间相同；网关的延迟时隙与无线传感节点的延迟时隙时间相同；网关的接收时隙为无线传感节点的发送时隙和路由时隙之和。

（3）其中，网关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。网关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。

（4）网关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。这种时隙的划分可实现系统设备的分时发送数据，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，进而降低节点能耗。在一个通信周期中，各时隙长度可根据具体系统情况来灵活配置，使整个网络在通信通畅稳定之下，尽可能缩短苏醒期时长，降低能耗。同时网关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上一周期内未完成的信息通信，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。

3、跨周期应答机制的信息帧格式

跨周期应答中所传输的信息帧包括数据帧和应答信息帧。

（编辑：晋中站长网）

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