WSN终端节点及其基于ZigBee的低功耗侦听方法

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络（Wireless sensor network，WSN）技术，尤其涉及一种WSN终端节点及其基于ZigBee的低功耗侦听方法。

背景技术

低功耗向来是无线传感器网络的一个重要特性。由于一般情况下无线传感器网络的终端节点采用电池供电，为保证工作时间，往往需要采用关闭无线数据收发这个终端节点耗能的模块来降低运行功耗。

为了解决无线传感器网络中的终端节点的能耗问题，世界范围内已投入大量精力进行研究（包括MAC协议和路由协议等改进）。同时，随着芯片技术的发展，芯片的功耗也在不断的降低。以CC2530为例，其提供了休眠-唤醒模式，节点在休眠时的功耗为0.9uA，而在收发数据时的平均功耗为30mA，因此，在射频关闭状态下其功耗能够得以大大节约。

可见，对于无线传感器网络中的终端节点的功耗控制主要就集中于对射频的合理开关上。通常采用的方式是唤醒后，根据路由信息发送或者直接广播发送节点信息。但是由于终端节点的可移动性，导致在根据路由信息发送上一次发送的地址可能由于移动变换而导致发送不成功。终端节点唤醒时向谁发送成为了这种工作模式的瓶颈；单纯广播发送往往容易造成通信的不可靠；而如果每次唤醒后，为了保证通信的可靠性仍需要建立连接，则建立连接的成本要远远高于发送采集信息的成本，发送一次数据可能需要终端节点间多次发送才能完成连接的建立，从而会消耗终端节点更多的能量。同时，在建立连接中使用广播方式很可能引起信道占用冲突。此外，这种方式中，通常上层设备只能被动接收终端节点发送的发送自身状态数据或报警数据，上层设备无法将环境等危险情况主动报警给终端节点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种WSN终端节点及其基于ZigBee的低功耗侦听方法，以实现降低WSN终端节点的功耗的同时保证其双向可靠通信。

为达到上述目的，本发明一方面提供了一种基于脉冲侦听的ZigBee低功耗侦听方法，包括以下步骤：

在从休眠周期转入定时唤醒周期后，终端节点进行空频检测；

若检测到与自身匹配的唤醒器，则进行相应的数据传输处理，否则关闭自身的射频模块而转入休眠周期；其中，所述若检测到与自身匹配的唤醒器，则进行相应的数据传输处理，具体为：

若检测到与自身匹配的唤醒器，则进一步检测是否有上层设备通过所述唤醒器下发的主动报警；如果有主动报警，则进行状态存储并报警，然后根据本地规则判断是否需要上传本地报警；如果没有主动报警，则直接根据本地规则判断是否需要上传本地报警；

若需要上传本地报警则返回所述本地报警；若不需要，则根据规则周期性返回自身数据；

将所述本地报警或所述自身数据通过所述射频模块通过发送至所述唤醒器，然后关闭自身的射频模块而转入休眠周期，由所述唤醒器将其转发给所述上层设备。

本发明的基于脉冲侦听的ZigBee低功耗侦听方法，当将所述本地报警或所述自身数据通过所述射频模块通过发送至所述唤醒器不成功时，将其保留状态以待下次发送。

本发明的基于脉冲侦听的ZigBee低功耗侦听方法，所述空频检测的用时不超过所述终端节点的休眠周期的1/500。

再一方面，本发明还提供了一种WSN终端节点，其执行上述的基于脉冲侦听的ZigBee低功耗侦听方法。

本发明的WSN终端节点，其中，当将所述本地报警或所述自身数据通过所述射频模块通过发送至所述唤醒器不成功时，将其保留状态以待下次发送。

本发明的WSN终端节点，其中，所述空频检测的用时不超过所述终端节点的休眠周期的1/500。

利用本发明的WSN终端节点的低功耗侦听方法，当终端节点周围有可靠接收节点（即唤醒器）时，这种侦听方法仅需完成一次收发数据就能完成数据传送，而现有技术连接的建立方式需要在单次传输数据前，通过多次多步的收发进行链接建立，因此，本发明的WSN终端节点的低功耗侦听方法可以节省二到多倍的通信时间；当终端节点周围无可靠接收节点时，仅需侦听很短一段时间，即可判断通讯正常是否正常，并在通讯不正常时立即进入睡眠状态，而不必像现有技术那样需要等待超时，因此，大大降低了WSN终端节点的能耗。此外，本发明的WSN终端节点中，上层设备到终端节点以及终端节点到上层设备均可实现按需报警，从而实现了双向报警通信。

附图说明

图1为本发明的WSN终端节点的低功耗侦听方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

参考图1所示，本实施例的WSN终端节点的低功耗侦听方法的流程为如下步骤：

步骤S1、终端节点处于休眠周期。

步骤S2、定时器在终端节点的休眠周期到期后触发终端节点转入唤醒周期，从而唤醒终端节点。

步骤S3、在从休眠周期转入定时唤醒周期后，终端节点进行空频检测，空频检测只用很短一段时间，一般用时不超过终端节点的休眠周期的1/500。

步骤S4、根据空频检测结果判断当前是否存在与自身匹配的唤醒器，如果不存在，则执行步骤S5，否则执行步骤S6。

步骤S5、关闭自身的射频模块转入休眠周期然后执行步骤S1，等待下一唤醒周期（即开射频时间点）的到来。

步骤S6、检测是否有上层设备通过唤醒器下发的主动报警信息，如果有，则执行步骤S7，否则执行步骤S8。

步骤S7、将上层设备通过唤醒器下发的主动报警信息的进行状态存储并报警，然后执行步骤S8。

步骤S8、根据本地规则判断是否需要上传本地报警，如果需要，则执行步骤S9a，否则执行步骤S9b。

步骤S9a、返回本地报警，然后执行步骤S10。

步骤S9b、根据规则周期性返回自身数据，然后执行步骤S10。

步骤S10、将本地报警或自身数据通过射频模块通过发送至唤醒器然后执行步骤S5。当不成功时，将其保留状态以待下次发送。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。