專利名稱：一種無線傳感網能耗控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線傳感網領域，更具體地說，涉及一種無線傳感網能耗控制系統。
背景技術：
無線傳感器網絡通常包括多個傳感器節點、路由節點、協調器和管理節點。大量的傳感器節點部署在需要監測的區域內，通過自組織方式構成無線傳感網絡的終端。各節點監測數據沿路由節點逐跳傳輸后送至協調器，然后，通過遠距離的數據傳輸技術到達管理節點。用戶通過管理節點對網絡進行配置和管理，發布監測任務及收集數據。目前，無線傳感器網絡中的各個節點一般都是采用電池供電來提供電源，從而，可以使用的電量相對有限；在實際應用中，經常會因為節點中的電源用盡而影響無線傳感網的正常應用。雖然對于如何延長節點的電源壽命，許多研究人員針對這個問題提出了不少解決方案，但是每種方案都會存在一定的問題；比如，多種解決方案中，選用高能量密度的大容量一次性電池的方案，需要定期巡查節點的工作狀態，如果發現有的節點的電量不足， 則需要更換電池；當采用這種方案時，即使選用目前能量密度較大的鋰電池，也會因為其自身漏電流大而使各節點的電源壽命較短。此外，當選用容量大的電池時，也會造成節點的體積和成本也相對增大，從而限制了無線傳感網在很多領域的使用。對于如何延長節點的電源壽命，另外一類解決方案是在配備一定容量的電池的同時，還增加了其他的能量來源。比如，太陽能和風能；但是，這種解決方案受到環境的限制， 如太陽能電池必須要有良好的光照條件；風能也是一種普遍可以利用的動力，通過風力轉動風車，使壓電晶體變形而產生電壓。風能發電裝置的缺點是裝置本身比較復雜，成本比較高，而且是要在有風的條件下工作，沒辦法大量推廣。綜上所述，目前急需一種能夠適應各種應用場景的，可以有效地延長無線傳感網中各節點電源使用壽命的電源控制系統。
實用新型內容有鑒于此，本實用新型實施例提供一種無線傳感網控制系統，以實現在各種應用場景中均能有效地延長無線傳感網中各節點電源使用壽命的目的。本實用新型實施例是這樣實現的一種無線傳感網能耗控制系統，任包括管理節點和傳感器節點；管理節點包括任務調度模塊；傳感器節點包括定時啟動模塊、模式控制模塊、傳感器和無線發射部件控制模塊；任務調度模塊用于指令定時啟動模塊、模式控制模塊、傳感器和無線發射部件控制模塊進行如下操作使定時啟動模塊在設定時間啟動CPU，使所述CPU進入正常運行模式并啟動傳感器轉換；使模式控制模塊在啟動傳感器轉換后，控制CPU進入低功耗模式；在所述傳感器轉換完成后，使模式控制模塊控制CPU進入正常運行模式并讀取所述傳感器采集的信息數據；使無線發射部件控制模塊啟動無線發射部件電源，當無線發射部件發送包括傳感器采集的信息數據的上行數據完畢后，關閉無線發射部件電源；使模式控制模塊在關閉無線發射部件電源后，控制CPU進入休眠模。優選的，在本實用新型實施例中，在所述關無線發射部件還用于接收下行數據。優選的，在本實用新型實施例中，還包括報文長度設定模塊，用于將發送數據的發送報文的長度設置為32個字節。優選的，在本實用新型實施例中，路由器節點包括冗余數據刪除模塊，用于在發送上行數據前，刪除所述信息數據中的冗余數據。優選的，在本實用新型實施例中，還包括路由管理策略模塊，用于根據所有路由節點的路由表，得出各路由節點的使用頻率；在計算路由節點的上行數據傳輸路徑時，獲取所述上行數據的源地址到目的地址之間所有有效鏈路路徑；在所有有效鏈路路徑中選擇路由節點數目少且路由節點的使用頻率低的路徑作為所述上行數據的傳輸路徑。優選的，在本實用新型實施例中，還包括傳感器節點啟動策略模塊，用于確定需要啟動的傳感器節點；在啟動傳感器節點時，只啟動需要啟動的傳感器節點。從上述的技術方案可以看出，在本實用新型實施例中，通過設有定時啟動模塊、模式控制模塊和無線發射部件控制模塊，從而使得傳感器節點只在設定的時間段內啟動，在其他時間段內使傳感器節點處于休眠狀態，從而減少功耗；此外，通過傳感器節點啟動后， 在啟動傳感器轉換過程的時間段中，將傳感器節點CPU進入低功耗模式，在傳感器轉換完成后再使CPU進入正常運行模式，從而使得CPU的電力消耗有效地減少。本實用新型實施例通過將傳感器節點在不需要運行的時間段設置為休眠，以及在啟動傳感器轉換過程的時間段中，將傳感器節點CPU進入低功耗模式，有效地降低了傳感器節點電源的電源功耗，最終使得傳感器節點的電源壽命有效地提高。由于在本實用新型實施例中，不需要額外增加電源，也不需要使用大體積的電源，所以不會收到應用場景的限制。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型實施例中所述無線傳感網傳感器節點的能耗管理系統結構示意圖。
具體實施方式
4[0027]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。為了在各種應用場景中均可有效地延長無線傳感網中各節點電源使用壽命，本實用新型實施例提供一種無線傳感網傳感器節點的能耗管理系統，如圖1所示，包括包括管理節點1和傳感器節點2 ；管理節點1包括任務調度模塊11 ；傳感器節點2包括定時啟動模塊21、模式控制模塊22、傳感器23和無線發射部件控制模塊M ；任務調度模塊11用于指令定時啟動模塊21、模式控制模塊22、傳感器23和無線發射部件控制模塊M進行如下操作使定時啟動模塊21在設定時間啟動CPU25，使所述CPU25進入正常運行模式并啟動傳感器23傳進行感器轉換；使模式控制模塊22在啟動傳感器轉換后，控制CPU25進入低功耗模式；在所述傳感器轉換完成后，使模式控制模塊22控制CPU25進入正常運行模式并讀取所述傳感器23采集的信息數據；使無線發射部件控制模塊M啟動無線發射部件電源，當無線發射部件發送包括傳感器采集的信息數據的上行數據完畢后，關閉無線發射部件電源；使模式控制模塊22在關閉無線發射部件電源后，控制CPU25進入休眠模式。由于一般情況下，傳感器節點不需要全天候的運行，為此，在本實用新型實施例中，通過在管理節點1中的操作系統中設有任務調度模塊11，來對傳感器節點2中的定時啟動模塊21、模式控制模塊22、傳感器23和無線發射部件控制模塊M進行控制；從而使得在傳感器節點2不需要工作的時間段中，將傳感器節點2設置為休眠狀態，通過設有定時裝置，可以在設定的時間將傳感器節點2喚醒并啟動；在傳感器節點2啟動后，將會啟動傳感器轉換。由于傳感器節2點休眠狀態的電力消耗遠遠地小于傳感器節點2啟動狀態的電力消耗，所以，通過將傳感器節點2設置為休眠可以有效地延長傳感器節點2的電源使用壽命。由于在傳感器轉換的過程中，不需要傳感器節點中的CPU25參與運行，為此，在這一時間段中，CPU25可以進入低功耗模式；由于CPU25進入低功耗模式后也可以有效地減少傳感器節點2的電力消耗，從而可以進一步的延長傳感器節點2的電源使用壽命。在傳感器轉換完成后，控制CPU25進入正常運行模式并讀取所述傳感器23采集的信息數據；啟動無線發射部件電源，發送包括傳感器采集的信息數據的上行數據；為了保證傳感器節點的正常工作，在傳感器轉換完成后，需要將CPU25設置為正常的運行模式，從而可以讀取所述傳感器采集的信息數據，以及，啟動無線發射部件電源， 發送包括傳感器23采集的信息數據的上行數據。進一步的，由于傳感器節點2有時候還會接收到發自服務器端的下行數據，在這些下行數據中，一般會包括對于傳感器節點的指令或是對于傳感器節點中參數的更新，此時，傳感器節點則會按照指令執行相應的操作，或修改相應的參數；比如，可以按照服務器的指令修正傳感器節點中的時間。進一步的，在本實用新型實施例中，發送包括傳感器采集的信息數據的上行數據時，可以通過報文長度設定模塊將發送數據的發送報文的長度設置為32個字節。由于在傳感器節點2，無線發射部件的啟動電能消耗較大，為了能夠盡量的減少無線發射部件的啟動次數，需要將發送數據的發送報文的長度盡量的增長；但與此同時，發送報文的長度的增長會增加報文的出錯幾率，這樣，出錯的報文需要重新發送，所以也會增加無線發射部件的電能消耗，為此，需要將報文的長度設置于一個優選的長度；在本實用新型實施例中，將發送數據的發送報文的長度設置為32個字節。當傳感器節點2的工作完成后，關閉無線發射部件電源，CPU進入休眠。當傳感器節點的工作完成后，比如，將傳感器所采集的信息數據發送給服務器后， 以及，按照服務器端的指令執行完相應的操作后，為了節省傳感器節點的電能消耗，需要將傳感器節點設置為休眠狀態。在本實用新型的另一實施例中，在采用上述實施例中的技術方案的同時，在路由節點，還包括冗余數據刪除模塊，以使得發送包括傳感器采集的信息數據的上行數據前，刪除所述信息數據中的冗余數據。由于在實際應用中，傳感器節點的分布有可能會很密集，所以有可能會使得多個傳感器節點傳輸到同一路由節點中的信息數據是重復的；比如，在同一區域內，鄰近的多個傳感器節點的溫度傳感器有可能采集到的溫度數據是一樣的，這樣，鄰近的多個傳感器節點會向同一路由節點發送相同的關于溫度信息的信息數據。為此，在本實用新型實施例中，通過冗余數據刪除模塊將同一路由器節點中所得到重復的信息數據刪除，從而避免向服務器端發送重復數據，進而減少了路由節點數據的發送量，由此也就減少了路由節點的無線發射部件的啟動時長和啟動次數，從而也就有效地減少了路由節點的電能消耗，進而也就有效地增加了路由節點電源的使用壽命。在本實用新型的另一實施例中，在采用上述實施例中的技術方案的同時，還包括路路由管理策略模塊，路由管理策略模塊用于根據所有路由節點的路由表，得出各路由節點的使用頻率；在計算路由節點的上行數據傳輸路徑時，獲取所述上行數據的源地址到目的地址之間所有有效鏈路路徑；在所有有效鏈路路徑中選擇路由節點數目少且路由節點的使用頻率低的路徑作為所述上行數據的傳輸路徑。對整個無線傳感器網絡而言，需要從全局上考慮如何將信息數據從數據源傳遞到目的地。為了在源和目的地之間找到一條節能的多跳路由路徑，可以選擇。可以在所有有效鏈路路徑中，選擇路由節點數目少的路徑，但這樣未必能延長網絡中路由節點的生存時間，因為某些處于關鍵位置的路由節點可能被過度使用而導致電源過早耗盡。為避免這種情況，無線傳感網中的組織者協調器需要通過路由節點的路由表知道個各個路由節點的使用頻率，從而可以估計每個路由節點的能耗負荷，進而，通過計算所有節點數據上傳的可能路徑，對每個路由節點的路由表進行均衡分配，保證所有路由節點的使用上達到均衡。在本實用新型實施例中，還可以包括傳感器節點啟動策略模塊，傳感器節點啟動策略模塊，用于確定需要啟動的傳感器節點；在啟動傳感器節點時，只啟動需要啟動的傳感器節點。在實際應用中，傳感器節點的分布有可能會很密集，所以有可能會使得多個傳感器節點傳輸到同一路由節點中的信息數據是重復的；比如，在同一區域內，鄰近的多個傳感器節點的溫度傳感器有可能采集到的溫度數據是一樣的，所以，在這種情況下，不需要啟動所有傳感器節點，為此，可以通過減少傳感器節點的啟動數量來有效地減少傳感器節點的電能消耗，從而有效地延長傳感器節點電源的使用壽命。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求1.一種無線傳感網能耗控制系統，其特征在于，包括管理節點和傳感器節點；管理節點包括任務調度模塊；傳感器節點包括定時啟動模塊、模式控制模塊、傳感器和無線發射部件控制模塊； 任務調度模塊用于指令定時啟動模塊、模式控制模塊、傳感器和無線發射部件控制模塊進行如下操作使定時啟動模塊在設定時間啟動CPU，使所述CPU進入正常運行模式并啟動傳感器轉換；使模式控制模塊在啟動傳感器轉換后，控制CPU進入低功耗模式； 在所述傳感器轉換完成后，使模式控制模塊控制CPU進入正常運行模式并讀取所述傳感器采集的信息數據；使無線發射部件控制模塊啟動無線發射部件電源，當無線發射部件發送包括傳感器采集的信息數據的上行數據完畢后，關閉無線發射部件電源；使模式控制模塊在關閉無線發射部件電源后，控制CPU進入休眠模式。
2.根據權利要求1所述能耗控制系統，其特征在于，在所述關無線發射部件還用于接收下行數據。
專利摘要本實施例公開了一種無線傳感網能耗控制系統，包括管理節點和傳感器節點；管理節點包括任務調度模塊；傳感器節點包括定時啟動模塊、模式控制模塊、傳感器和無線發射部件控制模塊；任務調度模塊用于指令定時啟動模塊、模式控制模塊、傳感器和無線發射部件控制模塊進行相關操作。本實施例通過將傳感器節點在不需要運行的時間段設置為休眠，以及在啟動傳感器轉換過程中，將傳感器節點CPU進入低功耗模式，有效地降低了傳感器節點電源的電源功耗，最終使得傳感器節點的電源壽命有效地提高。由于在本實用新型實施例中，不需要額外增加電源，也不需要使用大體積的電源，所以不會收到應用場景的限制。
文檔編號H04W52/02GK202206549SQ20112018798
公開日2012年4月25日 申請日期2011年6月3日 優先權日2011年6月3日
發明者姬江濤, 張余, 薛君志, 閔新力, 高珊 申請人:上海申騰信息技術有限公司