專利名稱：一種事件自適應的傳感器節點的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線傳感器網絡和物聯網技術領域，尤其涉及事件自適應的無線傳感器節點節能休眠方法。
背景技術：
隨著無線傳感器節點與網絡技術的發展，無線傳感器的應用范圍越來越廣，專業性也越來越強。各種專業傳感器節點的產生，也對無線傳感器網絡的組網帶來了挑戰大量專業傳感器節點(如環境監測中的降雨量傳感器、PH值監測器，醫療環境的血壓、心電傳感器等等)，需要由專業的傳感設備制造商提供；而其通信、組網能力，又隨應用需求環境的變化而不同，傳感設備制造商在此方面無法提供兼容各種需求的通信方式。另外，隨著無線傳感器網絡在各種領域應用的不斷推廣，設計面向各種環境的通用傳感器節點，并提高傳感器節點的節能效率，成為一個迫切需要解決的問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種能面向各種環境，并通過提高節能效率，延長其生存期的傳感器節點。本發明為了解決上述問題所采用的技術方案是，一種事件自適應的傳感器節點，包括相互獨立的傳感模塊和通信模塊，傳感模塊與通信模塊通過通用接口相連；所述傳感模塊用于采集應用環境中的數據，并通過通用接口將采集到的數據發送至通信模塊；所述通信模塊用于，用于當通信模塊處于運行狀態時，接收從通用接口傳遞過來的數據，并進行組網，將接收到的數據通過網絡接口發送至網絡，并預測下一個事件發生時間，并根據預測的下一個事件發生時間來確定通信模塊的喚醒時段；當沒有數據需要通信模塊收發時，通信模塊進入休眠狀態，直至喚醒時段到達，通信模塊被喚醒進入運行狀態；所述事件為傳感模塊每次采集并向通信模塊發送數據。本發明采用傳感模塊與通信模塊分離的方式，將數據采集功能與通信功能分開獨立設置，解決傳感設備面向復雜環境的專業性需求和通信組網中的適用性、兼容性需求，形成一種新的無線傳感器節點架構。其中傳感模塊和通信模塊可以獨立設計，由不同行業的制造商各自生產，只需要其中采用通用的接口方式。另外，考慮到節能問題，不同的傳感模塊對數據的采集周期不同、頻率不同，而通信模塊若始終保持工作狀態，隨時準備從傳感設備接收數據、并發向傳感器網絡的話，那么通信模塊將產生很大的能量消耗，并影響整個傳感器節點的生存期。發明提出了通信模塊的自適應休眠機制。通過預測下一個事件發生時間來設置通信模塊的喚醒時間，以實現休眠后的自動喚醒，休眠機制降低了通信模塊的能量消耗，提高整個傳感器節點的生存時間。進一步的，為了提高預測的準確性，通信模塊根據預測結果與實際發生結果的吻合度對下一個事件發生時間的預測結果進行調整。
進一步的，通信模塊根據預測的下一個事件發生時間與最近事件發生時間的間隔來確定通信模塊處于休眠時段時的休眠深度，所述間隔越長，休眠深度越深。本發明的有益效果包括(I)將傳感器分為傳感模塊和通信模塊，利于傳感模塊和通信模塊的標準化生產，提高傳感器節點對不同環境的適用性與兼容性；(2)在此基礎上提出的事件自適應分級休眠機制能夠提高通信模塊的節能效率，延長傳感器節點的生存期。
圖I是通用傳感器節點示意圖。圖2是表示系統休眠時間的預測方法。圖3是傳感器節點事件發生時刻與休眠時間的關系。圖4是通信節點休眠程度選擇過程。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，對本發明做更進一步的說明。首先，通用傳感器節點由兩個部分組成傳感模塊與通信模塊，并使用通用接口將傳感模塊和通信模塊連接起來，如圖I所示。傳感模塊主要負責采集各種應用環境中的數據，并通過通用接口與通信模塊連接，從而應用于不同行業的傳感設備(如環境監測、醫療衛生、軍事等等)，可由不同行業的設備制造商提供，而不需要考慮其通信功能。通信模塊主要負責接收傳感設備從通用接口傳遞過來的數據，并進行組網，以便把這些數據發送到最終網絡中的sink節點(匯聚節點)。通信模塊的制造，只需要配以標準的通用接口，并考慮設備本身的組網通信要求，而不需要考慮各種不同行業不同類型的數據采集需求。通用接口為連接傳感設備與通信設備的通道，只要都使用通用接口，采用AD (模擬量輸入接口)、GPIO (通用輸入/輸出接口)或USB (通用串行總線)等方式，數據采集與組網通信可各自獨立，由不同的制造商獨立提供。通用接口需統一參考已有標準(如RS232、USB、RJ45等)，或制訂新的標準。本發明將傳感模塊每次采集并向通信模塊發送數據看作一個事件，來實現基于傳感事件的通信模塊自適應休眠方法。通過自適應休眠，降低通信模塊的能量消耗，其具體處理流程如下(I)初始化假設初始時刻為V前三個事件EpE2、E3發生的時間分別記為Wt3，其時間間隔依次表示為T1 = tft。，T2 = t2-t!> T3 = t3-t2。(2)事件發生時間預測設當前時刻前溯三個事件的發生時間先后依次為\_2，ti_1; ti;其臨近兩事件時間間隔依次為 IV2 == ti-ti-io 貝U下一個事件Ei+1的發生時間ti+1可以根據前三個事件的發生時間進行預測。預測方法如下令Iii表示事件發生間隔Ti與IV1的變化速率，則
權利要求
1.一種事件自適應的傳感器節點，其特征在于，包括相互獨立的傳感模塊和通信模塊， 傳感模塊與通信模塊通過通用接口相連；所述傳感模塊用于采集應用環境中的數據，并通過通用接口將采集到的數據發送至通信模塊；所述通信模塊用于，用于當通信模塊處于運行狀態時，接收從通用接口傳遞過來的數據，并進行組網，將接收到的數據通過網絡接口發送至網絡，并預測下一個事件發生時間， 并根據預測的下一個事件發生時間來確定通信模塊的喚醒時段；當沒有數據需要通信模塊收發時，通信模塊進入休眠狀態，直至喚醒時段到達或者有事件發生，觸發通信模塊被喚醒進入運行狀態；所述事件為傳感模塊每次采集并向通信模塊發送數據。
2.如權利要求I所述一種事件自適應的傳感器節點，其特征在于，通信模塊根據預測的下一個事件發生時間的方法是
3.如權利要求2所述一種事件自適應的傳感器節點，其特征在于，通信模塊還根據預測結果與實際發生結果的吻合度對下一個事件發生時間的預測結果進行調整。
4.如權利要求3所述一種事件自適應的傳感器節點，其特征在于，還根據預測結果與實際發生結果的吻合度對下一個事件發生時間的預測結果進行修正的方法是
5.如上述任意一項權利要求所述一種事件自適應的傳感器節點，其特征在于，通信模塊據預測的下一個事件發生時間來確定通信模塊的喚醒時段為(ti+1' _σ，ti+1, +σ)，其中ti+/為下一個事件發生預測時間，2 σ為通信模塊對應每次事件的工作時長。
6.如權利要求I所述一種事件自適應的傳感器節點，其特征在于，通信模塊計算預測的下一個事件發生與最近事件發生的時間間隔，當時間間隔小于設定的最小閾值時，不進入休眠狀態，繼續保持運行狀態，當時間間隔大于等于設定的最小閾值時，根據預測的下一個事件發生與最近事件發生的時間間隔來確定通信模塊處于休眠時段時的休眠深度，所述間隔越長，休眠深度越深。
7.如權利要求6所述一種事件自適應的傳感器節點，其特征在于，休眠狀態分為三個深度輕度休眠、中度休眠和深度休眠； 在基本休眠模式下，傳感器節點關閉收發模塊，降低處理器運行速率； 在中度休眠模式下，傳感器節點關閉收發模塊、閉數字穩壓器，降低處理器運行速率； 所述深度休眠模式下，傳感器節點關閉收發模塊、數字穩壓器、系統時鐘，降低處理器運行速率。
8.如權利要求I所述一種事件自適應的傳感器節點，其特征在于，所述通用接口為AD接口、GPIO接口或USB接口。
全文摘要
本發明提供一種事件自適應的傳感器節點，采用傳感模塊與通信模塊分離的方式，將數據采集功能與通信功能分開獨立設置，解決傳感設備面向復雜環境的專業性需求和通信組網中的適用性、兼容性需求。另外，提出了通信模塊的自適應休眠機制，通過預測下一個事件發生時間來設置通信模塊的喚醒時間，以實現休眠后的自動喚醒，休眠機制降低了通信模塊的能量消耗，提高整個傳感器節點的生存時間。
文檔編號H04W88/02GK102625425SQ201210049808
公開日2012年8月1日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者冷甦鵬, 毛玉明, 董曉俊, 韋云凱 申請人:電子科技大學