[发明专利]一种无线传感器节点及其节点级/网络级节能算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信节能策略及对应电路的设计，具体涉及一种无线传感器节点及其节点级/网络级节能算法。

背景技术

目前，无线传感器网络已经广泛应用于生产生活的诸多方面，其微型化、智能化和集成化的特点使无线传感技术在环境监测中得到了极大的应用，包括工业生产、农业生产以及自然环境的监测。然而，当网络越来越大，我们需要监测的周期越来越长，这项技术的发展遇到了瓶颈——能量消耗。目前投入应用的无线传感器网络中，为了保证通信的可靠性，无线传感节点总是以最大发射功率发送数据，这就导致距离数据收集点较近的节点造成了能量的浪费(节点级能量浪费)，并且整个网络的组网通信方式在组网完成后都是不能改变的，这也导致在网络发生变化时，组网通信方式并不能动态地适应这种变化(网络级能量浪费)。目前并没有一种策略能够解决这两种能量浪费问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种在网络发生变化时，组网通信方式能够动态适应的无线传感器节点及其节点级/网络级节能算法，降低了网络级能量消耗，同时降低了节点级能量消耗。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的无线传感器节点包括控制器及其程序下载电路和与控制器及其程序下载电路对应接口相连接的无线收发器模块、供电电路、与上位机连接的接口电路及温度传感器；无线收发器模块包括射频收发芯片，射频收发芯片中设有一个用于存储接收信号功率的RSSI寄存器和一个用于写入发射信号功率的PATABEL寄存器。

本发明的节点级节能算法，是通过无线传感器节点的发射功率自适应来实现的，其算法具体包括以下几个步骤：

(1)中心监控单元以最大发射功率P_Tmax向无线传感器节点发送数据；

(2)检测无线传感器节点接收到的接收信号功率P_R(SHK)；

(3)在保证可靠通信的基础上，无线传感器节点的最小必要发射功率P_T，

PT=PS·PTmaxPR(SHK)---(1)]]>

其中，P_S表示接收机灵敏度，当接收机选定时，该量为一个常量；

(4)将无线传感器节点的接收信号功率P_R(SHK)取对数的十倍，然后转化为一个二进制的RSSI(received signal strength indicator-接收信号强度指示)，则根据公式(1)，以二进制表示的最小必要发射功率为

PATABEL＝10·lgP_S+10·lgP_Tmax-RSSI    (2)。

本发明的网络级节能算法，是通过在集中式路由方式和分簇式路由方式之间切换来实现的，而切换的依据是网络整体的能量消耗，其算法具体包括以下几个步骤：

步骤(1)：中心监控单元CMU以最大发射功率P_Tmax向无线传感器节点node i发送测试码Test Code 1，然后中心监控单元CMU进入等待接收状态，转向步骤(2)；

步骤(2)：当无线传感器节点node i接收到Test Code 1后，无线传感器节点node i从射频收发芯片的RSSI寄存器中读取RSSI值，并将RSSI值发送给中心监控单元CMU，然后利用公式(2)计算PATABEL_i，转向步骤(3)；

步骤(3)：中心监控单元CMU接收到来自无线传感器节点node i的RSSI值之后，利用公式(2)和公式(3)估算最小必要发射功率P_T(S1)i，并存储P_T(S1)i，