[发明专利]能量收集传感器网络、能量收集节点及方法

说明书

本发明涉及能量收集传感器网络、能量收集节点及方法。本发明提供了使用信标方案的EHSN通信协议以促进多个低功率传感器节点之间的通信。在示出的实施方式中，所期望的传感器数据通过一组中间中继节点从起点传感器至目的地节点流动通过一系列传感器节点。使用接收器启动的信标方案进行从一个节点至另一节点的发送，其中，当节点收集到中继数据的足够的能量时通过每个节点发送信标。基于哪个节点已经收集了足够的能量(并且广播了合适的信标)，以及哪个节点被最佳定位为将数据转发至目的地节点，从网络中的节点的总集合中适时地选择中继节点的特定集合。

技术领域

本公开总体涉及传感器网络，并且更具体地，涉及用于能量收集传感器的网络的多跳网络协议。能量收集传感器网络(EHSN)可以应用在许多领域中，包括飞机座舱系统、制造设施等。

背景技术

低功率传感器当前需要电池运作。因为电池需要定期更换，由于维护成本，所以由于维护成本，低功率传感器对于广泛分布(例如，遍及飞机的数千个)或者难达到的位置(例如，诸如飞机发动机)是不理想的。此外，由于电池泄漏的危险引起的环境问题，电池供电的传感器网络不适合用于一些应用。可以使用具有能量收集性能的低功率传感器代替电池供电的传感器，但是如果由于能源的无法预测和随机性发生的数据发送链中的一个传感器缺乏继续发送的电力，则从传感器至传感器的数据发送可能出现故障。为了避免这种数据发送故障，需要EHSN通信协议来促进能量收集装置之间的数据发送。

发明内容

在示例性实施方式中，本发明提供了使用信标方案促进多个低功率传感器节点之间的通信的EHSN通信协议。在示例性实施方式中，期望的传感器数据通过一组中间中继节点从起点传感器至目的地节点流动通过一系列传感器节点。使用接收器启动的信标方案进行从一个节点至另一节点的发送，其中，当它们收集到中继数据的足够的能量时通过每个节点发送信标。基于哪个节点已经收集了足够的能量(并且广播了合适的信标)，并且哪个节点被最佳定位为将数据转发至目的地节点，从网络中的节点的总集合中适时地选择中继节点的特定集合。

本公开的一个实施方式采用能量收集传感器网络的形式。发明的网络包括：操作为节点的多个能量收集传感器，其中，每一个能量收集传感器被配置为根据预定义的通信协议进行操作。此外，网络包括被配置为与能量收集传感器无线通信的服务器。预定义的通信协议包括接收状态，在该接收状态中，节点发送向其他节点指示所述节点是醒的且具有足够的能量来接收和重新发送数据包的准备接收(RTR)信标。

本公开的另一实施方式采用能量收集节点的形式。发明的节点包括能量收集装置；能量存储装置；微控制器；以及无线收发器。微控制器和无线收发器由能量存储装置供电。微控制器被配置为根据预定义的通信协议操作能量收集节点，其中，所述收发器发送指示所述节点是醒着并且具有足够的能量从另一节点接收数据包并重新发送所述数据包的RTR信标。

本公开的另一实施方式采用通过能量收集传感器网络中的每个节点所采用的方法的形式。发明的方法包括以下步骤。节点保持在睡眠状态下直到收集了预定阈值的能量。一旦收集到预定阈值的能量，节点基于非确定性函数进入发送状态或接收状态。在接收状态下，节点发送指示该节点准备接收数据的RTR信标，并且从第二节点接收数据。在发送状态下，节点等待来自另一节点的RTR信标，确定任何其他节点是否当前正在发送数据，并且如果没有其他节点当前正在发送数据，则它将数据发送至RTR信标的发送器。如果另一节点当前正在发送数据，则第一节点延迟发送直到信道未被占用。

以下描述其他特征。

附图说明

图1示意性地描述了广域能量收集传感器网络的示例性实施方式。

图2示意性地描述了能量收集传感器的示例性实施方式。

图3是发明的EHSN通信协议的流程图。

图4是用于两个节点的示例性时序图。

具体实施方式