一种无线传感网络终端节点协同工作系统的制作方法

1.本发明涉及一种无线传感网络终端节点协同工作系统，具体涉及一种无线传感网络终端节点协同工作机制及其系统，通过该机制使得无线传感网络节点间协同工作效率提升，降低传感节点平均功耗，提升无线传感网络生存时间。本发明属于无线传感领域。


背景技术：

2.无线传感网由几个到几百甚至上千数量不等的无线传感器节点组成，各传感器节点间通过无线通信网络建立连接。无线传感网中的节点按功能可分为管理节点、汇聚节点和终端节点。管理节点提供人机交互界面，用于管理无线传感网络内部资源、查看各终端节点的感知信息。汇聚节点负责收集来自终端节点或者其他汇聚节点转发的数据，然后转发至管理节点或者下一个汇聚节点。终端节点负责对自身覆盖区域进行目标信息的采集、处理和发送。另外，终端节点还可以与其他节点协同工作完成目标探测任务。无线传感网各节点具有低功耗的特性，尤其是承担目标探测任务的终端节点，其通常由微型处理器、无线通信电路、存储电路、一个或多个传感器和电池组成。终端节点由内置电池供电，其寿命非常有限，导致整个无线传感网的生存时间受到严重的限制。如何在节点能源有限的情况下，如何最大程度延长无线传感网络的生存时间，是无线传感网领域内研究的热点问题。就终端节点自身而言，可通过低功耗器件选型、优化目标探测流程等设计手段降低节点能耗。高功耗传终端节点的工作时长是限制网络生存时间的主要因素。在网络通信协议方面，通过优化自组网协议，优化数据传输路径，均衡各节点能量消耗，提升系统网络生存时间；在终端节点协同方面，根据节点工作特点和能耗情况，选用低功耗终端节点完成长期值守工作，当有目标进入节点覆盖区域时，触发高功耗传感器节点间歇性工作，在兼顾终端节点探测性能的同时，通过节点间协同，降低系统平均功耗，提升系统生存时间。
3.传统的节点间协同依靠系统自身的无线传感网，承担值守任务的终端节点探测到目标信息后，通过无线传感网络将触发信息发送至汇聚节点，汇聚节点收到触发信息后将其转发至需协同工作的高能耗节点。对于实时性要求较强的应用，该协同方式要求低能耗的值守节点和高能耗节点的无线通信功能始终处于工作状态，网络维护消耗了节点能量，极大缩短系统生存时间。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有终端节点间依托无线传感网络进行协同工作时，存在协同时效性差、能量消耗高的问题，提出一种终端节点间协同工作的机制，该机制采用红外通信方式进行节点间协同，将高能耗节点值守电流由当前的毫安量级降低至微安量级，协同工作触发所需时间几乎降为零，可有效延长网络中各节点的生存时间，提升高功耗传感器节点的响应速度，可进一步提升系统对高速运动目标的感知能力。
5.本发明的技术解决方案如下：
6.一种无线传感网络终端节点协同工作系统，包括：低功耗值守节点t1和高功耗节
点t2，当低功耗值守节点t1探测到目标入侵时触发高功耗节点t2工作。
7.进一步的，低功耗值守节点t1包括触发发射单元(1)、低功耗值守单元(2)和第一通信组网单元(3)，值守状态下低功耗值守单元(2)和第一通信组网单元(3)处于工作状态；低功耗值守单元(2)对覆盖区域的目标进行连续值守探测，当探测到目标入侵且需要协同的高功耗节点进行目标探测时，发送触发指令至触发发射单元(1)，并将探测信息发送至第一通信组网单元(3)；触发发射单元(1)发射协同工作指令至对应的高功耗节点，触发高功耗节点工作；第一通信组网单元(3)通过无线信道将探测信息发送，并接收控制指令控制低功耗值守单元(2)的探测参数和工作模式。
8.进一步的，高功耗节点t2包括触发接收单元(5)、高功耗工作单元(6)和第二通信组网单元(7)，值守状态下，仅触发接收单元(5)处于工作状态；触发接收单元(5)接收到低功耗值守节点发送的协同工作指令后，启动高功耗工作单元(6)工作；高功耗工作单元(6)对覆盖区域内的目标进行探测，将探测信息发送至第二通信组网单元(7)；第二通信组网单元(7)通过无线信道将探测信息发送，并接收控制指令控制高功耗工作单元(6)的探测参数和工作模式。
9.进一步的，触发发射单元为红外发射器，触发接收单元为红外接收器。
10.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
11.本发明提出了一种无线传感网络终端节点协同工作系统。该系统在终端节点间采用低功耗的红外收发单元完成低功耗值守节点和高功耗节点间的协同工作，避免采用通信网络模块传输协同工作指令，可有效降低高功耗节点在值守状态的电能消耗，极大提升网络节点的平均生存时间。同时，在电池能量一定情况下，高功耗节点可采用功耗较高但探测能力更强的传感器，提升系统的探测能力。
附图说明
12.图1是本发明的无线传感网络系统拓扑图。
13.图2是本发明的低功耗值守节点t1组成框图。
14.图3是本发明的高功耗节点t2组成框图。
15.图4是本发明的低功耗值守节点t1和高功耗节点t2协同工作流程图。
具体实施方式
16.为使本发明实施方式的目的、技术方案表达的更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的实施方式再做进一步的说明。
17.无线传感网络中包括管理节点m1、汇聚节点h1至汇聚节点hn和终端节点t1至终端节点tm。各节点通过自组网方式建立无线网络，形成的拓扑图如图1所示，本网络中t1节点为低功耗值守节点，t2节点为高功耗节点，t2节点由t1进行触发，二者协同工作。以下以终端节点t1和t2节点为例，说明本系统的具体实施方式，其它节点协同工作原理一致。
18.如图2所示，低功耗值守节点t1由触发发射单元1、低功耗值守单元2、第一通信组网单元3和第一电池单元4组成。所述的触发发射单元1为红外发射器，完成触发信号发射功能。低功耗值守单元2采用震动、声响等值守电流为毫安级的传感器完成覆盖区域的目标连续探测任务，当探测到目标入侵且需要协同的高功耗节点工作时，发送指令至触发发射单
元1，触发发射单元1发射协同工作指令至对应的高功耗节点，触发高功耗节点工作，第一通信组网单元3通过无线信道将探测信息经汇聚节点传输至管理节点，并接收管理节点经汇聚节点传输的控制指令控制低功耗值守单元2的探测参数和工作模式，以及完成管理节点、汇聚节点和终端节点间的组网通信功能。第一电池单元4完成节点供电功能，值守状态下，低功耗值守单元2和第一通信组网单元3处于工作状态，低功耗值守单元2典型工作电流≤6ma，第一通信组网单元3典型工作电流≤10ma。
19.如图3所示，高功耗节点t2由触发接收单元5、高功耗工作单元6、第二通信组网单元7和第二电池单元8组成。所述的触发接收单元5为红外接收器，完成触发信号接收功能。当触发接收单元5接收到低功耗值守节点发送的协同工作指令后，启动高功耗工作单元6工作。高功耗工作单元6完成覆盖区域内的目标探测任务，将探测信息发送至第二通信组网单元7；第二通信组网单元7通过无线信道将探测信息经汇聚节点传输至管理节点，并接收管理节点经汇聚节点传输的控制指令控制高功耗工作单元6的探测参数和工作模式，以及完成管理节点、汇聚节点和终端节点间的组网通信功能。第二电池单元8完成节点供电功能。值守状态下，仅触发接收单元5处于工作状态，高功耗工作单元6和第二通信组网单元7处于掉电状态，触发接收单元5工作电流≤20μa。
20.以下结合图4对终端节点t1和t2节点间的协同工作流程进行说明：
21.(1)无线传感网络中各节点通过自组织方式建立网络，t1和t2节点入网后，进入值守状态，其中t1节点的低功耗值守单元和通信组网单元处于工作状态，t2节点的触发接收单元处于工作状态。
22.(2)当有目标入侵时，t1节点触发发射单元发射触发指令至t2节点。
23.(3)t2节点的触发接收单元接收到触发指令后，启动高功耗工作单元进行入侵目标探测，生成目标探测信息。
24.(4)t2节点目标探测信息经通信组网单元发送至汇聚节点。
25.(5)t2探测节点恢复至值守状态。

技术特征：
1.一种无线传感网络终端节点协同工作系统，其特征在于，包括：低功耗值守节点t1和高功耗节点t2，当低功耗值守节点t1探测到目标入侵时触发高功耗节点t2工作。2.根据权利要求1所述的一种无线传感网络终端节点协同工作系统，其特征在于，低功耗值守节点t1包括触发发射单元(1)、低功耗值守单元(2)和第一通信组网单元(3)，值守状态下低功耗值守单元(2)和第一通信组网单元(3)处于工作状态；低功耗值守单元(2)对覆盖区域的目标进行连续值守探测，当探测到目标入侵且需要协同的高功耗节点进行目标探测时，发送触发指令至触发发射单元(1)，并将探测信息发送至第一通信组网单元(3)；触发发射单元(1)发射协同工作指令至对应的高功耗节点，触发高功耗节点工作；第一通信组网单元(3)通过无线信道将探测信息发送，并接收控制指令控制低功耗值守单元(2)的探测参数和工作模式。3.根据权利要求1所述的一种无线传感网络终端节点协同工作系统，其特征在于，高功耗节点t2包括触发接收单元(5)、高功耗工作单元(6)和第二通信组网单元(7)，值守状态下，仅触发接收单元(5)处于工作状态；触发接收单元(5)接收到低功耗值守节点发送的协同工作指令后，启动高功耗工作单元(6)工作；高功耗工作单元(6)对覆盖区域内的目标进行探测，将探测信息发送至第二通信组网单元(7)；第二通信组网单元(7)通过无线信道将探测信息发送，并接收控制指令控制高功耗工作单元(6)的探测参数和工作模式。4.根据权利要求1所述的一种无线传感网络终端节点协同工作系统，其特征在于，触发发射单元为红外发射器，触发接收单元为红外接收器。

技术总结
本发明涉及一种无线传感网络终端节点协同工作系统，本发明属于无线传感领域。包括：低功耗值守节点T1和高功耗节点T2，当低功耗值守节点T1探测到目标入侵时触发高功耗节点T2工作。本发明的目的在于针对现有终端节点间依托无线传感网络进行协同工作时，存在协同时效性差、能量消耗高的问题，提出一种终端节点间协同工作的机制，该机制采用红外通信方式进行节点间协同，将高能耗节点值守电流由当前的毫安量级降低至微安量级，协同工作触发所需时间几乎降为零，可有效延长网络中各节点的生存时间，提升高功耗传感器节点的响应速度，可进一步提升系统对高速运动目标的感知能力。步提升系统对高速运动目标的感知能力。步提升系统对高速运动目标的感知能力。


技术研发人员：王延 赵奇峰 穆立波 霍志勇 邢旭东 段汉卿
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/8/9