[發明專利]基于太陽能的工業無線傳感器網絡系統及其休眠喚醒方法

無效

• 申請號: 200810046787.X
• 申請日: 2008-01-25
• 公開（公告）號: CN101232195A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 胡海;張帆;黃本雄;王文青;閔玉堂
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/35;H01M10/44
• 代理公司: 北京市德權律師事務所
• 代理人: 吳濤

技術領域

本發明涉及無線傳感網絡技術領域，尤其涉及一種基于太陽能的工業無線傳感器網絡系統及其休眠喚醒方法。

背景技術

無線傳感器網絡是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器節點協作地實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息。這些信息通過無線方式被發送，并以自組多跳的網絡方式傳送到用戶終端，具備良好的應用前景，但是其能耗問題一直是受限其應用的一大瓶頸，節能問題也是設計無線傳感器網絡系統的一個很重要的方面。

現有的無線傳感器網絡中的休眠技術主要有周期性休眠和自適應休眠兩種。周期性休眠是指節點在固定的時間內處于休眠或活動狀態，由于節點采用的是固定的活動-休眠模式，導致不能很好適應網絡負載的變化，還存在著延時較長和能量有效性不高等不足。自適應休眠是在周期性休眠的基礎上進行改進的，主要區別就是節點休眠和活動時間是根據通信流量動態變化的，這種方法采用動態的占空比更節能，但是由于其積極的休眠，使得經常過早的進入休眠狀態，降低了網絡的吞吐量，增加了網絡的延時。

目前在國民經濟的建設中，太陽能正逐漸成為戶外無線應用的首選供能方案，其主要優點如下：作為可利用的最豐富的永久性的能源，它給地面照射15分鐘的能量，就足夠全世界使用一年；太陽能是到處都有的，不需要運輸；太陽能使用時不會帶來污染，是一種清潔的能源?；谌缟纤?!-- SIPO -->述的多種優點，太陽能可以有效使用在低功率設備和遠距離應用場合中。太陽能僅依靠一天之中的少數日照時間即可存儲充足能量，當沒有太陽光時，太陽能電池釋放所存儲的能量，來維持系統的供電需求。

為此，基于太陽能的諸多優點和出于節能和環保的考慮，本發明引入太陽能供電的思想，為傳感器網絡系統提供能量來源，延長了網絡的生命期，提供一種可持續發展的無線傳感器網絡結構。此外，從多方面來綜合考慮太陽能無線傳感器網絡中節點的休眠喚醒方法，如所述的基于太陽能電池狀態、無線信道狀態和太陽光輻射狀態等，綜合考慮權衡，為基于太陽能供電的無線傳感器網絡系統提供更好的節能保障。

發明內容

為了解決現有技術中周期性休眠和自適應休眠存在的問題，基于太陽能的諸多優點和出于節能和環保的考慮，本發明提供了一種基于太陽能的無線傳感器網絡系統，以使網絡工作更穩定，延長網絡的生命期，提供一種可持續發展的網絡結構；以及一種休眠喚醒方法，為系統提供更有效的節能保障。

為了實現上述目的，本發明提供的一種基于太陽能的工業無線傳感器網絡系統，該系統包括：

太陽能收集器，用于收集太陽光能量；

能量存儲單元，與所述太陽能收集器連接，用于將所述太陽能收集器收集的太陽光能量存儲并提供存儲的能量給傳感器節點；

傳感器節點，與所述能量存儲單元連接，由所述能量存儲單元存儲的能量供電，根據網絡系統的性能獲取相關休眠喚醒參數，將所述休眠喚醒參數與預先設定的門限值進行比較，以確定傳感器節點的狀態。

其中，所述太陽能收集器包括：

太陽能電池，用于為所述的傳感器節點供電；

控制電路，與所述太陽能電池連接，用于控制所述系統的工作狀態，并對太陽能電池進行過充電保護、過放電保護。

其中，所述能量存儲單元包括：

多層能量存儲器，存儲由所述太陽能收集器收集的能量，可通過選擇能量存儲的層數，來選擇能量存儲容量的大小，層數越多，所能存儲的能量越大；

充電控制和切換電路，與所述多層能量存儲器連接，用于控制所述的多層能量存儲器的層數和切換選擇。

為了實現上述目的，本發明提供的一種休眠喚醒方法，其特征在于包括：

步驟1，傳感器節點根據網絡系統的性能獲取相關休眠喚醒參數；

步驟2，判斷所述傳感器節點的當前狀態；

步驟3，將所述休眠喚醒參數與預先設定的門限值進行比較，根據所述當前狀態，以確定傳感器節點下一時隙的工作狀態。

當所述休眠喚醒參數為太陽能電池狀態值時，其特征在于，所述預先設定的門限值為從休眠模式轉入活動模式的臨界值；所述步驟3具體為：判斷所述太陽能電池狀態值的大小，如果高于所述從休眠模式轉入活動模式的臨界值，則節點從休眠模式轉入活動模式，如果低于所述從休眠模式轉入活動模式的臨界值，節點繼續處于休眠模式，并且在下一時隙繼續獲取太陽能電池狀態值。