[發明專利]基于4?20mA回路取電的802.15.4e無線設備低功耗組網方法

有效

• 申請號: 201310690826.0
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103619057B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 曾鵬;肖金超;于海斌;臧傳治;李忠文
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所;廣州中國科學院沈陽自動化研究所分所
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳燕嫻

1.一種基于4-20mA回路取電的802.15.4e無線設備低功耗組網方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、無線設備回路取電；

S2、構建面向超低能耗應用的無線網絡；

S3、無線設備實現基于上述無線網絡的單向時間同步；

S4、基于上述時間同步的基礎上完成鄰居發現；

S5、無線設備同無線網絡交互；

上述各個步驟切換前要進行電量檢測，如果剩余電量不能滿足后續步驟消耗，則會暫停直至儲存足夠電量為止再繼續后續步驟；

所述步驟S1中，無線設備回路取電的步驟為：

S11、無線設備接入到4-20mA回路中；

S12、無線設備通過取電電路為儲能電容充電，充電的速度由回路電流決定；

S13、當儲能電容電壓達到能夠完成單向時間同步所需的電量時，儲能電容通過供電電路開始為無線收發模塊供電；

S14、無線收發模塊的耗電量大于儲能電容的充電量時，儲能電容電壓降低，當儲能監測模塊監測到儲能電容的剩余電量小于完成鄰居發現所需電量時，無線收發模塊處于休眠狀態；

步驟S3中，所述的單向時間同步通過以下方法實現：

S31、快速的信道搜索，即不停地切換實際可用信道來獲取網絡中的報文；

S32、無線設備一旦檢測到報文，則持續檢測到報文發送結束，并記錄結束時間；

S33、根據報文的結束時間推測報文發送開始的時隙范圍，實現單向時間同步。

2.根據權利要求1所述的基于4-20mA回路取電的802.15.4e無線設備低功耗組網方法，其特征在于，步驟S2中，所述無線網絡是一種基于IEEE802.15.4e標準的全時隙無線網絡，其中協調器發送信標幀，在一個超幀周期內至少有一個信標幀出現；所述的一個超幀包括信標部分、管理時隙部分、上行時隙部分和雙向通信時隙部分，其中：

(1)每個信標部分只有一個時隙，在這個時隙中，協調器發送信標幀；

(2)管理時隙包括上行鏈路和下行鏈路，主要用于網絡管理報文收發；

(3)上行時隙，主要用于報文重傳；

(4)雙向通信時隙，用于網絡中其他報文的收發或應答。

3.根據權利要求1所述的基于4-20mA回路取電的802.15.4e無線設備低功耗組網方法，其特征在于，步驟S32中，檢測的報文包括一條完整的報文、部分報文或者信標幀中的一種；若檢測到一條完整的報文則可以實現高精度的單向時間同步；若檢測到部分報文則實現較低精度的時間同步；若檢測到信標幀則直接完成鄰居發現。

4.根據權利要求1所述的基于4-20mA回路取電的802.15.4e無線設備低功耗組網方法，其特征在于，步驟S4中，所述鄰居發現通過以下方法實現：

S41、單向時間同步后，設計報文監聽算法，選擇任意時隙為起始點，開始監聽報文，監聽的時隙和信道完全按照設計的報文監聽算法執行；

S42、當監聽到第一條報文后，記錄報文類型和報文檢測消耗的時間，根據報文是否包含幀計數來記錄和估算當前的絕對時隙號ASN_current的值和范圍，通過這些信息來計算信標幀可能出現的最近一個時隙T；

S43、休眠至時隙T，在時隙T監聽報文監聽算法指定的信道，若未監聽到信標幀，則排除當前時隙T，返回S2，若監聽到信標幀，則停止監聽，完成鄰居發現。

5.根據權利要求4所述的基于4-20mA回路取電的802.15.4e無線設備低功耗組網方法，其特征在于，步驟S41中，設計報文監聽算法包括以下步驟：

S411、分析無線網絡鄰居發現模型，獲取完成鄰居發現需滿足的條件包括：每個信道上監聽時間不小于一個超幀長度；同一時隙只能搜索單個信道；保證所有可能的時隙和信道組合均被搜索；

S412、計算某一時刻監聽到報文并且是第一條報文的概率；

S413、假設報文分布的時隙和信道是隨機的，優化報文檢測消耗的時間，使報文平均檢測時間最小，進而設計出一個報文監聽序列。