[發(fā)明專利]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸方法

有效

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• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113315559B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳為剛;張林;孫東明
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04W4/38;H04W84/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉同欣

1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸方法，其特征在于，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括：上位機，匯聚節(jié)點和多個傳感器節(jié)點；

所述上位機根據(jù)TCP協(xié)議與匯聚節(jié)點進行通信，顯示或產(chǎn)生應(yīng)用層數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)需要下發(fā)時，所述匯聚節(jié)點根據(jù)上位機發(fā)送的程序指令獲取應(yīng)用層數(shù)據(jù)并進行分包、校驗編碼處理；

所述匯聚節(jié)點與傳感器節(jié)點之間通過天線進行通信；

所述匯聚節(jié)點用于實現(xiàn)上行鏈路中傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)的分集合并，與數(shù)據(jù)由傳感器節(jié)點到匯聚節(jié)點的反饋確認(rèn)工作，以及下行鏈路中向所述傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)分發(fā)，包括移動通信模塊，中央處理模塊和多個射頻收發(fā)單元，所述匯聚節(jié)點中各模塊、單元之間電連接并根據(jù)UART通信協(xié)議進行有線通信；其中，所述匯聚節(jié)點中的中央處理模塊設(shè)置為執(zhí)行指令，執(zhí)行下行鏈路中應(yīng)用層數(shù)據(jù)的分包、校驗編碼，和上行鏈路中多個傳感器節(jié)點入網(wǎng)連接、以及傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)的分集合并；所述射頻收發(fā)單元包括接收器和發(fā)送器功能，用于將信息發(fā)送至傳感器節(jié)點以及從傳感器節(jié)點接收信息；

所述傳感器節(jié)點用于實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上下行鏈路通信，包括射頻收發(fā)單元，中央處理模塊(ARM)和顯示器，各模塊、單元之間電連接并根據(jù)UART通信協(xié)議進行有線通信；其中，所述傳感器節(jié)點中的中央處理模塊設(shè)置為執(zhí)行指令，執(zhí)行匯聚節(jié)點各天線的CSI數(shù)據(jù)幀組裝、甄別并反饋匯聚節(jié)點數(shù)據(jù)丟失和錯誤情況；傳感器節(jié)點中的射頻收發(fā)單元包括接收器和發(fā)送器功能，用于存儲相關(guān)程序指令，執(zhí)行傳感器節(jié)點按競爭方式隨機接入網(wǎng)絡(luò)和與匯聚節(jié)點數(shù)據(jù)的收發(fā)工作；

所述方法包括如下步驟：

步驟1：匯聚節(jié)點根據(jù)上位機的指令依次通過各射頻收發(fā)單元的天線向多個傳感器節(jié)點發(fā)送CSI請求幀，基于預(yù)先設(shè)定的分布式接收方案獲取各天線下行鏈路的信道狀態(tài)信息，并在所述匯聚節(jié)點的中央處理模塊上完成多路數(shù)據(jù)的分集合并，選取出最優(yōu)發(fā)射天線；具體步驟如下：

步驟S101：將匯聚節(jié)點的多路射頻收發(fā)單元設(shè)置為發(fā)送器模式，依次向傳感器節(jié)點發(fā)送CSI請求幀，當(dāng)所有天線發(fā)送完成后將射頻收發(fā)單元設(shè)置為接收器模式并等待接收傳感器節(jié)點的反饋信息，其中CSI請求幀包括天線編號、功能碼、校驗值，其中天線編號用于傳感器節(jié)點區(qū)分各天線發(fā)送的請求幀，功能碼用于區(qū)分該數(shù)據(jù)包類型，校驗值用于接收端對數(shù)據(jù)包的校驗；

步驟S102：傳感器節(jié)點循環(huán)接收下行鏈路中匯聚節(jié)點發(fā)送的CSI請求幀，收到最大天線編號或到達(dá)預(yù)定時間時結(jié)束；其中：所述預(yù)定時間T為：

T＝(n-m)×t；

其中，m為第一數(shù)據(jù)包的天線編號，n為匯聚節(jié)點最大天線編號，t是各請求幀發(fā)送間隔；

在收到最大天線編號或到達(dá)預(yù)定時間時，提取各個數(shù)據(jù)包的CSI并將其組裝成一個數(shù)據(jù)反饋幀通過上行鏈路發(fā)送至匯聚節(jié)點，其中數(shù)據(jù)包的CSI選擇通用射頻模塊輸出的RSSI值或LQI值進行表示；

步驟S103：匯聚節(jié)點采用分布式接收方案，通過將多副射頻天線放在不同位置接收數(shù)據(jù)，并在中央處理模塊上對所有數(shù)據(jù)包進行校驗，如果校驗成功，刪除其余數(shù)據(jù)包副本，對此數(shù)據(jù)包完成多路數(shù)據(jù)的分集合并；如果所有數(shù)據(jù)包校驗失敗，將所有數(shù)據(jù)包映射后生成合并序列，進一步執(zhí)行硬判決后再生成合并后的二進制信息序列；

步驟S104：匯聚節(jié)點將分集合并后的數(shù)據(jù)包進行解析，獲取各個天線下行鏈路的CSI信息，并基于RSSI值最大準(zhǔn)則或LQI值最大準(zhǔn)則選擇最優(yōu)發(fā)射天線；

步驟2：所述匯聚節(jié)點通過步驟1選取的最優(yōu)天線所在的射頻收發(fā)單元設(shè)置成發(fā)送器模式通過下行鏈路依次向多個傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包，并將剩余射頻收發(fā)單元設(shè)置成接收器模式接收上行鏈路中由傳感器節(jié)點反饋的請求重傳信息；具體步驟如下：

步驟S201:所述匯聚節(jié)點通過步驟1選取的最優(yōu)天線所在的射頻收發(fā)單元設(shè)置成發(fā)送器模式，從而通過下行鏈路向多個傳感器節(jié)點順序發(fā)送數(shù)據(jù)包，并將其余射頻收發(fā)單元設(shè)置成接收器模式接收傳感器節(jié)點發(fā)送的反饋信息，其中匯聚節(jié)點發(fā)射信號的頻率與傳感器節(jié)點發(fā)射信號的頻率頻段不同，以避免上下行鏈路之間產(chǎn)生同頻干擾；

步驟S202：匯聚節(jié)點計算待發(fā)送數(shù)據(jù)大小并將待發(fā)送數(shù)據(jù)分割成多個固定大小的數(shù)據(jù)段；

步驟S203：匯聚節(jié)點依次為每個數(shù)據(jù)段進行編號從而生成待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，并根據(jù)數(shù)據(jù)包的內(nèi)容生成冗余校驗位插入數(shù)據(jù)包的末尾，最后將完整的數(shù)據(jù)包通過最優(yōu)發(fā)射天線發(fā)送至傳感器節(jié)點；

步驟3：所述傳感器節(jié)點順序接收下行鏈路數(shù)據(jù)包，通過數(shù)據(jù)包校驗與編號是否連續(xù)檢測數(shù)據(jù)傳輸是否出現(xiàn)錯誤，如果判斷傳輸中出現(xiàn)錯誤，所述傳感器節(jié)點立即停止接收并通過上行鏈路向匯聚節(jié)點發(fā)送請求重傳信息；

步驟4：所述匯聚節(jié)點分集接收并解析傳感器節(jié)點反饋的信息，當(dāng)接收到傳感器節(jié)點反饋的請求重傳信息后，匯聚節(jié)點立即暫停發(fā)送數(shù)據(jù)，所述匯聚節(jié)點將多路射頻天線接收到的數(shù)據(jù)匯聚至本地緩存，并在所述匯聚節(jié)點中的中央處理模塊上完成多路數(shù)據(jù)的分集合并；中央處理模塊提取合并后的數(shù)據(jù)包中的冗余校驗位進行數(shù)據(jù)包校驗，當(dāng)校驗通過后，通過解析數(shù)據(jù)包中需要重傳的數(shù)據(jù)包編號信息，并在已發(fā)送緩存區(qū)中定位該數(shù)據(jù)包的位置，從該位置開始重傳，否則重發(fā)當(dāng)前數(shù)據(jù)包。