[发明专利]一种分布式自适应工业无线网络节能方法

说明书

技术领域

本发明属于工业无线通信技术领域，涉及工业无线通信中的节点节能技术，用于降低工业无线监控网络中节点的能耗。

背景技术

工业无线监控网络是无线通讯技术在工业领域的应用，电池供电是无线通信节点供电的一种常用方式，但电池能量有限，如果不能解决好节点的能量消耗问题，就会影响无线网络的生存周期，特别是在工业现场条件恶劣的情况下，电池的更换非常困难，网络的生存周期变的更加重要。

在无线传感器网络中提高整个网络生存周期的方法有很多种，如文献FanYe，Gary Zhong，Songwu Lu，Lixia Zhang“PEAS：A Robust EnergyConserving Protocol for Long-lived Sensor Networks”Proceedings ofthe 10th IEEE International Conference on Network Protocols 2002.提出在网络中采用部分节点休眠，另一部分工作的方式，通过增加休眠节点的比率和增加整个网络的节点密度两种方式延长网络生存周期，但是这种方式在工业无线网络中并不适用，其原因在于工业无线网络的每个节点都代表一个特定现场设备，具有其他节点不可替代的特性，因此在工业无线网络中延长网络生存周期主要通过单个节点的节能技术来实现。

长期以来，对于单个节点的节能问题，主要是采用节点休眠，数据压缩等方式单独实现的。如文献Ren C.Luo Fellow，IEEE，Liang Chao Tu，OgstChen“An Efficient Dynamic Power Management Policy on Sensor Network”Proceedings of the 19th International Conference on AdvancedInformation Networking and Applications(AINA’05)1550 445X 2005IEEE.采用节点休眠进行节能，提出了5种休眠模式，但其对于射频部分休眠而其它部分工作的模式则没有提及，由于其在数据采集、存储、参数计算阶段没有进行射频的休眠，从而影响了节能效果。

现有技术中提出的节能技术，都是无线传感器网络方面的技术，对于工业无线网络，还没有这方面的应用，另外，上述的技术都是单独的方式实现的节能，对于如何采用一种综合的，各种技术相结合的节能方式，以及相应的能量管理机制，还没有一个完整的方案。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷，根据工业无线监控网络的特点，提出了一套完整的节能方案：在整个无线网络中，将所有设备分为节点设备(ND)、能量管理器和网关(GW)，节点设备负责数据的采集和发送；能量管理器负责数据的收集转发以及对节点设备进行能耗管理；网关负责无线网络与用户的通信，传递监控数据和能量管理数据。

本发明采用分布式的节能管理方案，整个网络设置多个能量管理器，每个能量管理器分别管理各自的多个子节点设备。网络能量管理主要是由节点设备内的能量管理进程(EMAP)和能量管理器共同完成的，在整个网络中，能量管理进程接受能量管理器的管理，能量管理器可以设置各种配置参数和状态参数(如数据发送时隙、发送状态是压缩发送还是长数据帧发送)；在单个节点设备中，采用深度休眠、射频休眠和动态数据缓存，有选择性的进行数据压缩发送或长数据帧发送，并通过本地能量管理进程(EMAP)进行各种节能参数(如深度休眠时隙，数据缓存时隙)的动态设置。能量管理器的EEMAP除了负责对其子节点发送管理信息，更新能量管理参数，开关子节点的能量管理进程等功能外，还要转发来自网关设备的管理信息到节点设备，实现用户对节点能量管理参数的设置，以及对节点能量管理进程的开关等。