[发明专利]一种无线传感器节点及其节点级/网络级节能算法

权利要求书

1.一种无线传感器节点，其特征在于，

包括控制器及其程序下载电路和与控制器及其程序下载电路对应接口相连接的无线收发器模块、供电电路、与上位机连接的接口电路及温度传感器；

所述无线收发器模块包括射频收发芯片，所述射频收发芯片中设有一个用于存储接收信号功率的RSSI寄存器和一个用于写入发射信号功率的PATABEL寄存器。

2.基于权利要求1所述无线传感器节点的节点级节能算法，其特征在于，

是通过无线传感器节点的发射功率自适应来实现的，其算法具体包括以下几个步骤：

(1)中心监控单元以最大发射功率P_Tmax向无线传感器节点发送数据；

(2)检测无线传感器节点接收到的接收信号功率P_R(SHK)；

(3)在保证可靠通信的基础上，无线传感器节点的最小必要发射功率P_T，

PT=PS·PTmaxPR(SHK)---(1)]]>

其中，P_S表示接收机灵敏度，当接收机选定时，该量为一个常量；

(4)将无线传感器节点的接收信号功率P_S(SHK)取对数的十倍，然后转化为一个二进制的RSSI，则根据公式(1)，以二进制表示的最小必要发射功率为

PATABEL＝10·lgP_S+10·lgP_Tmax-RSSI    (2)。

3.基于权利要求2所述节点级节能算法的网络级节能算法，其特征在于，

是通过在集中式路由方式和分簇式路由方式之间切换来实现的，而切换的依据是网络整体的能量消耗，其算法具体包括以下几个步骤：

步骤(1)：中心监控单元CMU以最大发射功率P_Tmax向无线传感器节点node i发送测试码Test Code 1，然后中心监控单元CMU进入等待接收状态，转向步骤(2)；

步骤(2)：当无线传感器节点node i接收到Test Code 1后，无线传感器节点node i从射频收发芯片的RSSI寄存器中读取RSSI值，并将RSSI值发送给中心监控单元CMU，然后利用公式(2)计算PATABEL_i，转向步骤(3)；

步骤(3)：中心监控单元CMU接收到来自无线传感器节点node i的RSSI值之后，利用公式(2)和公式(3)估算最小必要发射功率P_T(S1)i，并存储P_T(S1)i，

PT(s1)i=10PATABELi10---(3)]]>

其中，用s1表示在集中式路由方式下，转向步骤(4)；

步骤(4)：对网络中的每个无线传感器节点重复步骤(1)到步骤(3)，直到每个无线传感器节点均被访问，然后转向步骤(5)；

步骤(5)：中心监控单元CMU利用公式(4)计算整个网络在集中式路由方式下的能耗P_T1；

PT1=Σi=1MPT(s1)i---(4)]]>

其中，M表示网络中总的无线传感器节点数目，转向步骤(6)；

步骤(6)：中心监控单元CMU以最大发射功率P_Tmax向作为簇头的无线传感器节点Cluster head m发送测试码Test Code 2，然后中心监控单元CMU进入等待接收状态，转向步骤(7)；

步骤(7)：作为簇头的无线传感器节点Cluster head m接收到Test Code 2之后，读取RSSI寄存器的RSSI值，并存储RSSI值，转向步骤(8)；

步骤(8)：作为簇头的无线传感器节点Cluster head m以最大发射功率P_Tmax向该簇内不作为簇头的无线传感器节点Cluster node n发送测试码Test Code 3，然后作为簇头的无线传感器节点Cluster head m进入等待接收状态，转向步骤(9)；

步骤(9)：不作为簇头的无线传感器节点Cluster node n接收到Test Code 3之后，读取RSSI寄存器的RSSI值，并将RSSI值发送给作为簇头的无线传感器节点Cluster head m，然后利用公式(2)计算PATABEL_mn，转向步骤(10)；

步骤(10)：作为簇头的无线传感器节点Cluster head m在接收到RSSI值之后，存储RSSI值，转向步骤(11)；

步骤(11)：对簇内的每个不作为簇头的无线传感器节点重复步骤(8)到步骤(10)，直到簇内的每个不作为簇头的无线传感器节点均被访问；

然后作为簇头的无线传感器节点Cluster head m将这些RSSI值发送给中心监控单元CMU；

中心监控单元CMU接收到这些RSSI值之后，利用公式(2)和公式(5)估算最小必要发射功率P_T(S2)mn，并存储P_T(S2)mn，

PT(S2)mn=10PAYABELmn10---(5)]]>

其中，用s2表示在分簇式路由方式下，然后转向步骤(12)；

步骤(12)：重复步骤(6)到步骤(11)，直到每个簇均被访问到，转向步骤(13)；

步骤(13)：然后中心监控单元CMU利用公式(6)计算分簇式路由方式下的网络耗能P_T2；

PT2=Σm=1OΣn=1PPT(S2)mn---(6)]]>

其中，O表示网络中所有簇的数目，P表示每个簇中无线传感器节点数目，转向步骤(14)；

步骤(14)：中心监控单元CMU比较网络耗能P_T1和P_T2，如果P_T1＞P_T2，则中心监控单元CMU广播测试码Test Code 4，转向步骤(15)；

如果P_T1＜P_T2，则中心监控单元CMU广播测试码Test Code 5，转向步骤(16)；

步骤(15)：Test Code 4通知各个无线传感器节点以分簇式路由方式组网，各个无线传感器节点接收到Test Code 4之后设定PATABEL_i为发射信号功率，并将中心监控单元CMU的地址作为目标地址，结束；

步骤(16)：Test Code 5通知各个无线传感器节点以集中式路由方式组网，各个作为簇头的无线传感器节点接收到Test Code 5之后设定PATABEL_mn为发射信号功率，并将中心监控单元CMU的地址作为目标地址，各个不作为簇头的无线传感器节点接收到Test Code 5之后设定PATABEL_mn为发射信号功率，并设定对应的作为簇头的无线传感器节点地址作为目标地址，结束。