本發(fā)明專利技術(shù)公布了一種基于消防應(yīng)急燈的MAC層通信方法。本發(fā)明專利技術(shù)首先進行離線時隙規(guī)劃并時鐘同步，其次進行節(jié)點入網(wǎng)和淘汰，然后對時隙進行分配，最后進行數(shù)據(jù)上傳及下載。本發(fā)明專利技術(shù)將傳統(tǒng)的消防應(yīng)急燈通信方式升級為空分TDMA技術(shù)為基礎(chǔ)，IPv6/6LoWPAN技術(shù)為協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)，CoAP協(xié)議包為通信載體的新型自組織多跳協(xié)議，相對原有的通信協(xié)議具有諸多優(yōu)點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于通信
，特別涉及一種消防應(yīng)急燈和遠(yuǎn)程監(jiān)控端的通信方法。
技術(shù)介紹
基于IEEE802.15.4的無線傳感網(wǎng)絡(luò)以及其應(yīng)用一直處于高速發(fā)展，并變得越發(fā)繁榮。在由此也衍生出了諸如WirelessHART (可互操作無線通訊標(biāo)準(zhǔn))、Zigbee (雙向無線通訊技術(shù))等一系列標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備，由此已經(jīng)很好的應(yīng)用在建筑監(jiān)測、生理狀態(tài)監(jiān)測、農(nóng)業(yè)監(jiān)測甚至水下監(jiān)測等多個領(lǐng)域中。但是現(xiàn)有的無線傳感網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)各有問題:1、現(xiàn)有無線傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)大多應(yīng)用自帶網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，即每個節(jié)點擁有自帶ID，上下位機通信需要通過網(wǎng)關(guān)及相關(guān)軟件來轉(zhuǎn)換傳輸協(xié)議。因此不同網(wǎng)絡(luò)組內(nèi)的節(jié)點無法平面化通信。消防部門如需對大規(guī)模的消防設(shè)備進行統(tǒng)一管理，將會非常繁瑣。2、類似于Zigbee標(biāo)準(zhǔn)的傳輸協(xié)議，節(jié)點應(yīng)用CSMA接入方式，即依靠信道搶占機制傳輸。如此節(jié)點可能出現(xiàn)長時間無法搶到信道可能，或者由于隱藏終端問題而無法通行。故傳輸延遲、功耗和穩(wěn)定性都很難保證。3、由于Zigbee設(shè)備發(fā)射時間不確定，所以功耗利用率低。WirelessHART雖然基于TDMA (時分多址接入)技術(shù)，統(tǒng)一了各個節(jié)點時間，但實現(xiàn)方法較為復(fù)雜(需要額外的網(wǎng)絡(luò)管理器)成本較高，不適合應(yīng)用于傳統(tǒng)低成本的消防設(shè)備中。4、GINSENG (工業(yè)級無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究項目)已經(jīng)實現(xiàn)低復(fù)雜度，高穩(wěn)定性且低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但該協(xié)議基于靜態(tài)TDMA技術(shù)，且未考慮時系復(fù)用，所以該系統(tǒng)無法擴展，不適合應(yīng)用于靈活布防的消防設(shè)備。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于針對現(xiàn)有消防通信技術(shù)的不足，提供一種更加有效的消防應(yīng)急燈與遠(yuǎn)程監(jiān)控端的通信方法。—種基于消防應(yīng)急燈的MAC層通信方法包括以下步驟: 第一步，離線時隙規(guī)劃，具體是:將離線規(guī)定時隙周期長短，預(yù)先規(guī)劃成包括上傳S:P和下載Sfimi時隙的基礎(chǔ)時隙Sb、附加時隙和未用時隙，時隙劃分同樣按照GinMAC協(xié)議規(guī)則進行，但不進行離線分配時隙。同時為了保證網(wǎng)絡(luò)的可擴展性及時間同步，在原有時隙基礎(chǔ)上加入入網(wǎng)時隙、時間同步時隙和路由時隙。時間同步時隙St為網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點的時間進行同步，基準(zhǔn)時鐘為網(wǎng)關(guān)時鐘。在SI時隙時，網(wǎng)關(guān)廣播網(wǎng)關(guān)時鐘，處于接收狀態(tài)的節(jié)點接收到之后；在32時隙時，收到網(wǎng)關(guān)時鐘的節(jié)點廣播接收到的網(wǎng)關(guān)時鐘，依次向下傳輸，故時間同步時隙與網(wǎng)絡(luò)深度相同，即St =H0入網(wǎng)時隙Sn為了接收新增節(jié)點入網(wǎng)請求，保證了網(wǎng)絡(luò)的擴展性。其中第一個時隙中，所有節(jié)點進入接收狀態(tài)，需入網(wǎng)節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求；第二個時隙，父節(jié)點將處理結(jié)果告知需入網(wǎng)節(jié)點；第三個時隙，入網(wǎng)節(jié)點若入網(wǎng)成功，則廣播告知自身鄰居節(jié)點入網(wǎng)成功。故入網(wǎng)時隙Sn = 3，同時，由于入網(wǎng)時隙每個周期都存在，所以無線節(jié)點可以在該時隙內(nèi)進行傳感器米樣。路由時隙Sk為了兼容上層的61owpan協(xié)議及節(jié)點之間相互告知自身鄰居列表；在路由時隙中節(jié)點采用CSMA的方式發(fā)送路由包。第二步，時鐘同步，具體是:將網(wǎng)關(guān)時鐘作為基準(zhǔn)時鐘，網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)節(jié)點晶振精度和環(huán)境干擾預(yù)先規(guī)定好時鐘同步頻率。當(dāng)需要時鐘同步時，首先，網(wǎng)關(guān)廣播基準(zhǔn)時鐘，網(wǎng)絡(luò)第一層處于接收狀態(tài)接收基準(zhǔn)時鐘，并校正本地時鐘；之后，第一層節(jié)點廣播校準(zhǔn)后的本地時鐘，第二層節(jié)點處于接收狀態(tài)接收基準(zhǔn)時鐘，并校正本地時鐘；以此類推，直到所有節(jié)點均校準(zhǔn)了時鐘。為了保證時鐘的精確性，所以必須考慮傳輸時間。假設(shè)傳輸速率為V，射頻準(zhǔn)備時間為tp，時間同步包長度為Kd，導(dǎo)前碼和同步字節(jié)長度為Kh。則估計傳輸時間計算公式:本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于消防應(yīng)急燈的MAC層通信方法，其特征在于該方法包括以下步驟：第一步，離線時隙規(guī)劃，具體是：將離線規(guī)定時隙周期長短，預(yù)先規(guī)劃成包括上傳???????????????????????????????????????????????和下載時隙的基礎(chǔ)時隙SB、附加時隙和未用時隙，時隙劃分同樣按照GinMAC協(xié)議規(guī)則進行，但不進行離線分配時隙；同時為了保證網(wǎng)絡(luò)的可擴展性及時間同步，在原有時隙基礎(chǔ)上加入入網(wǎng)時隙、時間同步時隙和路由時隙；時間同步時隙ST為網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點的時間進行同步，基準(zhǔn)時鐘為網(wǎng)關(guān)時鐘；在S1時隙時，網(wǎng)關(guān)廣播網(wǎng)關(guān)時鐘，處于接收狀態(tài)的節(jié)點接收到之后；在S2時隙時，收到網(wǎng)關(guān)時鐘的節(jié)點廣播接收到的網(wǎng)關(guān)時鐘，依次向下傳輸，故時間同步時隙與網(wǎng)絡(luò)深度相同，即ST?=?H；入網(wǎng)時隙SN為了接收新增節(jié)點入網(wǎng)請求，保證了網(wǎng)絡(luò)的擴展性；其中第一個時隙中，所有節(jié)點進入接收狀態(tài)，需入網(wǎng)節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求；第二個時隙，父節(jié)點將處理結(jié)果告知需入網(wǎng)節(jié)點；第三個時隙，入網(wǎng)節(jié)點若入網(wǎng)成功，則廣播告知自身鄰居節(jié)點入網(wǎng)成功；故入網(wǎng)時隙SN?=?3，同時，由于入網(wǎng)時隙每個周期都存在，所以無線節(jié)點可以在該時隙內(nèi)進行傳感器采樣；路由時隙SR為了兼容上層的6lowpan協(xié)議及節(jié)點之間相互告知自身鄰居列表；在路由時隙中節(jié)點采用CSMA的方式發(fā)送路由包；第二步，時鐘同步，具體是：將網(wǎng)關(guān)時鐘作為基準(zhǔn)時鐘，網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)節(jié)點晶振精度和環(huán)境干擾預(yù)先規(guī)定好時鐘同步頻率；當(dāng)需要時鐘同步時，首先，網(wǎng)關(guān)廣播基準(zhǔn)時鐘，網(wǎng)絡(luò)第一層處于接收狀態(tài)接收基準(zhǔn)時鐘，并校正本地時鐘；之后，?第一層節(jié)點廣播校準(zhǔn)后的本地時鐘，第二層節(jié)點處于接收狀態(tài)接收基準(zhǔn)時鐘，并校正本地時鐘；以此類推，直到所有節(jié)點均校準(zhǔn)了時鐘；為了保證時鐘的精確性，所以必須考慮傳輸時間；設(shè)傳輸速率為V，射頻準(zhǔn)備時間為tp，時間同步包長度為Kd，導(dǎo)前碼和同步字節(jié)長度為Kh；則估計傳輸時間計算公式：在基礎(chǔ)時隙時，若節(jié)點向上一層節(jié)點上傳數(shù)據(jù)包時MAC層包頭包含本地時間，父節(jié)點若接收到數(shù)據(jù)包，將節(jié)點本地時間和自身時間之差作為實際傳輸時間tr，并且將實際傳輸時間通過應(yīng)答包反饋給節(jié)點；節(jié)點以實際傳輸時間為準(zhǔn)，當(dāng)未獲得實際傳輸時間時節(jié)點使用估計傳輸時間；節(jié)點時間為傳輸時間與基準(zhǔn)時間之和；第三步，節(jié)點入網(wǎng)和淘汰，具體是：A.時間同步；由于每個節(jié)點上傳數(shù)據(jù)或是下載數(shù)據(jù)時MAC頭都包含本地時鐘，所以入網(wǎng)節(jié)點將收聽網(wǎng)絡(luò)，直到接收到網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點時鐘為止；之后，入網(wǎng)節(jié)點將根據(jù)接收到的時鐘對本地時鐘進行校準(zhǔn)；由于時隙個數(shù)F一定，每個時隙為M?mS，且第一個時隙正好對應(yīng)基準(zhǔn)時鐘的初始值，則根據(jù)時間t計算時隙序號N公式如下：B.節(jié)點在入網(wǎng)請求時隙廣播入網(wǎng)請求，在路由時隙時該節(jié)點的鄰居節(jié)點將自身的鄰居表反饋發(fā)送給入網(wǎng)節(jié)點；入網(wǎng)節(jié)點存儲好接收到的數(shù)據(jù)包更新自身鄰居列表，并選擇最優(yōu)鏈路的鄰居節(jié)點作為父親節(jié)點；C.入網(wǎng)節(jié)點再次在入網(wǎng)時隙中向第二步選擇的父親節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求；父親節(jié)點之后首先廣播路由包來更新自身鄰居列表，與入網(wǎng)節(jié)點相同，父親節(jié)點的鄰居節(jié)點在路由時隙反饋自身的鄰居表；通過鄰居列表更新后的父親節(jié)點判斷是否有空余時隙；D.若入網(wǎng)成功父親節(jié)點在入網(wǎng)時隙中將入網(wǎng)成功信息反饋給入網(wǎng)節(jié)點；之后入網(wǎng)節(jié)點向鄰居節(jié)點廣播入網(wǎng)成功信息，以告知鄰居節(jié)點更新自身鄰居列表；每次節(jié)點入網(wǎng)時將會對其父親節(jié)點進行鄰居列表更新，當(dāng)無法接收到原有鄰居節(jié)點則將其中鄰居列表中淘汰；同時，當(dāng)節(jié)點連續(xù)兩次出現(xiàn)發(fā)射失敗時，則節(jié)點自認(rèn)鏈路斷開，從步驟A開始重新入網(wǎng)；第四步，時隙分配,具體是：采用的是動態(tài)的自組織的時隙分配規(guī)則，設(shè)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)深度H?=?2，信道數(shù)C?=?4的網(wǎng)絡(luò)；其中0號節(jié)點v1為網(wǎng)關(guān)，1、2號節(jié)點v1、v2為網(wǎng)絡(luò)第一層，3、4號節(jié)點v3、v4為網(wǎng)絡(luò)第二層；時隙分配按照網(wǎng)絡(luò)層數(shù)由高到低進行分配，同時為了保證信號的可靠性時隙復(fù)用次數(shù)限定為C/2；已知0號鄰居節(jié)點N0?=?{v1，v2}，N1?=?{v0，v4}，N2?=?{v0，v1}，N3?=?{v2}，N4?=?{v4}；首先分配v1至v0鏈路，由于時隙表為空則分配在第一個基礎(chǔ)時隙中；之后分配v2至v0鏈路，由于接收端都為v0則只能分配在中；再是分配v4至v1鏈路，由于N1N4，故分配在中；最后分配v3至v2鏈路，v3至v2鏈路跳到其他信道以避免干擾；對于下載基礎(chǔ)時隙的分配原理與上傳基礎(chǔ)時隙分配相同；第五步，數(shù)據(jù)上傳及下載；隨著子節(jié)點入網(wǎng)成功及父節(jié)點時隙分配完成，節(jié)點間的鏈路形成；之后節(jié)點將基于TDMA進行數(shù)據(jù)的上傳及下載。201310003...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于消防應(yīng)急燈的MAC層通信方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 第一步，離線時隙規(guī)劃，具體是:將離線規(guī)定時隙周期長短，預(yù)先規(guī)劃成包括上傳Sf和下載Sfjwn時隙的基礎(chǔ)時隙Sb、附加時隙和未用時隙，時隙劃分同樣按照GinMAC協(xié)議規(guī)則進行，但不進行離線分配時隙；同時為了保證網(wǎng)絡(luò)的可擴展性及時間同步，在原有時隙基礎(chǔ)上加入入網(wǎng)時隙、時間同步時隙和路由時隙； 時間同步時隙St為網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點的時間進行同步，基準(zhǔn)時鐘為網(wǎng)關(guān)時鐘；在51時隙時，網(wǎng)關(guān)廣播網(wǎng)關(guān)時鐘，處于接收狀態(tài)的節(jié)點接收到之后；在S2時隙時，收到網(wǎng)關(guān)時鐘的節(jié)點廣播接收到的網(wǎng)關(guān)時鐘，依次向下傳輸，故時間同步時隙與網(wǎng)絡(luò)深度相同，即St = H; 入網(wǎng)時隙3,為了接收新`增節(jié)點入網(wǎng)請求，保證了網(wǎng)絡(luò)的擴展性；其中第一個時隙中，所有節(jié)點進入接收狀態(tài)，需入網(wǎng)節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求；第二個時隙，父節(jié)點將處理結(jié)果告知需入網(wǎng)節(jié)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：杜明，管冰蕾，程凱韜，姚樹鶴，邵岳軍，葛泉波，
申請(專利權(quán))人：寧波繼明電器有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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