針對數(shù)據(jù)傳輸延遲小、可靠性高的要求,提出了一種新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法。整個(gè)設(shè)計(jì)流程從用戶需求到實(shí)際的試點(diǎn)部署在一個(gè)真實(shí)的療養(yǎng)院進(jìn)行。該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括多跳低延遲數(shù)據(jù)傳輸和節(jié)能型移動節(jié)點(diǎn),使用小電池即可達(dá)到多年壽命,這些節(jié)點(diǎn)使用低成本、低功耗的2.4GHz無線電進(jìn)行通信,消息轉(zhuǎn)發(fā)可靠性高。該網(wǎng)絡(luò)用于安全應(yīng)用程序中,人員可以在受到威脅的情況下發(fā)送警報(bào),可以實(shí)現(xiàn)多種傳感器測量和執(zhí)行器控制。 

【文章來源】：自動化技術(shù)與應(yīng)用. 2020,39(10)

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【部分圖文】：

療養(yǎng)院安全WSN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3療養(yǎng)院安全WSN設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)[11-12]。因此，移動節(jié)點(diǎn)可以使用小電池工作，仍然可以達(dá)到數(shù)年的使用壽命。網(wǎng)絡(luò)由資源受限的WSN節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)使用低成本、低功耗的2.4GHz無線電通信，不包括接收信號強(qiáng)度指示器(RSSI)功能[13-15]。圖1療養(yǎng)院安全WSN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3療養(yǎng)院安全WSN設(shè)計(jì)療養(yǎng)院安全WSN通信堆棧設(shè)計(jì)由MAC和路由協(xié)議組成。MAC協(xié)議使用隨機(jī)信道訪問來實(shí)現(xiàn)低信道訪問延遲。因此，節(jié)點(diǎn)可以在任何所需的時(shí)刻傳輸數(shù)據(jù)，這樣可以在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和QoS支持期間快速做出路由決策。3.1MAC協(xié)議圖2節(jié)點(diǎn)占空比和數(shù)據(jù)傳輸圖2展示了療養(yǎng)院安全WSNMAC協(xié)議的工作原理。移動節(jié)點(diǎn)的操作被劃分為訪問周期。在訪問周期中，移動節(jié)點(diǎn)僅在很短的時(shí)間內(nèi)處于活動狀態(tài)，其余時(shí)間處于低功耗睡眠模式以節(jié)省能源。在活動期間，移動節(jié)點(diǎn)可以與路由器節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)，路由器節(jié)點(diǎn)始終處于活動狀態(tài)。在鏈路層，所有路由器都是同構(gòu)的，形成一個(gè)平面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所有數(shù)據(jù)在具有特定頻帶的公共數(shù)據(jù)信道中交換。3.1.1路由器節(jié)點(diǎn)通道訪問路由器節(jié)點(diǎn)使用類似于ALOHA協(xié)議的基于隨機(jī)補(bǔ)償?shù)男诺涝L問，實(shí)際傳輸時(shí)間在初始回退窗口內(nèi)隨機(jī)分配，源路由器為初始傳輸隨機(jī)分配不同的回退時(shí)間。因此，都成功地將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥繕?biāo)路由器，目標(biāo)路由器確認(rèn)成功進(jìn)行了數(shù)據(jù)交換。同樣，第二個(gè)數(shù)據(jù)包被安排同時(shí)傳輸。然而，現(xiàn)在兩個(gè)源路由器都隨機(jī)化了相同的初始回退時(shí)間，并且數(shù)據(jù)包發(fā)生了沖突。由于使用了二進(jìn)制指數(shù)回退，所以使用的回退窗口長度是前一個(gè)窗口長度的兩倍。使用重新加密的回退時(shí)間，源路由器能夠成功地傳輸其數(shù)據(jù)包。3.1.2移動節(jié)點(diǎn)通道訪問如圖3所示，移動節(jié)點(diǎn)活動時(shí)間段由一組上行鏈路數(shù)據(jù)包和一個(gè)下行鏈路窗口組成，下行鏈路窗口用于確認(rèn)和路由器到移動?

了相同的初始回退時(shí)間，并且數(shù)據(jù)包發(fā)生了沖突。由于使用了二進(jìn)制指數(shù)回退，所以使用的回退窗口長度是前一個(gè)窗口長度的兩倍。使用重新加密的回退時(shí)間，源路由器能夠成功地傳輸其數(shù)據(jù)包。3.1.2移動節(jié)點(diǎn)通道訪問如圖3所示，移動節(jié)點(diǎn)活動時(shí)間段由一組上行鏈路數(shù)據(jù)包和一個(gè)下行鏈路窗口組成，下行鏈路窗口用于確認(rèn)和路由器到移動節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信。上行鏈路集中的每個(gè)數(shù)據(jù)包都包含以不同功率電平發(fā)送的同一鄭這增加了可靠性，并允許在不需要RSSI硬件的情況下測量移動節(jié)點(diǎn)和路由器之間的路徑損耗，這些數(shù)據(jù)可用于本地化。圖3移動節(jié)點(diǎn)通道接入的工作原理所有接收路由器節(jié)點(diǎn)向移動節(jié)點(diǎn)確認(rèn)接收到的數(shù)據(jù)。路由器在下行鏈路窗口中隨機(jī)分配下行鏈路傳輸。移動節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)用程序負(fù)載數(shù)據(jù)可以在確認(rèn)包中承載，這些數(shù)據(jù)包括警報(bào)的應(yīng)用層確認(rèn)。為了避免沖突，移動節(jié)點(diǎn)將其活動時(shí)間段出現(xiàn)時(shí)間81

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