¶ 同步休眠
¶ 1. 概述
同步休眠是WaveMesh LLX无线移动自组网协议栈提供的核心低功耗休眠策略之一，主要用于满足大规模低功耗自组网场景下的功耗控制与实时数据传输需求。其核心特征是网络内所有节点的休眠时间片严格同步，实现“同时工作、同时休眠”的协同运行模式，通过最小化无效工作时间降低全网功耗，同时保障数据传输的实时性与可靠性。该技术广泛应用于矿业安全监控、大规模传感器网络等对功耗和实时性均有严苛要求的场景。
同步休眠作为WaveMesh LLX协议休眠体系的重要组成部分，可单独使用，也可与异步休眠结合形成混合休眠模式，以提升网络在复杂环境下的健壮性。
¶ 2. 工作机制
¶ 2.1 核心原理
同步休眠模式下，网络需指定一个或多个网关（ROOT节点）作为时间同步源，通过广播同步休眠报文向全网节点传递同步时间信息（含本次同步休眠时间片长度）。所有节点接收并解析同步报文后，校准自身时钟，使休眠与工作时间片严格对齐，实现全网协同休眠与唤醒。
网络运行过程中，若存在数据传输需求，所有节点在统一的工作时间片内完成数据收发与中继；若工作时间片内无数据传输，节点可提前进入下一个休眠时间片，无需等待当前工作时间片结束。网关通过“静默超时”机制判断工作时间片的结束时刻，因此工作时间片长度会随网络数据量、节点数量动态调整，而同步休眠时间片长度可由网关根据应用需求灵活配置。
¶ 2.2 时间片运行流程
同步休眠的时间片运行分为三个核心阶段，流程如下：
-
同步阶段：网关广播同步休眠报文，携带休眠时间片长度、同步时钟等信息，全网节点接收后完成时钟校准，确保时间片同步；
-
工作阶段：所有节点同步进入工作时间片，完成数据收发、路由中继等操作；若工作时间片内无数据传输或数据传输完成，节点提前进入休眠；
-
休眠阶段：所有节点同步进入休眠时间片，关闭非必要模块（如射频模块）以降低功耗；休眠时间片结束后，自动唤醒并等待下一次同步报文，进入新的时间片循环。
时间片运行示意图如下（参考WaveMesh LLX协议文档）：
¶ 3. 核心特点
-
全网时间同步：通过网关广播同步报文实现全网时钟校准，相邻节点时间片误差可降至最小，确保“同时休眠、同时唤醒”，避免无效唤醒与功耗浪费；
-
动态时间片调整：同步休眠时间片长度可通过网关灵活配置，工作时间片长度随网络数据量动态变化，平衡功耗与实时性；
-
无唤醒开销：工作时间片内节点均处于唤醒状态，数据传输无需额外的唤醒过程，降低传输延迟，保障实时性；
-
功耗优先策略：数据传输过程中优先保障功耗控制，若网络存在干扰或数据传输失败，不会无限重试，而是等待下一个工作时间片，避免持续高功耗运行；
-
兼容性强：可与异步休眠结合形成混合休眠模式，提升网络在干扰环境下的健壮性；支持与WaveMesh LLX协议的其他功能（如全网集抄、多径路由）协同工作。
¶ 4. 关键参数设置
同步休眠的参数配置主要集中在网关（ROOT节点），终端节点（NODE/END节点）无需单独设置，核心参数如下：
| 参数名称 | 配置主体 | 参数说明 | 取值范围 | 默认/推荐值 |
|---|---|---|---|---|
| 同步休眠时间片长度 | 网关（ROOT节点） | 设定全网同步休眠的时长，决定节点单次休眠的时间 | 0~17分钟（受MCU低速RC振荡器精度限制） | 根据应用场景配置（如矿业监控推荐5分钟） |
| 同步报文广播周期 | 网关（ROOT节点） | 网关发送同步休眠报文的周期，确保节点时钟持续同步 | 与同步休眠时间片长度一致 | 与同步休眠时间片长度相同 |
| 静默超时阈值 | 网关（ROOT节点） | 判断工作时间片结束的阈值，无数据传输超过该阈值则进入休眠 | 100ms~500ms | 200ms |
💡说明：终端节点仅需正确接收网关的同步报文即可实现时间同步，无需手动配置上述参数；若节点未接收到同步报文，将无法进入同步休眠模式，可能导致功耗升高。
¶ 5. 应用场景
同步休眠适用于节点密集、需长期电池供电、对数据采集实时性要求高的分布式自组网场景，典型应用包括：
¶ 5.1 矿业安全监控
矿业采空区等狭长隧道环境中，传感器（位移、压力、气体传感器等）按50 ~ 100米间隔部署，形成5 ~ 10公里的线状网络。采用同步休眠策略，全网节点在数据采集间隙（如5分钟）同步休眠，仅在采集时刻同步唤醒，数秒内完成全网数据采集，保障实时监控的同时，降低电池功耗，延长设备使用寿命。WaveMesh LLX协议的矿业安全监控方案中，同步休眠模块采用WM1268-49S等LoRa模块，配合LLD固件，可实现1年以上的电池续航。
¶ 5.2 大规模低功耗传感器网络
如农业物联网、环境监测等场景，大量传感器节点分布在广阔区域，需长期采集温湿度、土壤墒情等数据。同步休眠可确保所有节点同步唤醒采集数据，避免单个节点频繁唤醒导致的功耗浪费，同时通过网关同步控制采集周期，平衡数据实时性与功耗。
¶ 5.3 工业无线监控网络
工业生产环境中的设备状态监控、流水线数据采集等场景，节点需稳定传输数据且长期运行。同步休眠可降低节点 idle 状态的功耗，同时保障数据在统一的工作时间片内传输，避免工业电磁干扰导致的传输失败，提升网络可靠性。
¶ 5.4 智慧水务/管网监测
城市供水管网、地下排水管网及水利工程监测场景中，需在管网关键节点（如阀门、水表、泄漏监测点）部署大量压力、流量、液位传感器。此类场景下传感器分布分散、部署环境复杂（多为地下或露天），供电不便且维护成本高。同步休眠策略可让所有传感器节点同步休眠与唤醒，在固定周期（如10分钟）内同步采集管网数据，快速完成全网传输，保障管网泄漏、压力异常等故障的实时预警；同时大幅降低节点功耗，采用电池供电即可实现2年以上续航，减少人工更换电池的维护成本。
¶ 5.5 森林防火监测
山区、林区等大面积野外区域的森林防火监测中，需部署温度、烟雾、风速风向传感器及高清摄像头节点，形成大范围监测网络。该场景下节点供电依赖太阳能+电池互补模式，且对数据实时性要求极高（需快速响应火情）。同步休眠可让所有监测节点同步唤醒，在短时间内完成环境数据采集与状态上报，避免单个节点频繁唤醒导致的能源浪费；若监测到火情信号，节点可在工作时间片内持续传输告警数据，确保后台快速接收火情信息并调度救援；无火情时则同步进入长休眠状态，最大化利用太阳能储能，保障极端天气下的设备持续运行。
¶ 5.6 智能电网配电侧监测
智能电网的配电线路、配电变压器、电缆分支箱等配电侧设备监测场景中，需部署电流、电压、温度、局放传感器，实时监测设备运行状态，预防线路过载、设备过热等故障。配电侧监测节点多分布在户外电线杆、电缆沟等区域，供电条件有限，且需保障故障数据的实时传输。同步休眠策略可使全网传感器节点按固定周期（如5分钟）同步唤醒采集数据，快速完成数据上传；针对配电侧负荷波动大的特点，工作时间片可动态调整，负荷高峰时缩短休眠周期、提升数据采集频率，负荷低谷时延长休眠周期、降低功耗，实现“按需监测”与低功耗的平衡。
¶ 6. 与其他休眠策略的差异
WaveMesh LLX协议支持异步休眠、同步休眠、自主休眠等多种休眠策略，同步休眠与核心策略的差异如下表所示：
| 对比维度 | 同步休眠 | 异步休眠 | 自主休眠 |
|---|---|---|---|
| 时间同步 | 全网严格同步，需网关同步报文 | 节点独立休眠，无需同步 | 终端节点自主休眠，无需同步 |
| 唤醒方式 | 时间片到自动唤醒，无额外唤醒过程 | 休眠-监听循环，需无线唤醒信号 | 自主唤醒或串口唤醒 |
| 功耗水平 | 中低（全网同步休眠，无无效监听） | 中（需定期监听唤醒信号） | 最低（仅在需要时唤醒） |
| 实时性 | 高（工作时间片内即时传输） | 中（需唤醒过程，延迟与跳数相关） | 低（延迟取决于休眠时间片） |
| 适用场景 | 大规模实时监控网络 | 分散式低功耗网络 | 终端叶子节点（如人员定位卡） |
¶ 7. 注意事项（必看）
-
时钟校准限制：节点休眠时采用MCU片内低速RC振荡器，频偏较大，协议会通过软件校准控制误差，但需注意最大同步时间片长度限制（≤17分钟）；
-
同步报文可靠性：同步休眠依赖网关广播的同步报文，若网关故障或同步报文丢失，节点可能无法进入同步休眠，需搭配混合休眠模式（同步+异步）提升健壮性；
-
数据传输优先级：同步休眠优先保障功耗，单次全网集抄不保证100%可靠性，若需高可靠性，建议结合WaveMesh LLX的全网集抄功能与重传机制；
-
参数配置一致性：同一网络内的网关需配置一致的同步休眠时间片长度，避免节点时钟混乱；
-
硬件适配：建议选用支持高精度时钟校准的MCU的模块（如AS1268-049M、AS1268-049H），确保同步精度，降低功耗。
¶ 8. 相关技术关联
-
混合休眠：同步休眠与异步休眠结合的模式，当节点未接收到同步报文时，自动进入异步休眠，避免持续高功耗运行；
-
全网集抄：同步休眠网络可配合全网集抄功能，在工作时间片内快速完成全网数据采集，集抄时间与节点数量正相关，与路由跳数基本无关；
-
多径路由：同步休眠网络中，路由协议在工作时间片内动态维护多径路由，确保数据传输可靠性，路由选择综合考虑距离、信号质量和节点剩余电量。
¶ 9. 常见问题（FAQ）
¶ Q1：同步休眠网络中，网关故障后节点会如何运行？
A1：网关故障后，节点无法接收新的同步报文，若未配置混合休眠模式，节点将无法进入同步休眠，持续处于工作状态，功耗升高；若配置混合休眠，节点将自动切换至异步休眠模式，按预设的异步休眠时间片循环，保障低功耗运行。
¶ Q2：同步休眠时间片长度是否可以动态调整？
A2：可以。网关可通过修改同步休眠报文的参数，动态调整同步休眠时间片长度，无需重启节点，节点接收新的同步报文后自动更新配置。
¶ Q3：同步休眠网络支持的最大节点数量是多少？
A3：WaveMesh LLX协议的同步休眠网络无理论节点数量限制，实际规模取决于网络吞吐量、功耗和实时性要求。典型场景下，单个网关可支持200个以上节点（如矿业安全监控场景），多个网关协同可扩展网络规模。
¶ Q4：同步休眠与自主休眠节点能否共存于同一网络？
A4：可以。自主休眠节点（终端节点）无需参与同步，在需要传输数据时自主唤醒，与同步休眠节点（路由/网关）在工作时间片内完成数据交互，适用于混合抄表、人员定位等场景。
¶ 10. 参考资料
- 济南创艺电子科技有限公司. wavemesh_llx_2.x无线移动自组网协议综述.pdf.