無線照明系統(tǒng)休眠策略的研究與實現(xiàn)

摘要：為解決傳統(tǒng)無線控制系統(tǒng)在空閑時仍處于完全功耗狀態(tài)，造成能源利用率低的問題，提出一種基于休眠喚醒策略的節(jié)能機制。首先，網(wǎng)絡采用有利于節(jié)點休眠的網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，通過節(jié)點配置，保證網(wǎng)絡通信在節(jié)點休眠期間的可靠性；其次，休眠節(jié)點按照其功能要求，分別采用了事件驅(qū)動和定時喚醒的機制，在滿足使用要求的情況下，最大限度地減低功耗；最后，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對上述休眠機制進行分析研究，驗證其有效性和可用性。
關(guān)鍵詞：ZigBee；休眠；照明系統(tǒng)；低功耗

隨著無線電技術(shù)的不斷發(fā)展，無線通信逐步融入到生活中的各個方面，家居控制不斷向智能化、自動化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。對于傳統(tǒng)的無線照明控制系統(tǒng)，無線設備即使在空閑狀態(tài)下，其無線接收部分仍然處于活躍狀態(tài)，等待系統(tǒng)無線控制信號。長時間不間斷地工作將造成大量的能源浪費。針對功耗來源，對于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點SoC，可以設計如下的工作狀態(tài)：正常模式、淺休眠模式、深度休眠模式。本文結(jié)合ZigBee技術(shù)特點，提出一種休眠節(jié)能策略，使無線設備在不執(zhí)行任何操作的情況下進入極低功耗的狀態(tài)，提高能源的利用率。

1 ZigBee技術(shù)
ZigBee是基于IEEE 802．15．4的一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其網(wǎng)絡可容納大量節(jié)點，點對點的最大傳輸距離為75 m，在傳輸范圍內(nèi)節(jié)點間可以互相通信，支持多種自組織網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。
與傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)相比，ZigBee具有以下特點。省電：兩節(jié)五號電池工作時間可達2年；可靠：采用CSMA／CA避免數(shù)據(jù)沖突；高容量：網(wǎng)絡最多可容納65 000個節(jié)點；低成本；低速率：傳輸速率為250 Kb／s；高安全性：支持AES-128加密。因此ZigBee多應用于有成本和功耗要求，且傳輸速率較低，數(shù)據(jù)量較少的場合。

2 系統(tǒng)規(guī)劃
如圖1所示，系統(tǒng)由嵌入式控制器、照明控制節(jié)點、開關(guān)節(jié)點和路由節(jié)點組成。

嵌入式控制器集中監(jiān)視和控制照明系統(tǒng)的狀態(tài)，用戶可以通過嵌入式控制器查看系統(tǒng)中所有照明設備的狀態(tài)，并能通過觸摸屏對其進行控制。開關(guān)節(jié)點作為次級控制單元，可發(fā)送開關(guān)信號到照明節(jié)點，控制其開關(guān)狀態(tài)。然而照明節(jié)點是系統(tǒng)中的執(zhí)行設備，接收控制命令和執(zhí)行相應的動作。每個開關(guān)節(jié)點可與多個照明節(jié)點綁定。
2．1 網(wǎng)絡拓撲
ZigBee網(wǎng)絡中，一般存在三種功能設備：網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器(具有建立網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能)、路由器(具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能)和終端設備(不具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能)。本系統(tǒng)采用圖1所示的網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)。它是一種可靠性高，網(wǎng)絡容量大的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡中放置若干個特殊的路由器，專門負責進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。一般情況下，網(wǎng)絡中僅有協(xié)調(diào)器和路由器處于活躍狀態(tài)，終端設備進入休眠模式。