鋼絲繩狀態(tài)無線監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能方案研究與設計

其中根節(jié)點一般定義為0級，它在時鐘同步階段的作用是廣播分組數(shù)據(jù)包，通過廣播的方法給每個節(jié)點分配一個層次號(不惟一)和ID號(惟一)。根節(jié)點的相鄰節(jié)點在收到分級的數(shù)據(jù)包后，會把自己的同步級別設置為1級。然后這個1級節(jié)點會繼續(xù)廣播分級數(shù)據(jù)包，其他的節(jié)點按照這個發(fā)放依次確定自己的級別，一直到網絡中的所有節(jié)點都設置了自己的級別，這個過程就完成了層次發(fā)現(xiàn)的階段。
第二階段為同步階段，該階段的主要任務是層次結構建立以后根節(jié)點通過廣播時間同步分組啟動同步階段。以根節(jié)點和1級節(jié)點進行時間同步為例子來介紹同步階段的整個過程。根節(jié)點和1級節(jié)點在進行時間同步是通過兩個節(jié)點之間的雙向信息的交換來實現(xiàn)的。其整個過程如圖4所示。

層次結構建立后，根節(jié)點通過廣播時間同步分組啟動同步階段，其中同步分組中包含有根節(jié)點的等級和發(fā)送信息報的本地時間T1。第1級節(jié)點在收到這個分組以后首先會檢查該信息包中的節(jié)點信息是否和其父節(jié)點即根節(jié)點的節(jié)點信息一致，如果一致則記錄收到該包時的時間為T2，否則丟掉這個同步包，然后1級節(jié)點在T3時刻發(fā)送應答分組給根節(jié)點，分組中含有1級節(jié)點的級別和T1，T2及T3的信息，根節(jié)點在T4時刻收到應答幀，因此可以推出以下公式：

式中：△為根節(jié)點和1級節(jié)點之間的時間偏差；d為根節(jié)點和1級節(jié)點之間的傳輸時延，假設其雙向之間的傳輸時延相同。當1級節(jié)點收到根節(jié)點發(fā)送的同步信息報SYNC后，其中包含T1和T4，它根據(jù)式(2)就能計算時間偏差△和傳輸時延d，然后將自己的時鐘和根節(jié)點進行同步。

3 同步喚醒算法的研究與設計
3．1 問題的提出
本項目中利用無線傳感器網絡對擦窗機鋼絲繩運行過程中的狀態(tài)進行實時監(jiān)測，提高擦窗機在運行中的安全性。但是由于擦窗機運行場景的特殊性及無線傳感器網絡穿墻能力的有限性，位于大樓不同樓面上的傳感器節(jié)點在擦窗機不在該樓面施工時，該節(jié)點是不會參與到數(shù)據(jù)的轉發(fā)過程中的，為了節(jié)省整個網絡的能量及延長整個網絡的生命周期，此時這些節(jié)點的運行是沒有必要的，為了減少網絡能量消耗應使其處于低功耗模式。
3．2 系統(tǒng)功耗模式
本設計采用CC2530單片機，其共有五種工作模式，分別為主動模式、空閑模式、PM1、PM2和PM3。主動模式為一般模式，PM3具有最低的功耗。其不同的供電模式對系統(tǒng)的影響如表1所示。

主動模式為全功能模式，空閑模式除了CPU內核停止運行，其他和主動模式是一樣的。PM1模式適用于相當短時間內的休眠時間。PM2模式適用于相當長時間內的休眠事件，特別是用于休眠定時狀態(tài)。在PM1和PM2模式中，系統(tǒng)可以通過重置或者一個外部中斷或者休眠定時喚醒轉入主動模式。PM3模式只能通過重置或者一個外部中斷轉入主動模式。在本設計中選擇PM2模式為低功耗模式，雖然PM3模式功耗最小，但是PM3模式必須通過外部中斷或重置才能重新進行數(shù)據(jù)收發(fā)工作，這在無線傳感器網絡應用中十分不實際。因為本設計的節(jié)點很多都處于樓層高處或外表面，無法通過采用外部中斷的方式進行喚醒。