無線照明系統休眠策略的研究與實現

摘要：為解決傳統無線控制系統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，網絡采用有利于節(jié)點休眠的網狀拓撲結構，通過節(jié)點配置，保證網絡通信在節(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，根據相關數據對上述休眠機制進行分析研究，驗證其有效性和可用性。
關鍵詞：ZigBee；休眠；照明系統；低功耗

隨著無線電技術的不斷發(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、自動化和網絡化方向發(fā)展。對于傳統的無線照明控制系統，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。本文結合ZigBee技術特點，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
ZigBee是基于IEEE 802．15．4的一種短距離、低功耗的無線通信技術。其網絡可容納大量節(jié)點，點對點的最大傳輸距離為75 m，在傳輸范圍內節(jié)點間可以互相通信，支持多種自組織網絡拓撲結構。
與傳統的無線通信技術相比，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避免數據沖突；高容量：網絡最多可容納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，數據量較少的場合。

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

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