無(wú)線照明系統(tǒng)休眠策略的研究與實(shí)現(xiàn)

摘要：為解決傳統(tǒng)無(wú)線控制系統(tǒng)在空閑時(shí)仍處于完全功耗狀態(tài)，造成能源利用率低的問(wèn)題，提出一種基于休眠喚醒策略的節(jié)能機(jī)制。首先，網(wǎng)絡(luò)采用有利于節(jié)點(diǎn)休眠的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)配置，保證網(wǎng)絡(luò)通信在節(jié)點(diǎn)休眠期間的可靠性；其次，休眠節(jié)點(diǎn)按照其功能要求，分別采用了事件驅(qū)動(dòng)和定時(shí)喚醒的機(jī)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(duì)上述休眠機(jī)制進(jìn)行分析研究，驗(yàn)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(wú)線電技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線通信逐步融入到生活中的各個(gè)方面，家居控制不斷向智能化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)線照明控制系統(tǒng)，無(wú)線設(shè)備即使在空閑狀態(tài)下，其無(wú)線接收部分仍然處于活躍狀態(tài)，等待系統(tǒng)無(wú)線控制信號(hào)。長(zhǎng)時(shí)間不間斷地工作將造成大量的能源浪費(fèi)。針對(duì)功耗來(lái)源，對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)SoC，可以設(shè)計(jì)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(diǎn)，提出一種休眠節(jié)能策略，使無(wú)線設(shè)備在不執(zhí)行任何操作的情況下進(jìn)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(wú)線通信技術(shù)。其網(wǎng)絡(luò)可容納大量節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的最大傳輸距離為75 m，在傳輸范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)間可以互相通信，支持多種自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
與傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)相比，ZigBee具有以下特點(diǎn)。省電：兩節(jié)五號(hào)電池工作時(shí)間可達(dá)2年；可靠：采用CSMA／CA避免數(shù)據(jù)沖突；高容量：網(wǎng)絡(luò)最多可容納65 000個(gè)節(jié)點(diǎn)；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(yīng)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(chǎng)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(diǎn)、開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)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(guò)嵌入式控制器查看系統(tǒng)中所有照明設(shè)備的狀態(tài)，并能通過(guò)觸摸屏對(duì)其進(jìn)行控制。開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為次級(jí)控制單元，可發(fā)送開(kāi)關(guān)信號(hào)到照明節(jié)點(diǎn)，控制其開(kāi)關(guān)狀態(tài)。然而照明節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)中的執(zhí)行設(shè)備，接收控制命令和執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。每個(gè)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)可與多個(gè)照明節(jié)點(diǎn)綁定。
2．1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?br /> ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，一般存在三種功能設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(具有建立網(wǎng)絡(luò)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(shè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它是一種可靠性高，網(wǎng)絡(luò)容量大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中放置若干個(gè)特殊的路由器，專門負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。一般情況下，網(wǎng)絡(luò)中僅有協(xié)調(diào)器和路由器處于活躍狀態(tài)，終端設(shè)備進(jìn)入休眠模式。