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

其中根節(jié)點(diǎn)一般定義為0級(jí)，它在時(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)層次號(hào)(不惟一)和ID號(hào)(惟一)。根節(jié)點(diǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)在收到分級(jí)的數(shù)據(jù)包后，會(huì)把自己的同步級(jí)別設(shè)置為1級(jí)。然后這個(gè)1級(jí)節(jié)點(diǎn)會(huì)繼續(xù)廣播分級(jí)數(shù)據(jù)包，其他的節(jié)點(diǎn)按照這個(gè)發(fā)放依次確定自己的級(jí)別，一直到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都設(shè)置了自己的級(jí)別，這個(gè)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(wù)是層次結(jié)構(gòu)建立以后根節(jié)點(diǎn)通過廣播時(shí)間同步分組啟動(dòng)同步階段。以根節(jié)點(diǎn)和1級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步為例子來介紹同步階段的整個(gè)過程。根節(jié)點(diǎn)和1級(jí)節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行時(shí)間同步是通過兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的雙向信息的交換來實(shí)現(xiàn)的。其整個(gè)過程如圖4所示。

層次結(jié)構(gòu)建立后，根節(jié)點(diǎn)通過廣播時(shí)間同步分組啟動(dòng)同步階段，其中同步分組中包含有根節(jié)點(diǎn)的等級(jí)和發(fā)送信息報(bào)的本地時(shí)間T1。第1級(jí)節(jié)點(diǎn)在收到這個(gè)分組以后首先會(huì)檢查該信息包中的節(jié)點(diǎn)信息是否和其父節(jié)點(diǎn)即根節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)信息一致，如果一致則記錄收到該包時(shí)的時(shí)間為T2，否則丟掉這個(gè)同步包，然后1級(jí)節(jié)點(diǎn)在T3時(shí)刻發(fā)送應(yīng)答分組給根節(jié)點(diǎn)，分組中含有1級(jí)節(jié)點(diǎn)的級(jí)別和T1，T2及T3的信息，根節(jié)點(diǎn)在T4時(shí)刻收到應(yīng)答幀，因此可以推出以下公式：

式中：△為根節(jié)點(diǎn)和1級(jí)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間偏差；d為根節(jié)點(diǎn)和1級(jí)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸時(shí)延，假設(shè)其雙向之間的傳輸時(shí)延相同。當(dāng)1級(jí)節(jié)點(diǎn)收到根節(jié)點(diǎn)發(fā)送的同步信息報(bào)SYNC后，其中包含T1和T4，它根據(jù)式(2)就能計(jì)算時(shí)間偏差△和傳輸時(shí)延d，然后將自己的時(shí)鐘和根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步。

3 同步喚醒算法的研究與設(shè)計(jì)
3．1 問題的提出
本項(xiàng)目中利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)擦窗機(jī)鋼絲繩運(yùn)行過程中的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高擦窗機(jī)在運(yùn)行中的安全性。但是由于擦窗機(jī)運(yùn)行場(chǎng)景的特殊性及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)穿墻能力的有限性，位于大樓不同樓面上的傳感器節(jié)點(diǎn)在擦窗機(jī)不在該樓面施工時(shí)，該節(jié)點(diǎn)是不會(huì)參與到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)過程中的，為了節(jié)省整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量及延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，此時(shí)這些節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行是沒有必要的，為了減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗應(yīng)使其處于低功耗模式。
3．2 系統(tǒng)功耗模式
本設(shè)計(jì)采用CC2530單片機(jī)，其共有五種工作模式，分別為主動(dòng)模式、空閑模式、PM1、PM2和PM3。主動(dòng)模式為一般模式，PM3具有最低的功耗。其不同的供電模式對(duì)系統(tǒng)的影響如表1所示。

主動(dòng)模式為全功能模式，空閑模式除了CPU內(nèi)核停止運(yùn)行，其他和主動(dòng)模式是一樣的。PM1模式適用于相當(dāng)短時(shí)間內(nèi)的休眠時(shí)間。PM2模式適用于相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的休眠事件，特別是用于休眠定時(shí)狀態(tài)。在PM1和PM2模式中，系統(tǒng)可以通過重置或者一個(gè)外部中斷或者休眠定時(shí)喚醒轉(zhuǎn)入主動(dòng)模式。PM3模式只能通過重置或者一個(gè)外部中斷轉(zhuǎn)入主動(dòng)模式。在本設(shè)計(jì)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(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)工作，這在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中十分不實(shí)際。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)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(jìn)行喚醒。