無(wú)線(xiàn)照明系統休眠策略的研究與實(shí)現

摘要：為解決傳統無(wú)線(xiàn)控制系統在空閑時(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能機制。首先，網(wǎng)絡(luò )采用有利于節點(diǎn)休眠的網(wǎng)狀拓撲結構，通過(guò)節點(diǎn)配置，保證網(wǎng)絡(luò )通信在節點(diǎn)休眠期間的可靠性；其次，休眠節點(diǎn)按照其功能要求，分別采用了事件驅動(dòng)和定時(shí)喚醒的機制，在滿(mǎn)足使用要求的情況下，最大限度地減低功耗；最后，根據相關(guān)數據對上述休眠機制進(jìn)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；低功耗

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線(xiàn)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。對于傳統的無(wú)線(xiàn)照明控制系統，無(wú)線(xiàn)設備即使在空閑狀態(tài)下，其無(wú)線(xiàn)接收部分仍然處于活躍狀態(tài)，等待系統無(wú)線(xiàn)控制信號。長(cháng)時(shí)間不間斷地工作將造成大量的能源浪費。針對功耗來(lái)源，對于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)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(shù)特點(diǎn)，提出一種休眠節能策略，使無(wú)線(xiàn)設備在不執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(xiàn)通信技術(shù)。其網(wǎng)絡(luò )可容納大量節點(diǎn)，點(diǎn)對點(diǎn)的最大傳輸距離為75 m，在傳輸范圍內節點(diǎn)間可以互相通信，支持多種自組織網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。
與傳統的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相比，ZigBee具有以下特點(diǎn)。省電：兩節五號電池工作時(shí)間可達2年；可靠：采用CSMA／CA避免數據沖突；高容量：網(wǎng)絡(luò )最多可容納65 000個(gè)節點(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多應用于有成本和功耗要求，且傳輸速率較低，數據量較少的場(chǎng)合。

2 系統規劃
如圖1所示，系統由嵌入式控制器、照明控制節點(diǎn)、開(kāi)關(guān)節點(diǎn)和路由節點(diǎn)組成。

嵌入式控制器集中監視和控制照明系統的狀態(tài)，用戶(hù)可以通過(guò)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(guò)觸摸屏對其進(jìn)行控制。開(kāi)關(guān)節點(diǎn)作為次級控制單元，可發(fā)送開(kāi)關(guān)信號到照明節點(diǎn)，控制其開(kāi)關(guān)狀態(tài)。然而照明節點(diǎn)是系統中的執行設備，接收控制命令和執行相應的動(dòng)作。每個(gè)開(kāi)關(guān)節點(diǎn)可與多個(gè)照明節點(diǎn)綁定。
2．1 網(wǎng)絡(luò )拓撲
ZigBee網(wǎng)絡(luò )中，一般存在三種功能設備：網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器(具有建立網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)狀拓撲結構。它是一種可靠性高，網(wǎng)絡(luò )容量大的網(wǎng)絡(luò )結構。網(wǎng)絡(luò )中放置若干個(gè)特殊的路由器，專(zhuān)門(mén)負責進(jìn)行數據轉發(fā)。一般情況下，網(wǎng)絡(luò )中僅有協(xié)調器和路由器處于活躍狀態(tài)，終端設備進(jìn)入休眠模式。