鋼絲繩狀態(tài)無(wú)線(xiàn)監控系統節能方案研究與設計
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2．2 TPSN時(shí)鐘同步算法的實(shí)現
TPSN算法是通過(guò)多級的逐步同步，能夠實(shí)現全網(wǎng)范圍內的節點(diǎn)的時(shí)鐘同步，在多跳網(wǎng)絡(luò )中非常適用。其會(huì )在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中選擇一個(gè)根節點(diǎn)(設計中使用協(xié)調器作為根節點(diǎn))，由根節點(diǎn)提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的時(shí)鐘源，它采用的是層次型的網(wǎng)絡(luò )結構，其實(shí)現過(guò)程主要分為兩個(gè)階段：層次發(fā)現階段和同步階段。
在層次劃分階段主要進(jìn)行的是對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)進(jìn)行層次劃分，分為0～n個(gè)層次，其簡(jiǎn)要結構如圖3所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/159441.htm
其中根節點(diǎn)一般定義為0級，它在時(shí)鐘同步階段的作用是廣播分組數據包，通過(guò)廣播的方法給每個(gè)節點(diǎn)分配一個(gè)層次號(不惟一)和ID號(惟一)。根節點(diǎn)的相鄰節點(diǎn)在收到分級的數據包后，會(huì )把自己的同步級別設置為1級。然后這個(gè)1級節點(diǎn)會(huì )繼續廣播分級數據包，其他的節點(diǎn)按照這個(gè)發(fā)放依次確定自己的級別，一直到網(wǎng)絡(luò )中的所有節點(diǎn)都設置了自己的級別，這個(gè)過(guò)程就完成了層次發(fā)現的階段。
第二階段為同步階段，該階段的主要任務(wù)是層次結構建立以后根節點(diǎn)通過(guò)廣播時(shí)間同步分組啟動(dòng)同步階段。以根節點(diǎn)和1級節點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步為例子來(lái)介紹同步階段的整個(gè)過(guò)程。根節點(diǎn)和1級節點(diǎn)在進(jìn)行時(shí)間同步是通過(guò)兩個(gè)節點(diǎn)之間的雙向信息的交換來(lái)實(shí)現的。其整個(gè)過(guò)程如圖4所示。
層次結構建立后，根節點(diǎn)通過(guò)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點(diǎn)的等級和發(fā)送信息報的本地時(shí)間T1。第1級節點(diǎn)在收到這個(gè)分組以后首先會(huì )檢查該信息包中的節點(diǎn)信息是否和其父節點(diǎn)即根節點(diǎn)的節點(diǎn)信息一致，如果一致則記錄收到該包時(shí)的時(shí)間為T(mén)2，否則丟掉這個(gè)同步包，然后1級節點(diǎn)在T3時(shí)刻發(fā)送應答分組給根節點(diǎn)，分組中含有1級節點(diǎn)的級別和T1，T2及T3的信息，根節點(diǎn)在T4時(shí)刻收到應答幀，因此可以推出以下公式：
式中：△為根節點(diǎn)和1級節點(diǎn)之間的時(shí)間偏差；d為根節點(diǎn)和1級節點(diǎn)之間的傳輸時(shí)延，假設其雙向之間的傳輸時(shí)延相同。當1級節點(diǎn)收到根節點(diǎn)發(fā)送的同步信息報SYNC后，其中包含T1和T4，它根據式(2)就能計算時(shí)間偏差△和傳輸時(shí)延d，然后將自己的時(shí)鐘和根節點(diǎn)進(jìn)行同步。
3 同步喚醒算法的研究與設計
3．1 問(wèn)題的提出
本項目中利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )對擦窗機鋼絲繩運行過(guò)程中的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，提高擦窗機在運行中的安全性。但是由于擦窗機運行場(chǎng)景的特殊性及無(wú)線(xiàn)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點(diǎn)在擦窗機不在該樓面施工時(shí)，該節點(diǎn)是不會(huì )參與到數據的轉發(fā)過(guò)程中的，為了節省整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的能量及延長(cháng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的生命周期，此時(shí)這些節點(diǎn)的運行是沒(méi)有必要的，為了減少網(wǎng)絡(luò )能量消耗應使其處于低功耗模式。
3．2 系統功耗模式
本設計采用CC2530單片機，其共有五種工作模式，分別為主動(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系統的影響如表1所示。
主動(dòng)模式為全功能模式，空閑模式除了CPU內核停止運行，其他和主動(dòng)模式是一樣的。PM1模式適用于相當短時(shí)間內的休眠時(shí)間。PM2模式適用于相當長(cháng)時(shí)間內的休眠事件，特別是用于休眠定時(shí)狀態(tài)。在PM1和PM2模式中，系統可以通過(guò)重置或者一個(gè)外部中斷或者休眠定時(shí)喚醒轉入主動(dòng)模式。PM3模式只能通過(guò)重置或者一個(gè)外部中斷轉入主動(dòng)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(guò)外部中斷或重置才能重新進(jìn)行數據收發(fā)工作，這在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用中十分不實(shí)際。因為本設計的節點(diǎn)很多都處于樓層高處或外表面，無(wú)法通過(guò)采用外部中斷的方式進(jìn)行喚醒。
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