无线照明系统休眠策略的研究与实现

　　随着无线电技术的不断发展，无线通信逐步融入到生活中的各个方面，家居控制不断向智能化、自动化和网络化方向发展。对于传统的无线照明控制系统，无线设备即使在空闲状态下，其无线接收部分仍然处于活跃状态，等待系统无线控制信号。长时间不间断地工作将造成大量的能源浪费。针对功耗来源，对于无线传感器网络节点SoC，可以设计如下的工作状态：正常模式、浅休眠模式、深度休眠模式。本文结合ZigBee技术特点，提出一种休眠节能策略，使无线设备在不执行任何操作的情况下进入极低功耗的状态，提高能源的利用率。

　　1 ZigBee技术

　　ZigBee是基于IEEE 802.15.4的一种短距离、低功耗的无线通信技术。其网络可容纳大量节点，点对点的最大传输距离为75 m，在传输范围内节点间可以互相通信，支持多种自组织网络拓扑结构。

　　与传统的无线通信技术相比，ZigBee具有以下特点。省电：两节五号电池工作时间可达2年;可靠：采用CSMA/CA避免数据冲突;高容量：网络最多可容纳65 000个节点;低成本;低速率：传输速率为250 Kb/s;高安全性：支持AES-128加密。因此ZigBee多应用于有成本和功耗要求，且传输速率较低，数据量较少的场合。

　　2 系统规划

　　如图1所示，系统由嵌入式控制器、照明控制节点、开关节点和路由节点组成。

　　嵌入式控制器集中监视和控制照明系统的状态，用户可以通过嵌入式控制器查看系统中所有照明设备的状态，并能通过触摸屏对其进行控制。开关节点作为次级控制单元，可发送开关信号到照明节点，控制其开关状态。然而照明节点是系统中的执行设备，接收控制命令和执行相应的动作。每个开关节点可与多个照明节点绑定。

　　2.1 网络拓扑

　　ZigBee网络中，一般存在三种功能设备：网络协调器(具有建立网络和数据转发功能)、路由器(具有数据转发功能)和终端设备(不具有数据转发功能)。本系统采用图1所示的网状拓扑结构。它是一种可靠性高，网络容量大的网络结构。网络中放置若干个特殊的路由器，专门负责进行数据转发。一般情况下，网络中仅有协调器和路由器处于活跃状态，终端设备进入休眠模式。

　　2.2 节点配置

　　根据系统各节点的功能要求，嵌入式控制器能够对网络进行集中控制，被配置成协调器，作为网络的建立者;路由节点作为特殊的节点，仅作为数据汇聚点进行数据转发，不执行其他操作;而开关节点仅在手动开关操作后被唤醒，在网络中活跃的时间较短，不需进行数据转发，被配置为终端设备。