[發明專利]ZigBee無線網絡節點的能耗計算方法

有效

• 申請號: 201110149806.3
• 申請日: 2011-06-03
• 公開（公告）號: CN102186184A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 金仁成;韓慶普;陳真清;王立鼎
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W24/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡能量管理技術領域，特別是一種ZigBee無線網絡節點的能耗計算方法。

背景技術

無線傳感器網絡被定義為在目標區域部署大量微型傳感器節點，這些網絡化的節點協同工作并感知被監測區域的事件信息，獲取用戶所需數據，最后通過多跳網絡傳輸給終端用戶。由于無線傳感器網絡監控能夠節省過去繁瑣枯燥的人力勞動，甚至能對過去人工難以實時監控的危險區域進行監控，在國防軍事、環境監測、智能家居、醫療健康和工業控制等領域有著廣泛的應用前景。但是能量消耗問題一直是限制無線傳感器網絡發展的瓶頸，直接影響著網絡的生命周期。

通常節點采用能量有限電源，由于節點部署在野外無人區域，不可能頻繁為其更換電源，一旦節點電量耗盡將導致節點失效退出網絡，影響網絡監測質量甚至導致網絡癱瘓。因此如何提高節點能量的持久性成為一個關鍵問題。雖然可以采用太陽能，振動能等外界能量補充節點能量損失，但是這些裝置往往會增加節點的體積和成本，僅適用于對體積要求不高的應用場合。因此要延長節點的工作時間，必須合理有效使用電池電量。

通過對節點的耗電量分析，有利于合適選擇節點傳輸方式，可最大化利用節點能量，從而延長節點工作時間。在這里的數據傳輸方式包括：數據包大小，數據包的數，傳輸頻率(或傳輸周期)等。而能量模型的建立與評估是進行能耗分析的關鍵。

圍繞無線傳感器網絡能量管理，目前已經提出大量能量模型。其中大部分都是基于MAC層或路由協議能耗的優化策略而建立的，其計算過程復雜，相對于有限計算能力的單片機，這些算法會引起處理器較多的數據處理能耗，而且這些理論模型與實際情況相比存在較大的差異，一般多用于仿真分析。而現有基于ZigBee通信協議的無線網絡產品多采用廠家提供成熟的協議，MAC層和路由協議基本固定。雖然Ivan等在CC2420射頻收發器平臺上建立了一種用于評估IEEE802.15.4低速無線個域網的能量模型，但IEEE802.15.4模型只是規定了ZigBee協議底層標準，對使用基于ZigBee通信協議的無線網絡產品節點的能量評估仍存在不足。

專利文獻20091033505.7公開了無線傳感網絡中的實際能量模型及功率優化控制方法，但該文獻所公開的能量模型并沒有具體實現公式，而且這些模型都是針對特定的節點，需要根據該節點所使用無線網絡產品的特性，來獲得相關參數，該文獻公開的實際能量模型不具有通用性，其算法復雜。

目前尚未發現對ZigBee無線網絡節點的能耗進行計算的通用方法的公開文獻。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是，提供一種以節點工作電流、節點工作電壓、數據發送、接收相關時長為參數的ZigBee無線網絡節點的能耗計算方法，該能耗計算方法在ZigBee無線網絡中具有通用性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種ZigBee無線網絡節點的能耗計算方法，包括：

獲得無線網絡節點的工作電壓V；

獲得無線網絡節點發送一個數據包的發送周期時長T_Trans；

將所述發送周期的數據等待階段放大合并到數據偵聽和接收階段，將所述發送周期簡化為數據偵聽和接收階段、數據處理階段、數據發送階段；

獲得所述發送周期的下列參數：數據偵聽和接收階段時長T_RX，數據偵聽和接收階段工作電流I_RX，數據處理階段時長T_CON，數據處理階段工作電流I_CON，數據發送階段時長T_TX，數據發送階段工作電流I_TX；

獲得無線網絡節點對一個數據包的接收周期的下列參數：確認幀發送階段時長T_ACK，確認幀發送階段工作電流I_ACK，數據處理階段時長T_CON1，數據處理階段工作電流I_CON1，數據偵聽和接收階段工作電流I_RX1；

獲得無線網絡節點發送有效數據包的數量M；

獲得無線網絡節點休眠電流I_Sleep和無線網絡節點休眠時間T_Sleep；

計算無線網絡節點處于發送狀態的能耗E_TX：