基于ZigBee网络的节能调度机制研究

发布时间：2021-09-24 00:05

　　随着物联网技术的发展,越来越多的有线通信方案被无线通信方案替代,网络节点通常也会从有线电源转为电池供电。因此,在无线通信网络中,能耗问题便成为重要挑战之一。ZigBee作为物联网通信技术重要一员,低能耗、低成本、低速率以及灵活的组网方式使其广泛应用于工业自动化、环境监测和智能家居等领域。本文针对ZigBee网络从应用角度出发,研究ZigBee网络的节能调度策略。1、分析ZigBee节点在各个过程中的能耗,并建立能耗模型,明确本文节能调度所要优化的目标参数,通过减少节点的采样次数增加节点在休眠状态的时间,达到降低ZigBee节点能耗的目的。2、出节点自适应采样调度方案,利用指数平滑算法和加权指数移动平均算法预测感知节点采样环境,来判断采样环境的变化幅度,调整节点的采样间隔。该方案旨在减少ZigBee节点在采样环境平稳变换阶段的采样次数,增加节点的休眠时间,从而降低节点的能耗。在环境剧烈变化时缩短节点的采样间隔,确保节点能及时捕获采样环境的剧烈变化。基于上述采样间隔调节机制,本文设计节点采样步长控制窗口,使得节点自适应地调节采样间隔,从而既满足节能的需求,又能确保采样数据的准确度。3、出基... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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ZigBee协议栈结构[1]

电子科技大学硕士学位论文图2-1ZigBee协议栈结构[1]调、数据传输速率都和物理层设计息息相关。ZigBee网络的数据和命令以数据包的形式在各设备之间传输，包的一般结构如图2-2所示。其中SHR表示同步包头负责将接收端的数据同步到数据流中并将其锁定，PHR是数据包的长度，PHYPayload是物理层数据包的负载信息，负载里包含需要接收端接收的数据和控制命令。再将物理层数据包进一步划分，PHY负载又由包含地址和安全性等信息的MAC头文件（MHR）、包含控制命令和数据的可变长度的MAC负载以及包含一个16位的帧检验序列（FCS）的MAC页脚（MFR）组成。MAC负载又可以分为NWK包头和NWK负载，其中NHR报头具有网络级址和控制信息。NWK负载包含APS层的报头、安全密钥、消息完整性检验症数据和控制指令等信息。图2-2ZigBee数据包结构[1]6

电子科技大学硕士学位论文ZigBee设备配置相应的程序，这使得不同开发者之间可以无障碍地进行交互开发，无需多余配置。图2-3APL层框架[1]2.3ZigBee设备类型和角色在ZigBee网络中定义了两种设备类型，一种是FFD（FullFunctionDevice），另一种是RFD（ReducedFunctionDevice）。FFD设备可以实现IEEE802.15.4定义的所有功能，在网络中既可以创建网络也可以负责网络中继，角色可以切换。而RFD设备只能执行部分简化的功能，不能创建网络以及负责中继。对于FFD全功能型设备，它可以担任三种网络角色也就是协调器、路由器和终端设备，协调器负责组建一个ZigBee网络，且一个ZigBee网络中只能有一个协调器，在这个网络中又由若干路由器和终端设备组成，路由器将网络中的消息路由到目标节点，而终端设备只进行数据的发送和接收，不负责消息路由。图2-4ZigBee设备角色8


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