ZigBee-网络节能方法简介

ZigBee网络节能方法简介目前针对无线传感器网络的节能措施非常多，具体细化到ZigBee网络中，节能方法主要包括物理层，网络层，应用层等多个层面，使之达到保证整个网络的正常运行，同时降低节点能量消耗，提高网络利用率的目的。ZigBee的物理层和MAC是基于802．15．4标准定制，标准较为统一，然而就目前ZigBee发展状况来说，各个公司的ZigBee协议栈的网络层差别较大。从物理层的角度降低节点的能量消耗：a)改进电源的电路设计,优化电路结构，使得电源能够较长时间提供电能并工作；b)对电源进行动态的控制，实时根据用电情况进行按需供电，更有效分配用电；c)对节点完成的各项任务进行计算，得到完成任务的截止时间，按照截止时间的多少进行优先级设置，优先级高的任务先进行，优先级低的任务需等待比其高级别的任务完成后再进行，从而完成任务进行级别的合理分配，提高效率；d)能量状态的转化，让节点能量从一种状态转换到另一种状态，按需合理调节节点能量，避免不必要的能量浪费，实现节点能量的均衡利用。从MAC层的角度降低节点的能量消耗：MAC层协议主要控制介质访问，控制节点通信工程和工作模式。能量消耗主要发生在空闲侦听，碰撞重传和接受不需要的数据等方面，MAC层的协议的研究主要在如何减少上述三个方面从而降低能耗以延长网络和节点寿命。a)让节点之间相互进行竞争，竞争取得胜利的节点获得自己需要传送的信道，并且节点从自己获得的信道上进行数据发送和接收，进行数据的有效传输；（节点在发送数据的过程中可能会导致多个节点之间发送的数据产生冲突从而导致重发，浪费能量）b)通过时分多址，频分多址，码分多址等多种调节方式，从调时，调频，调码等方面调节信道，按照信道的特征选择合理的调节方法；c)让节点不工作时处于休眠状态，避免闲置状态下的能量消耗，节点需要工作时切换至实时运行状态，从而能够降低能量消耗，合理的分配节点的能量。从网络层角度降低节点的能量消耗：网络层的路由协议主要控制信息的传输路径。好的路由协议不但要考虑每个节点的能耗，还要关心整个网络的能量均衡，良好的路由协议要考虑到负载均衡。a)选择耗能最少的数据传送路径，同时兼顾跳数最少，路径最短的需求，即保证数据传输的准确性及可靠性，又起到了降低节点能量消耗的作用。b)对数据传送方式进行相应的改进，根据不同的网络状态选择不同的数据传送方式，达到降低网络能耗的目的。c）优化网络拓扑管理机制【2】，对于提高路由协议和MAC协议效率是很有帮助的，有利于延长网络寿命。可以通过选择路由路径，生成一个能高效转发数据的网络拓扑结构。拓扑控制又分为两种，分别是节点功率控制和层次性拓扑控制。从应用层角度降低节点的能量消耗：a)采用数据融合算法【1】，对需要传送的数据进行融合处理，剔除不准确或者不需要的数据，保证数据传输的有效性，又减少了数据的传送量，降低能量消耗；b)适度降低信号传送的功率，但以不损害通信的有效性为前提，传送功率足够提供整个网络运行的要求，同时也能够降低整个网络的能量消耗。【1】数据融合算法，数据融合可以在多个层次中进行。在应用层，可以应用分布式数据库技术，对数据进行筛选，达到融合效果。在网络层中，很多路由协议结合了数据融合技术来减少数据传输量。MAC层也能减少发送冲突和头部开销来达到节省能量的目的。【2】传感器网络的拓扑控制，通过拓扑控制生成良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，有利于节省节点的能量，延长网络的时间。典型的拓扑控制的算法有：自适应分簇拓扑控制的LEACH,基于单元格划分簇的GAF，采用启发式节点唤醒和休眠的STEM等。（叶润.ZigBee节点设计与能量均衡分簇调度算法的研究[D].电子科技大学,2013.）国内外对无线传感器网络的研究主要集中在MAC算法，路由算法、定位算法及数据融合算法上