低功耗ZigBee技术概述.ppt

低功耗ZigBee模块探讨
汇报人：张聂
日期：2016/11/9
E211
主要内容
ZigBee技术特点
ZigBee与其他无线通信技术的比较
ZigBee节点能耗分析
了可能。
ZigBee与NFC的比较。NFC是非接触式射频识别(RFID)演化而来的,由诺基亚、飞利浦和索尼共同研发。它是一种高频的短距离无线电技术,以其超低的功耗和较高的保密性,被广泛的应用到了手机等移动消费产品中。但与ZigBee技术相比,其一对一通信的特点和超近的适用距离不适合无线传感器网络。
ZigBee与UWB的比较。UWB无线通信技术是一种不用载波,而接受脉冲进行通信的技术,其能在较宽的频谱上传输极低功率的信号,且传输速率在10米内速率可达到数百Mb/s甚至数Gb/s。UWB早期被用于近距离高速数据传输,近年来起先利用其亚纳秒超级脉冲做室内的精确定位。但其较高的功耗和硬件成本不适合于无线传感器网络,可以与ZigBee技术互补合作,组成共同的网络,进行无线监控。
在IC工艺得到很大提升的今日,处理器芯片和传感器芯片的功耗已经特别低了,传感器的主要能耗集中在无线通信上面。与一般传感器网络相同,在ZigBee网络中,能耗也主要集中在处理器和通信模块，如图所示：
四 ZigBee节点能耗分析
所以在进行低功耗设计时,应重点考虑处理器和通信模块的低功耗硬件设计,尽量削减节点的通信次数,降低每次通信时产生的功耗,在节点进入空闲时刚好进入休眠,使节点的功耗降到最低。
五 ZigBee网络低功耗探讨
元器件选型
进行低功耗硬件设计时,应首先通过选择低功耗的芯片来降低节点能耗。TI公司供应的CC2530片上系统解决方案,CC2530芯片运用的是8051CPU内核,工作电压为2-。与上一代SOC芯片CC2430相比,CC2530芯片封装更小,具备最大256KB闪存,外围电路简洁,具有电源管理功能,能够工作在不同的供电模式下,实现低功耗设计要求。此外,CC2530还改进了RF性能,具有良好的抗干扰实力且CC2530运用的ZigBee2007/PRO协议栈是TI公司免费开放运用的,使软件开发成本得到降低。选用低功耗的稳压芯片,HT7333-A是用CMOS技术开发的稳压芯片,具有压差低、输出电压稳定、超低功耗等特点。工作电流为1mA时压差仅为5mV,加以最大工作电压时,。
ZigBee节点模块化设计
节点在整个网络中的职责是对数据进行采集、处理和发送,在对其进行设计时应从以下几点进行考虑：
(1)低功耗。节点一般由电池供电,所拥有的能量有限,能耗过高会使节点的能量很快用完而使整个系统的寿命变短，所以功耗问题是首先考虑的重点问题。
(2)低成本。在将ZigBee技术应用到传感器网络等商业项目中时,由于节点分布范围广,数量巨大,节点的成本问题也成了必需考虑的一个重要问题。
(3)微型化。节点的体积应当尽量的小,微型化的节点不但功耗低而且在进行扩绽开发时能适用更多的场合。
(4)可扩展性。不同的场合,节点的任务不同,使节点具有很好的扩展性能够便利开发者进行扩展,节约开发时间和成本。
硬件设计低功耗
从元器件选型和最重要的ZigBee模块两个方面对节点硬件低功耗进行设计。
ZigBee节点硬件结构如图:
五 ZigBee网络低功耗探讨
低功耗ZigBee节点软件设计
软件的低功耗设计是节点低功耗设计的重要组成部分,从以下几个方面进行软件的低功耗设计:
(1)合理的优化代码。对代码进行合理的优化能够降低代码运算和空间困难度。接受合适数据类型,如尽量少运用32位数据类型,运用有符号整形变量等,都能够降低代码的平均功耗。
(2)适当的削减通信流量。削减通信流量的方法有:①对本地数据进行处理,推断错误的数据信息并丢弃,削减通信量;②对数据包进行压缩,削减无用的信息③尽量避开通信堵塞冲突的产生,通信堵塞会引起数据重传,加大节点功耗,严峻的话会引起网络通信量过大而瘫痪。
(3)选择合适的睡眠模式和时间。节点通信模块的能耗与其选择的工作模式有关,从之前的分析可以看出,节点在进行通信时能耗最高,而进入睡眠眠模式时能耗最低,所以在节点进入空闲时刚好的进入睡眠能有效的降低节点功耗。
(4)选择合理的发送功率。在网络分布比较密集的状况下,通过获得节点间的通信质量来选择合理的发送功率,使节点的功耗进一步降低。
Zigbee协议组网
在zigbee网络中，不同的节点有不同的分工，依据其工作特性，可以分为以下几类：
1）协调者：它是一个FFD节点，负责整个网络的管理工作。每个网络中有只有一个协调者。它具有以下几个功能：选择所用网络的信道；从协调者起先，启动网络；分派网络