鋼絲繩狀態(tài)無線監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能方案研究與設(shè)計

其中根節(jié)點一般定義為0級，它在時鐘同步階段的作用是廣播分組數(shù)據(jù)包，通過廣播的方法給每個節(jié)點分配一個層次號(不惟一)和ID號(惟一)。根節(jié)點的相鄰節(jié)點在收到分級的數(shù)據(jù)包后，會把自己的同步級別設(shè)置為1級。然后這個1級節(jié)點會繼續(xù)廣播分級數(shù)據(jù)包，其他的節(jié)點按照這個發(fā)放依次確定自己的級別，一直到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都設(shè)置了自己的級別，這個過程就完成了層次發(fā)現(xiàn)的階段。
第二階段為同步階段，該階段的主要任務(wù)是層次結(jié)構(gòu)建立以后根節(jié)點通過廣播時間同步分組啟動同步階段。以根節(jié)點和1級節(jié)點進行時間同步為例子來介紹同步階段的整個過程。根節(jié)點和1級節(jié)點在進行時間同步是通過兩個節(jié)點之間的雙向信息的交換來實現(xiàn)的。其整個過程如圖4所示。

層次結(jié)構(gòu)建立后，根節(jié)點通過廣播時間同步分組啟動同步階段，其中同步分組中包含有根節(jié)點的等級和發(fā)送信息報的本地時間T1。第1級節(jié)點在收到這個分組以后首先會檢查該信息包中的節(jié)點信息是否和其父節(jié)點即根節(jié)點的節(jié)點信息一致，如果一致則記錄收到該包時的時間為T2，否則丟掉這個同步包，然后1級節(jié)點在T3時刻發(fā)送應答分組給根節(jié)點，分組中含有1級節(jié)點的級別和T1，T2及T3的信息，根節(jié)點在T4時刻收到應答幀，因此可以推出以下公式：

式中：△為根節(jié)點和1級節(jié)點之間的時間偏差；d為根節(jié)點和1級節(jié)點之間的傳輸時延，假設(shè)其雙向之間的傳輸時延相同。當1級節(jié)點收到根節(jié)點發(fā)送的同步信息報SYNC后，其中包含T1和T4，它根據(jù)式(2)就能計算時間偏差△和傳輸時延d，然后將自己的時鐘和根節(jié)點進行同步。

3 同步喚醒算法的研究與設(shè)計
3．1 問題的提出
本項目中利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對擦窗機鋼絲繩運行過程中的狀態(tài)進行實時監(jiān)測，提高擦窗機在運行中的安全性。但是由于擦窗機運行場景的特殊性及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)穿墻能力的有限性，位于大樓不同樓面上的傳感器節(jié)點在擦窗機不在該樓面施工時，該節(jié)點是不會參與到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)過程中的，為了節(jié)省整個網(wǎng)絡(luò)的能量及延長整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期，此時這些節(jié)點的運行是沒有必要的，為了減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗應使其處于低功耗模式。
3．2 系統(tǒng)功耗模式
本設(shè)計采用CC2530單片機，其共有五種工作模式，分別為主動模式、空閑模式、PM1、PM2和PM3。主動模式為一般模式，PM3具有最低的功耗。其不同的供電模式對系統(tǒng)的影響如表1所示。

主動模式為全功能模式，空閑模式除了CPU內(nèi)核停止運行，其他和主動模式是一樣的。PM1模式適用于相當短時間內(nèi)的休眠時間。PM2模式適用于相當長時間內(nèi)的休眠事件，特別是用于休眠定時狀態(tài)。在PM1和PM2模式中，系統(tǒng)可以通過重置或者一個外部中斷或者休眠定時喚醒轉(zhuǎn)入主動模式。PM3模式只能通過重置或者一個外部中斷轉(zhuǎn)入主動模式。在本設(shè)計中選擇PM2模式為低功耗模式，雖然PM3模式功耗最小，但是PM3模式必須通過外部中斷或重置才能重新進行數(shù)據(jù)收發(fā)工作，這在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應用中十分不實際。因為本設(shè)計的節(jié)點很多都處于樓層高處或外表面，無法通過采用外部中斷的方式進行喚醒。