王凯

（天津博宜特科技有限公司，天津 300384）

0 引言

TI提供的ZigBee协议栈定义了协议的网络层、应用层和安全层，并采用IEEE 802.15.4的PHY层和MAC层作为其部分协议。此协议规定路由器要保持时刻工作，需要外接电源持续供电。在诸多工业应用的现场，铺设供电线路难以实现，即使供电也难以保证稳定。鉴于此方案的局限，本文研究了路由器低功耗的优化方法，实现了路由器在电池供电状态下长时间的工作，解决了复杂工业现场路由器供电困难的问题。

1 无线传感器网络通讯协议研究

1.1 路由器能耗分析

无线传感器网络中，路由器能耗主要包含三部分：监听信道；接收数据；发送数据。而造成多余能耗的主要原因有以下两点：

1）信号冲突：路由器作为父设备接收其所有子设备数据，但子设备之间并不能互相知道其他子设备的数量、唤醒时间和发送数据时间，如多个设备同时发送数据产生冲突，导致发送失败，它们则会尝试重新发送数据，路由器则会一直工作在接收数据状态，导致高能耗。

2）空闲监听：路由器为保证无线网络内数据的及时转发，避免电池供电的子设备找不到父设备，路由器需要时刻侦听信道内数据，然而并非时刻都有数据需要接收，所以在无数据传输时的监听消耗了大量的能量，造成多余的耗电。

以采用IEEE802.15.4/ZigBee标准的路由器为例，数据传输速度为250Kbps。当节点1s内转发（接收并且发送）一个133字节满桢报文(4字节前导信号+1字节分隔符+1字节报文长度+127字节数据)，路由器仅需工作0.9%的时间，99%的通讯能耗用于空闲监听。……