CN106714291A - 一种基于ZigBee的信号功率自动调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，包括步骤：S1、协调器和路由器周期性地测量其子节点的链路质量值；S2、当链路质量值的变化区间大于一定值时，触发网络功率调节功能；S3、在一定时间内通过统计子节点接收到的父节点所发的包数量计算出包接受率；S4、按照包接受率的大小来调节子节点信号发射功率大小。本发明提供的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，能够有效地降低终端和路由节点的功耗，提升通信链路质量，提高电池的使用寿命，保证了链路质量并使得网络能够的适应环境变化。

Description

一种基于ZigBee的信号功率自动调节方法
技术领域
本发明涉及无线传感器网络信号传输技术领域，更具体地说，涉及一种基于ZigBee的信号功率自动调节方法。
背景技术
常用的传感器网络降低功耗方法分有控制节点信息发送频率、控制节点休眠时间和控制节点发送功率。其中控制节点发送频率的方法往往和控制休眠时间方法相配合，节点在不要传输数据的时间中，可以进入低功耗的休眠状态，通过加长这一低功耗的休眠时间来降低节点能耗。但是这种方法不能保证网络通信质量，而且传输频率的降低会影响数据采集的实时性。目前的控制节点发送功率的方法有节点统一功率分配算法、基于方向的功率控制算法和基于节点度算法，以上算法都只适用于静态网络并且控制的能量开销较大，不适用于动态网络。
随着物联网技术的进一步发展，ZigBee技术逐步在环境监测和保护、农业养殖、工业生产和智能家居领域中推广开来。一般的ZigBee网络中会有大量的终端和路由器的存在，终端负责采集和传递传感器的，ZigBee网络有以下缺陷：1)网络节点的能量供应非常有限，大部分的节点要通过电池供电，能耗问题影响了节点的使用寿命；2)固定不变的发射功率无法保证网络的通信质量，当受到障碍和距离变化影响时，会使得网络通信质量下降，其链路的稳定性受到破坏。
因此，现有技术亟待有很大的进步。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述的缺陷，提供一种基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，包括步骤：
S1、协调器和路由器周期性地测量其子节点的链路质量值；
S2、当链路质量值的变化区间大于一定值时，触发网络功率调节功能；
S3、在一定时间内通过统计子节点接收到的父节点所发的包数量计算出包接受率；
S4、按照包接受率的大小来调节子节点信号发射功率大小。
在本发明所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法中，所述父节点、子节点均有两种工作状态。
在本发明所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法中，所述节点指的是协调器、路由器和终端。
在本发明所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法中，所述两种工作状态指的是构造拓扑网络，接受和转发信号和监测子节点的链路质量工作状态1，和根据链路质量变化和包接受率大小对子节点的发射功率进行调整的工作状态2。
在本发明所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法中，所述协调器、路由器和终端均有工作状态1，向周围发射无线信号，使得其子节点能够改变其发射功率大小。
在本发明所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法中，所述终端无工作状态2，不必监控链路质量并发出功率调整指令。
在本发明所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法中，所述协调器负责接受每个节点所接受到的传感器信息，监测子节点链路质量，通过包接受率大小对子节点发射功率进行调整，构造拓扑网络，确定边沿处的节点作为终端，边沿内的节点作为路由器，配置网络的信道和网络标示符，完成网络地址分配。
在本发明所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法中，所述路由器负责绑定子节点，监测其子节点链路质量值大小按照相同方式调整其发射功率，并承担中转和中继功能，接受父节点信号调整发射功率，使边沿信息能够传输到协调器。
在本发明所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法中，所述终端负责接收传感器信息，并周期性地向父节点发射无线信号，并按照父节点指令调整发射功率。
在本发明所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法中，初始化网络时，父节点将子节点的发射功率从低到高进行调整，直到子节点的包接受率满足通讯要求。
实施本发明的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，具有以下有益效果：能够有效地降低终端和路由节点的功耗，提升通信链路质量，提高电池的使用寿命，保证了链路质量并使得网络能够的适应环境变化。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明基于ZigBee的信号功率自动调节方法的第一实施例的模块示意图。
具体实施方式
ZigBee网络有三种拓扑结构：(1)星状网络由一个协调器或多个终端设备组成；(2)树状网络由一个协调器和多个星状网络组成；(3)网状网络与树状网络类似，最大区别是网状网络中任意路由节点都能够相互通信，增加了网络可靠性。
在这三类网络中，路由和终端节点通常使用移动电源例如锂电池供电，协调器节点采用持续电力的系统供电，所以只有降低路由和终端节点功耗才能显著的提升网络的工作时间。
我们以CC2530所组成ZigBee网状网络为例来说明本发明的工作原理。
首先根据ZigBee硬件特点，将其发射功率从p1(最低功率)到p17(最大功率)划分为1至17，设置17个功率等级。链路质量值LQI值的取值范围从0(信号最差)到255(信号最优)。
基于ZigBee的信号功率自动调节方法，包括步骤：
S1、协调器和路由器周期性地测量其子节点的链路质量值；
S2、当链路质量值的变化区间大于一定值时，触发网络功率调节功能；
S3、在一定时间内通过统计子节点接收到的父节点所发的包数量计算出包接受率；
S4、按照包接受率的大小来调节子节点信号发射功率大小。
其中，所述父节点、子节点均有两种工作状态：构造拓扑网络，接受和转发信号和监测子节点的链路质量工作状态1，和根据链路质量变化和包接受率大小对子节点的发射功率进行调整的工作状态2。协调器、路由器和终端均有工作状态1，向周围发射无线信号，使得其子节点能够改变其发射功率大小。终端无工作状态2，不必监控链路质量并发出功率调整指令。
所述节点指的是协调器、路由器和终端。所述协调器负责接受每个节点所接受到的传感器信息，监测子节点链路质量，通过包接受率大小对子节点发射功率进行调整，构造拓扑网络，确定边沿处的节点作为终端，边沿内的节点作为路由器，配置网络的信道和网络标示符，完成网络地址分配。所述路由器负责绑定子节点，监测其子节点链路质量值大小按照相同方式调整其发射功率，并承担中转和中继功能，接受父节点信号调整发射功率，使边沿信息能够传输到协调器。所述终端负责接收传感器信息，并周期性地向父节点发射无线信号，并按照父节点指令调整发射功率。初始化网络时，父节点将子节点的发射功率从低到高进行调整，直到子节点的包接受率满足通讯要求。
请参阅图1，在初始化网络时建立各个节点间的通信链路，通过路由和协调器向其子节点以频率f1发送包数据包，总计发送N个(N≥1)数据包。发送结束后，其父节点通过计算子节点包接受率D来调整子节点功率大小，当包接收率D不在标准接受率δ(μ-Δ,μ+Δ)范围内时，则将功节点功率等级从α级调到α+1级，从低功率到高功率进行调整，然后重新以f1频率发送包数据对通信链路质量进行验证，再次计算出D值，如D仍不在δ范围内时，则将发送功率等级调整为α+2，重复上述步骤直到D大于或等于δ，当调整至最大功率等级后，D值仍不满足要求，如G节点，则通过协调器向用户提出警告，要求增加中间节点或者减小G节点与其父节点C之间的距离。
完成通信链路初始化后，网络进入工作状态，各个终端开始采集传感器信息并以一定周期T1发送至协调器处，同时各父节点通过监测子节点链路质量值LQI值变化范围，来确定是否重新需要调整子节点功率大小。当出现一下两种情况时需要对节点功率大小进行调整：
当子节点链路质量值LQI值在连续的N个T1周期持续下降时。其父节点发出信息，停止子节点信息采集发送，并以频率f1发送数据包，并计算出子节点包接受率D，当D小于标准接受率δ的最小值μ-Δ时则将功率等级调高1级，并重新发送数据包，进行校验，如D恢复到δ的范围内时，则退出功率调整状态，使子节点重新进入工作状态。如D仍小于δ时，则继续增加功率等级，进入下一轮功率调整，直到D满足要求，如调整至最大功率p17等级后，D仍不满足要求，则通过协调器向用户提出相关警告。
b)当子节点LQI值在连续的N个T1周期持续上升，并到达255不再变化时。其父节点发出信息，停止子节点信息采集发送，并以频率f1发送数据包，并计算出子节点包接受率D，当D大于δ的最大值μ+Δ时，则将功率等级降低1级，并进行校验如D满足要求则退出功率调整，如不满足要求则进入下一轮调整，直到D处于δ的范围内。
本发明有如下创新点：(1)能够有效的降低节点的功耗，提升电池的使用寿命。(2)适用于ZigBee的三种网络拓扑结构，有效地提升了通信链路质量，使网络能够更好的适应目标和环境的变化。
本发明通过以上实施例的设计，可以做到能有效地降低终端和路由节点的功耗，提升通信链路质量，提高电池的使用寿命，保证了链路质量并使得网络能够的适应环境变化；可以随环境的变化动态的调整网络中节点发射功率，保证了网络通信链路的质量，有效的降低了节点的功耗，并向用户提示进行功率调整后其通信链路无法达标的节点序号。
本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (10)

1.一种基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，包括步骤：
S1、协调器和路由器周期性地测量其子节点的链路质量值；
S2、当链路质量值的变化区间大于一定值时，触发网络功率调节功能；
S3、在一定时间内通过统计子节点接收到的父节点所发的包数量计算出包接受率；
S4、按照包接受率的大小来调节子节点信号发射功率大小。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，所述父节点、子节点均有两种工作状态。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，所述节点指的是协调器、路由器和终端。
4.根据权利要求2所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，所述两种工作状态指的是构造拓扑网络，接受和转发信号和监测子节点的链路质量工作状态1，和根据链路质量变化和包接受率大小对子节点的发射功率进行调整的工作状态2。
5.根据权利要求4所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，所述协调器、路由器和终端均有工作状态1，向周围发射无线信号，使得其子节点能够改变其发射功率大小。
6.根据权利要求4所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，所述终端无工作状态2，不必监控链路质量并发出功率调整指令。
7.根据权利要求3所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，所述协调器负责接受每个节点所接受到的传感器信息，监测子节点链路质量，通过包接受率大小对子节点发射功率进行调整，构造拓扑网络，确定边沿处的节点作为终端，边沿内的节点作为路由器，配置网络的信道和网络标示符，完成网络地址分配。
8.根据权利要求3所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，所述路由器负责绑定子节点，监测其子节点链路质量值大小按照相同方式调整其发射功率，并承担中转和中继功能，接受父节点信号调整发射功率，使边沿信息能够传输到协调器。
9.根据权利要求3所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，所述终端负责接收传感器信息，并周期性地向父节点发射无线信号，并按照父节点指令调整发射功率。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的基于ZigBee的信号功率自动调节方法，其特征在于，所述初始化网络时，父节点将子节点的发射功率从低到高进行调整，直到子节点的包接受率满足通讯要求。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108055752A (zh) * 2017-12-29 2018-05-18 合肥大明节能科技股份有限公司 一种基于zigbee通信的路灯网关
CN109495882A (zh) * 2018-12-17 2019-03-19 广州大学 无线传感器网络节点功率选择及高低功率工作的控制方法
CN109756965A (zh) * 2019-01-09 2019-05-14 安克创新科技股份有限公司 基于通信网络的功率控制方法、系统、装置及存储介质
CN110087295A (zh) * 2019-06-14 2019-08-02 中国科学院自动化研究所 降低无线传感网络节点运行功耗的方法和装置
CN110913382A (zh) * 2019-12-30 2020-03-24 上海登芯微电子科技有限公司 一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201662876U (zh) * 2009-05-31 2010-12-01 西安华凡仪器有限公司 ZigBee无线气体检测报警系统
CN102065510A (zh) * 2010-10-26 2011-05-18 北京邮电大学 基于模糊逻辑的无线传感器网络节点自适应功率控制系统及方法
CN102497641A (zh) * 2011-12-20 2012-06-13 山东大学 一种提高无线传感器网络通信质量的方法
CN102833822A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 山东省计算中心 一种可靠的无线传感器网络管理方法
CN103096337A (zh) * 2011-10-27 2013-05-08 华为技术有限公司 一种网络节点位置设置方法和装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201662876U (zh) * 2009-05-31 2010-12-01 西安华凡仪器有限公司 ZigBee无线气体检测报警系统
CN102065510A (zh) * 2010-10-26 2011-05-18 北京邮电大学 基于模糊逻辑的无线传感器网络节点自适应功率控制系统及方法
CN103096337A (zh) * 2011-10-27 2013-05-08 华为技术有限公司 一种网络节点位置设置方法和装置
CN102497641A (zh) * 2011-12-20 2012-06-13 山东大学 一种提高无线传感器网络通信质量的方法
CN102833822A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 山东省计算中心 一种可靠的无线传感器网络管理方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108055752A (zh) * 2017-12-29 2018-05-18 合肥大明节能科技股份有限公司 一种基于zigbee通信的路灯网关
CN109495882A (zh) * 2018-12-17 2019-03-19 广州大学 无线传感器网络节点功率选择及高低功率工作的控制方法
CN109495882B (zh) * 2018-12-17 2021-10-26 广州大学 无线传感器网络节点功率选择及高低功率工作的控制方法
CN109756965A (zh) * 2019-01-09 2019-05-14 安克创新科技股份有限公司 基于通信网络的功率控制方法、系统、装置及存储介质
CN110087295A (zh) * 2019-06-14 2019-08-02 中国科学院自动化研究所 降低无线传感网络节点运行功耗的方法和装置
CN110087295B (zh) * 2019-06-14 2021-03-02 中国科学院自动化研究所 降低无线传感网络节点运行功耗的方法和装置
CN110913382A (zh) * 2019-12-30 2020-03-24 上海登芯微电子科技有限公司 一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统

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