CN111542102A - 一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种ZigBee‑WiFi协同无线局域网终端设备节能系统，包括一个接入点和若干个终端设备，所述终端设备与所述接入点之间进行网络数据控制连接，且终端设备通过接入点与互联网进行网络数据连接；通过在接入点和终端设备上安装ZigBee模块，让低能耗ZigBee模块取代高能耗WiFi接口进行网络数据监听，使得高能耗WiFi仅当有实际网络数据产生时开启，并进行数据传输，从而最终实现实时、高能效的网络数据传输。通过ZigBee网络的协同，终端设备的高能耗WiFi接口只有在有数据接收时才会被唤醒，最大化终端设备的能效。

Description

一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统及其使 用方法
技术领域
本发明涉及无线局域网节能控制领域，尤其是涉及一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统及其使用方法。
背景技术
作为移动计算的主要网络环境，无线局域网自产生以来，一直受到工业界的广泛关注。无线局域网的通信标准是IEEE 802.11，俗称WiFi。为了提供高速的互联网接入，无线局域网通常工作在PCF(Point Coordination Function)模式下，即所有用户终端设备都必须通过无线接入点(Access Point)连接到互联网。该技术在给人们通信带来更好的移动性、灵活性、可伸缩性和经济性的同时，也面临了许多的实际问题和技术难题。其中最为突出的是无线终端设备的节能问题。在无线移动环境下，大多数无线终端设备(如笔记本电脑、智能手机等)都是由电池提供能量，其能量储备非常有限。为了保障低延时的互联网通信，无线终端设备通常将需要将高能耗WiFi接口周期性的开启，以及时监听和接收来自接入点的数据。然而，由于网络数据的非突发性(如网页浏览，在线聊天等)，大部分时间网络中并没有数据产生。因此，多数情况下WiFi接口的开启都是没有实际作用的，且导致大量不必要的能量消耗。目前国内外虽然已有大量关于无线局域网节能管理方面的技术，但是由于无线网络的动态性，如流量的不可预测性、节点的移动性、传输的不可靠性等，其能效并不稳定。在不同的应用环境下，其性能的差异极大。
发明内容
本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。
一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统，包括一个接入点和若干个终端设备，所述终端设备与所述接入点之间进行网络数据控制连接，且终端设备通过接入点与互联网进行网络数据连接。
作为本发明进一步的方案：所述接入点包括数据缓冲队列、第一ZigBee模块和第一WiFi节能管理模块，所述数据缓冲队列用于缓冲接入点从互联网接收到的数据，且数据缓冲队列与所述第一ZigBee模块进行数据传递连接，从而对终端设备发送一个唤醒帧；所述数据缓冲队列与第一WiFi节能管理模块进行连接，从而通过第一WiFi节能管理模块与终端设备进行数据传输以及时间的同步。
作为本发明进一步的方案：所述终端设备包括第二ZigBee模块和第二WiFi节能管理模块，且第二ZigBee模块与第二WiFi节能管理模块进行数据控制连接，所述第二ZigBee模块与第一ZigBee模块之间进行网络通信连接，从而使得第二ZigBee模块接收第一ZigBee模块向终端设备发送的一个唤醒帧；所述终端设备通过第二WiFi节能管理模块与接入点内部的第一WiFi节能管理模块进行双向网络数据连接，从而使得终端设备通过第二WiFi节能管理模块接收接入点发送的信标帧，并且终端设备再通过第二WiFi节能管理模块向接入点发送一个PS-POLL帧，进而进行数据的传输以及时间的同步。
作为本发明进一步的方案：所述接入点为无线路由器，且终端设备为智能手机。
一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统的使用方法，用于所述的一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统，具体包括以下步骤：
S1、将第一ZigBee模块和第二ZigBee模块的信道设置到与当前第一WiFi节能管理模块和第二WiFi节能管理模块非重叠的信道，避免第一ZigBee模块、第二ZigBee模块和第一WiFi节能管理模块、第二WiFi节能管理模块的信道重叠所带来的干扰；
S2、将第一ZigBee模块的传输功率进行调整，使接入点的ZigBee信号能够覆盖所有终端设备；
S3、启动接入点内部的第一ZigBee模块以及终端设备内部的第二ZigBee模块，使得第一ZigBee模块和第二ZigBee模块之间建立ZigBee网络连接；
S4、终端设备中的第二WiFi节能管理模块进行启动，并调整为标准节能模式；
S5、接入点内部的第一WiFi节能管理模块每隔一个信标间隔(100ms)广播一个信标帧和周边的终端设备进行时间同步，并同时通知有数据传输的终端设备的进行WiFi数据传输；
S6、接入点通过数据缓冲队列实时检测是否有数据需要传输给终端设备；如果有数据传输，接入点通过第一ZigBee模块发送一个唤醒帧到终端设备的第二ZigBee模块，通知终端设备将其第二WiFi节能管理模块打开，使其在下一个信标间隔开始时能接收到接入点发送的信标帧，并从接入点及时获取网络数据；如果无数据传输，相应的终端设备则可以继续保持休眠状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：成本低、配置简单、兼容性强、环境适应性强，能够提高能源利用率，有效的延长无线终端设备的工作时间，减小电池更换频率，延长电池寿命，即环保又节约。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统的流程图。
图中所示：1、互联网，2、接入点，3、数据缓冲队列，4、第一ZigBee模块，5、第一WiFi节能管理模块，6、终端设备，7、第二ZigBee模块，8、第二WiFi节能管理模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统，包括一个接入点2和若干个终端设备6，所述终端设备6与所述接入点2之间进行网络数据控制连接，且终端设备6通过接入点2与互联网1进行网络数据连接。
所述接入点2包括数据缓冲队列3、第一ZigBee模块4和第一WiFi节能管理模块5，所述数据缓冲队列3用于缓冲接入点2从互联网1接收到的数据，且数据缓冲队列3与所述第一ZigBee模块4进行数据传递连接，从而对终端设备6发送一个唤醒帧；所述数据缓冲队列3与第一WiFi节能管理模块5进行连接，从而通过第一WiFi节能管理模块5与终端设备6进行数据传输以及时间的同步。
所述终端设备6包括第二ZigBee模块7和第二WiFi节能管理模块8，且第二ZigBee模块7与第二WiFi节能管理模块8进行数据控制连接，所述第二ZigBee模块7与第一ZigBee模块4之间进行网络通信连接，从而使得第二ZigBee模块7接收第一ZigBee模块4向终端设备6发送的一个唤醒帧；所述终端设备6通过第二WiFi节能管理模块8与接入点2内部的第一WiFi节能管理模块5进行双向网络数据连接，从而使得终端设备6通过第二WiFi节能管理模块8接收接入点发送的信标帧，并且终端设备6再通过第二WiFi节能管理模块8向接入点2发送一个PS-POLL帧，进而进行数据的传输以及时间的同步。
所述第一WiFi节能管理模块5和第二WiFi节能管理模块8均采用联发科MT7681芯片；且第一ZigBee模块4和第二ZigBee模块7均采用CC2530芯片。
所述接入点2为无线路由器，且终端设备6为智能手机。
一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统的使用方法，用于上述的一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统，具体包括以下步骤：
S1、将第一ZigBee模块4和第二ZigBee模块7的信道设置到与当前第一WiFi节能管理模块5和第二WiFi节能管理模块8非重叠的信道，避免第一ZigBee模块4、第二ZigBee模块7和第一WiFi节能管理模块5、第二WiFi节能管理模块8的信道重叠所带来的干扰；
S2、将第一ZigBee模块4的传输功率进行调整，使接入点2的ZigBee信号能够覆盖所有终端设备6；
S3、启动接入点2内部的第一ZigBee模块4以及终端设备6内部的第二ZigBee模块7，使得第一ZigBee模块4和第二ZigBee模块7之间建立ZigBee网络连接；
S4、终端设备6中的第二WiFi节能管理模块8进行启动，并调整为标准节能模式；
S5、接入点2内部的第一WiFi节能管理模块5每隔一个信标间隔(100ms)广播一个信标帧和周边的终端设备6进行时间同步，并同时通知有数据传输的终端设备6的进行WiFi数据传输；
S6、接入点2通过数据缓冲队列3实时检测是否有数据需要传输给终端设备6；如果有数据传输，接入点2通过第一ZigBee模块4发送一个唤醒帧到终端设备6的第二ZigBee模块7，通知终端设备6将其第二WiFi节能管理模块8打开，使其在下一个信标间隔开始时能接收到接入点2发送的信标帧，并从接入点2及时获取网络数据；如果无数据传输，相应的终端设备6则可以继续保持休眠状态。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (5)

1.一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统，包括一个接入点和若干个终端设备，其特征在于，所述终端设备与所述接入点之间进行网络数据控制连接，且终端设备通过接入点与互联网进行网络数据连接。
2.根据权利要求1所述的一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统，其特征在于，所述接入点包括数据缓冲队列、第一ZigBee模块和第一WiFi节能管理模块，所述数据缓冲队列用于缓冲接入点从互联网接收到的数据，且数据缓冲队列与所述第一ZigBee模块进行数据传递连接，从而对终端设备发送一个唤醒帧；所述数据缓冲队列与第一WiFi节能管理模块进行连接，从而通过第一WiFi节能管理模块与终端设备进行数据传输以及时间的同步。
3.根据权利要求1所述的一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统，其特征在于，所述终端设备包括第二ZigBee模块和第二WiFi节能管理模块，且第二ZigBee模块与第二WiFi节能管理模块进行数据控制连接，所述第二ZigBee模块与第一ZigBee模块之间进行网络通信连接，从而使得第二ZigBee模块接收第一ZigBee模块向终端设备发送的一个唤醒帧；所述终端设备通过第二WiFi节能管理模块与接入点内部的第一WiFi节能管理模块进行双向网络数据连接，从而使得终端设备通过第二WiFi节能管理模块接收接入点发送的信标帧，并且终端设备再通过第二WiFi节能管理模块向接入点发送一个PS-POLL帧，进而进行数据的传输以及时间的同步。
4.根据权利要求1所述的一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统，其特征在于，所述接入点为无线路由器，且终端设备为智能手机。
5.一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统的使用方法，用于权利要求1-4所述的一种ZigBee-WiFi协同无线局域网终端设备节能系统，具体包括以下步骤：
S1、将第一ZigBee模块和第二ZigBee模块的信道设置到与当前第一WiFi节能管理模块和第二WiFi节能管理模块非重叠的信道，避免第一ZigBee模块、第二ZigBee模块和第一WiFi节能管理模块、第二WiFi节能管理模块的信道重叠所带来的干扰；
S2、将第一ZigBee模块的传输功率进行调整，使接入点的ZigBee信号能够覆盖所有终端设备；
S3、启动接入点内部的第一ZigBee模块以及终端设备内部的第二ZigBee模块，使得第一ZigBee模块和第二ZigBee模块之间建立ZigBee网络连接；
S4、终端设备中的第二WiFi节能管理模块进行启动，并调整为标准节能模式；
S5、接入点内部的第一WiFi节能管理模块每隔一个信标间隔(100ms)广播一个信标帧和周边的终端设备进行时间同步，并同时通知有数据传输的终端设备的进行WiFi数据传输；
S6、接入点通过数据缓冲队列实时检测是否有数据需要传输给终端设备；如果有数据传输，接入点通过第一ZigBee模块发送一个唤醒帧到终端设备的第二ZigBee模块，通知终端设备将其第二WiFi节能管理模块打开，使其在下一个信标间隔开始时能接收到接入点发送的信标帧，并从接入点及时获取网络数据；如果无数据传输，相应的终端设备则可以继续保持休眠状态。
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