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时间:2019-01-09
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1、无线传感器节点中的BLE蓝牙低功耗研究 摘要:针对无线传感器节点传输能耗较大的问题,提出一种基于蓝牙低功耗技术(BLE)的功耗优化方法。与单纯的蓝牙模块应用相比,该方法更具应用的灵活性和更低的传输功耗。通过研究BLE协议栈结构、OSAL软件架构及其休眠机制,深入探究了休眠机制对传输功耗的影响,并通过实验分析,得出应用数据包长度、数据吞吐率与传输功耗之间的关系。根据此关系来编程BLE协议栈的连接参数,进一步优化不同应用场所下无线传感器节点的传输功耗。实验结果表明,该方法能够有效地降低传输功耗,延长电池的使用寿命。 关键词:无线传
2、感器节点;蓝牙低功耗技术;BLE协议栈;OSAL;休眠机制 中图分类号:TN915?34;TN92;TP212.9文献标识码:A文章编号:1004?373X(2016)20?0067?05 Abstract:Aimingattheproblemsoflargeenergyconsumptionofthetransmissioninwirelesssensornodes,apowerconsumptionoptimizationmethodbasedonbluetoothlowenergy(BLE)isproposed.Comp
3、aredwiththeapplicationofbluetoothmodule,thismethodismoreflexibleinapplicationandlesspowerconsumptionintransmission.Therelationshipamongthepacketlength,datathroughputandtransmissionpowerconsumptionweregotbystudying10thestructureofBLEprotocolstack,architectureofOSALsoft
4、ware,sleepingmechanism,effectofsleepingmechanismontransmissionpowerandexperimentanalysis.Basedonthisrelationship,theconnectionparametersofBLEprotocolstackwereprogrammed,andtheoutputpowerconsumptionofwirelesssensornodesindifferentapplicationoccasionwasoptimizedfurtherm
5、ore.Theexperimentalresultsshowthatthismethodcaneffectivelysavethetransmissionpowerconsumptionandprolongthelifeofbatteries. Keywords:wirelesssensornode;bluetoothlowenergy;BLEprotocolstack;OSAL;sleepingmechanism 0引言 蓝牙低功耗技术(BluetoothLowEnergy,BLE)是蓝牙4.0规范中一种专门解决超低功耗下
6、低速数据传输问题的蓝牙技术。此技术最大的亮点是能够使设备在超低功耗下运作和待机,蓝牙低功耗设备使用一粒纽扣电池便可工作一年之久。目前市场上存在的低功耗无线技术主要有ZigBee、IEEE802.15.4、红外数据通信、近场通信(NearFieldCommunication,NFC)、ANT等短距离无线通信技术,它们各有特点。然而,与这些无线技术相比,蓝牙BLE技术具有超低待机功耗、较低发射峰值电流、不大于3ms延时时间和可互操作的鲁棒性等特点[1]。随着人们对无线传感器设备的功耗要求愈加苛刻,BLE技术的出现恰好可满足此要求。10
7、 近几年,有关BLE蓝牙低功耗技术的应用研究虽有不少[1?10],但他们主要是对BLE整个协议层架构进行了探究和对BLE低功耗传输技术的应用设计,对于BLE的低功耗机理的深度研究较少。因此,深入研究无线传感器节点中的BLE低功耗机理,对于优化无线传感器节点的传输功耗是很有意义的。 1总体框架 基于蓝牙BLE技术的无线传感器网络的总体结构,主要分为主机和从机两部分。一般主机作为数据的监控端,用于对传感器节点数据的监测、分析和控制,如PC、智能手机、支持BLE技术的监控中心设备等,而从机则是无线传感器网络中的信号采集节点,它把采
8、集的信号数据作初步处理并传输到主机监控中心。 1.1拓扑结构 本文所述的无线传感器网络节点由传感器模块、数据处理电路、BLE无线传输模块等构成。无线传感器网络节点与主机通信的框图如图1所示。 蓝牙BLE无线传感器网络节点的基本组成如图1的虚线
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