无线传感器节点中的ble蓝牙低功耗研究

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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