2009年7月22日 星期三

ZigBee之概要原理-5-低功耗

無線的優勢就是不需要佈線,這也包括了不需要交流電源供電的佈線,且無線感測器網路具有更換一次電池可以工作幾年時間的耗電性能。

隨著半導體技術的進步,實現了低耗電且高頻率RF晶片,感測器網路能以很短的執行週期進行工作,對於這種工作週期極短的網路來說,最有效的省電方式就是讓RF電路在不進行交換通信的期間處於休眠狀態。

休眠期間的耗電量是動作期間耗電量的千分之一,假使一個無線節點在發送和接收信號時耗電量為30mA,那它在休眠期間的耗電量約為數μA。

休眠時間長的設備,消耗的電流量確實很低,但從休眠狀態中復原工作狀態的時間也會變長。

而在電池壽命方面有可能會被以下的條件影響︰

1.資料的發送週期︰假如週期為1秒時,消耗電量約為週期一分的60倍,所以電池壽命約為1/60。

2.通信的方向性︰只發送信號的單方向的通信場合,設置省電裝置比較容易,雙方向通信的場合由於不知道有多少資訊在進行傳輸,所以接收資訊需要等待時間,因而消耗電量。

3.資料框的長度︰發送信號所需的時間和資料框長度成正比,且長的框很可能會因為空中電波的衝突而導致發送失敗,從而導致資訊需再次發送而浪費用電。

*資料框也就是封包,它是網路中資料傳遞的基本單位,一個『封包』就是一組資料加上一個位址,以及告知網路資料傳送目的地的相關資訊。所有通過 Internet 的資料都會被分解為『封包』,包括:網頁、電子郵件、下載內容.....等

4.資料傳輸的延遲時間,有效控制耗電量的方法就是進入休眠模式,雖然休眠模式越長耗電量越小,但資料傳輸所需的時間也越長。

針對第一點發送週期來看ZigBee的電池壽命如下圖所示︰


通訊間隔就是發送週期,如果每13秒節點就傳送一次訊息,電池使用時間約為五年。

一般而言藍牙運作時平均耗電量為45mA,但真正的問題是當其待機時,仍會消耗15mA的電量,因此耗電量對藍牙而言是相當大的問題。

耗電率和傳輸距離還有傳送的資料大小都有相關性,拿藍牙和ZigBee來說,ZigBee比藍牙較省電,不過藍牙可以傳送影音或圖案等檔案較大的資料,也因為這樣傳輸的距離只有1~10公尺。

以我們如廁訓練的實驗來說,教室到廁所距離可能會很遠,且傳輸給老師的資料主要是能讓老師辨識學員是否成功如廁,所以數據不大,這也就是我們之所以使用ZigBee的原因了。