ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的短距离、低功耗无线通信技术。它的网络能够容纳大量节点，点对点的最大传输距离为75米，节点间可以互相通信，支持多种自组织网络拓扑结构。相比传统无线通信技术，ZigBee在省电、可靠、高容量、低成本、低速率和高安全性等方面具有显著优势，因此常应用于对成本和功耗有较高要求，传输速率较低，数据量较小的场景。
在系统规划方面，一个基于ZigBee技术的系统通常由嵌入式控制器、照明控制节点、开关节点和路由节点组成。嵌入式控制器负责监视和控制照明系统的状态，用户可以通过它查看所有照明设备的状态并进行控制。开关节点作为次级控制单元，可以控制照明节点的开关状态。照明节点则是执行设备，接收控制命令并执行相应的动作。
在ZigBee网络中，一般存在三种功能设备：网络协调器、路由器和终端设备。协调器负责建立网络和数据转发，路由器负责数据转发，终端设备则不具备数据转发功能。本系统采用网状拓扑结构，具有高可靠性和大网络容量的特点。网络中的协调器和路由器通常处于活跃状态，而终端设备则进入休眠模式。
为了实现网络节点的低功耗设计，我们需要从硬件和软件两个方面进行考虑。硬件方面，常见的ZigBee SoC解决方案包括处理器、无线收发器、外设和供电部分。其中，处理器负责数据处理和资源调配，无线收发器负责数据包收发和网络通信。
在软件设计方面，我们可以利用ZigBee节点提供的多种休眠模式，关闭空闲节点的无线收发器，使处理器进入休眠状态。例如，开关节点可以采用深度休眠模式，关闭数字稳压器、高速RC振荡器和所有晶体振荡器，只能通过外部中断进行唤醒。而照明节点则可以采用浅休眠模式，通过定时器唤醒，以周期性苏醒过来收发数据或者检测信道状态。
实施休眠机制后，设备大部分时间将处于休眠状态，只有周期性苏醒过来进行数据收发或检测。如果休眠时间过长，可能会影响设备对控制信号的响应速度，甚至导致控制信号传输失败。因此，我们需要对休眠时间进行实验评估，以避免用户等待时间过长或操作失败。
总之，通过合理设计休眠节能策略，我们可以有效降低无线设备的功耗，提高能源利用率，为无线通信技术的发展提供有力支持。
随着无线电技术的不断发展，无线通信逐步融入到生活中的各个方面，针对功耗来源，对于无线传感器网络节点SoC，可以设计如下的工作状态：正常模式、浅休眠模式、深度休眠模式。本文结合ZigBee技术特点，提出一种休眠节能策略，使无线设备在不执行任何操作的情况下进入极低功耗的状态，提高能源的利用率。
1 ZigBee技术
ZigBee是基于IEEE 802.15.4的一种短距离、低功耗的无线通信技术。其网络可容纳大量节点，点对点的最大传输距离为75 m，在传输范围内节点间可以互相通信，支持多种自组织网络拓扑结构。
与传统的无线通信技术相比，ZigBee具有以下特点。省电：两节五号电池工作时间可达2年;可靠：采用CSMA/CA避免数据冲突;高容量：网络最多可容纳65 000个节点;低成本;低速率：传输速率为250 Kb/s;高安全性：支持AES-128加密。因此ZigBee多应用于有成本和功耗要求，且传输速率较低，数据量较少的场合。
2 系统规划
如图1所示，系统由嵌入式控制器、照明控制节点、开关节点和路由节点组成。
嵌入式控制器集中监视和控制照明系统的状态，用户可以通过嵌入式控制器查看系统中所有照明设备的状态，并能通过触摸屏对其进行控制。开关节点作为次级控制单元，可发送开关信号到照明节点，控制其开关状态。然而照明节点是系统中的执行设备，接收控制命令和执行相应的动作。每个开关节点可与多个照明节点绑定。
2.1 网络拓扑
ZigBee网络中，一般存在三种功能设备：网络协调器(具有建立网络和数据转发功能)、路由器(具有数据转发功能)和终端设备(不具有数据转发功能)。本系统采用图1所示的网状拓扑结构。它是一种可靠性高，网络容量大的网络结构。网络中放置若干个特殊的路由器，专门负责进行数据转发。一般情况下，网络中仅有协调器和路由器处于活跃状态，终端设备进入休眠模式。
2.2 节点配置
根据系统各节点的功能要求，嵌入式控制器能够对网络进行集中控制，被配置成协调器，作为网络的建立者;路由节点作为特殊的节点，仅作为数据汇聚点进行数据转发，不执行其他操作;而开关节点仅在手动开关操作后被唤醒，在网络中活跃的时间较短，不需进行数据转发，被配置为终端设备。
3 网络节点节能方案实现
网络节点低功耗设计是无线传感器网络应用开发热点之一。因此，需要通过从硬件设计和软件设计2个方面提出和总结节点的低功耗设计方法。常见的ZigBee SoC解决方案中，节点由处理器(MCU)、无线收发器(RF)、外设和供电部分组成。其中，处理器作为节点的核心单元，负责数据处理和芯片内部资源的调配;无线收发器进行数据包收发，实现网络通信功能。
对于SoC架构，可采用单部件无线传感器休眠模型进行分析。根据参考文献，无线收发器是节点功耗的主要来源。一般情况下，ZigBee网络的数据传输量较小，大部分节点处于空闲状态。为减小网络的能源消耗，可利用ZigBee节点提供的多种休眠模式，关闭空闲节点的无线收发器，使处理器进入休眠状态。
3.1 事件驱动
开关节点的功能在于检测开关面板的操作，发送开关信息到相应的照明节点，不需主动参与无线通信。开关节点采用能耗最低的深度休眠模式，关闭数字稳压器、高速RC振荡器和所有晶体振荡器，只能通过外部中断进行唤醒，其休眠和唤醒过程如图2所示。
3.2 定时唤醒
照明节点作为系统中的执行部分，其主要的工作为接收控制信号和执行相应操作。由于其需要等待无线控制信号来触发服务，因此不能采取通过外部中断的方式进行唤醒。浅休眠模式提供定时器唤醒功能，该模式下关闭数字稳压器、高速RC振荡器和高速晶振，仅保留低速晶振提供时钟，可通过睡眠定时器定时对MCU进行唤醒。
如图3所示，睡眠定时器以周期tperiod对节点进行唤醒。整个唤醒过程与开关节点相同，其平均功率为：
照明节点作为无线照明系统的应用执行部分，是直接为用户提供服务的部件。实施休眠机制后，设备大部分时间将处于休眠状态，只是周期性苏醒过来收发数据或者检测信道的状态。若休眠时间过长，则会影响设备对控制信号的响应速度，甚至导致控制信号传输失败，因此应用中需要对休眠时间进行实验评估，避免用户等待时间过长或操作失败。
