Low Power Listening 低功耗侦听

标签：低功耗 发送 实验 Low Listening 侦听 节点 射频

一、实验目的

1. 学习低功耗侦听的机理
2. 掌握 TinyOS 中 LowPowerListening 接口和组件的使用
3. 理解 LPL 协议实现的方法
4. 掌握 LPL 协议相关接口的使用

 

二、实验要求

1. 节点之间通信并进行低功耗侦听；
2. 节点上两个 LED 灯点亮和熄灭的状态变化，串口调试助手显示状态变化的信息。

 

三、实验设备

1. 装有 VMware Ubuntu 虚拟机的宿主 PC 机一台；
2. 下载器一个；
3. 物联网实验综合箱一套（2 个节点）。

 

四、实验原理

  通过研究发现，芯片在工作时期，最大的能耗在于射频上，射频收发时的能耗是不开射频模块时 的 4 倍左右。因此控制射频模块的使用可以极大的降低功耗。若节点需要发送数据，则发送时射频模 块必定是开的，所以发送时降低功耗是有限。而射频的功耗主要是损失在哪呢？射频的功耗主要浪费 在侦听上。众所周知，射频在接收和发送数据时都需要开着射频模块，而实际射频接收数据的时间很 短，大部分的时间仅是处于侦听状态，因此浪费了大量的能量。通过以上的分析，只要能够尽量的缩 短侦听的时间，则浪费的能量会大大减少，功耗必将大幅降低。为了降低功耗，使用了 LPL 机制，实 际上是一种间歇式侦听机制：节点会休眠一段时间，然后再起来侦听射频，若有数据发送给自己，则 接收完数据再休眠，否则直接又进入休眠状态，按此周期进行侦听。这样的一个周期，我们称之为一 个侦听周期。保持一定的休眠唤醒占空比，则可以大幅地减少能量浪费。

但是上述侦听机制对发送方有一定的要求，为了保证数据发送成功，则必须恰好在侦听节点唤醒 的过程中发送数据。怎样保证这一点呢？必须保证节点发送数据的时间大于侦听节点的一个侦听周 期。这种情况下，只要侦听节点正常工作，是肯定可以收到数据的。

Tt 为发送数据时间，Tra 为接收者唤醒时间，Trs 为接收者睡眠时间，Tr 为接收者侦听周期。

本 LPL 低功耗侦听实验是对 low-power-listening 的简单测试，每 32 秒进入一种不同的低功耗侦 听设置。

本 LPL 实验，节点每发送一个消息包就闪烁一下 LED0，每接收到一个消息包就翻转 LED1 的状 态。如果实验正确进行，你会发现两个节点 LED1 点亮和熄灭状态的翻转。

 

五、实验步骤

1. 在 VScode 显示 opt/tinyos-2.x/apps/cc2530_app/目录下创建项目目录，并新建 makefile， TestLplAPPC.nc,TestLplC.nc。
2. 修改节点的 Makefile 文件，将 CC2530RadioC 的路径信息添加到 Makefile 文件里：如下图所示：

 

 

 

 

 

3、编译程序 用终端进入 opt/tinyos-2.x/apps/cc2530_app/TestLpl 目录下，执行 make cc2530zn install 命令，直 接编译下载，如图所示：

 

 

 

 

六、实验现象

节点收发信息都进行一次闪烁；

 

 

 

 

串口输出：

 

 

 

 

 

 

七、思考、测试、回答

1. 简述 nextLplState()函数六种模式基本含义。

答：

Mode 0：接收：完全打开；发送：每秒钟发送一次，以完全打开侦听器

Mode 1：接收：完全打开；发送：每隔100ms发送给低功耗侦听器。

Mode 2：接收：低功耗监听，间隔250ms；发送：每隔250ms发送给低功耗侦听器。

Mode 3：接收：低功耗监听，间隔250ms；发送：每秒钟发送一次，以完全打开侦听器。

Mode 4：接收：低功耗监听，间隔10ms；发送：每隔10ms发送给低功耗侦听器。

Mode 5：接收：低功耗监听，间隔2000ms；发送：每7秒，以2000ms的间隔发送给低功耗侦听器。

1. 思考 if (!locked && ((counter & sendSkip) == sendSkip))代表含义？

答：消息是否一直没被接收到。

1. 观察串口显示信息对比 0-32s，33-64s，65-96s，96-128s，128-160s，160-192s 之间的异同点？

答：如1，他们处于不同的mode，串口输出的receive个数也不同，有每秒输出一个（0-32s，33-64s），也有整个期间都未输出(96-128s)，也有只输出几个的（65-96s，128-190s）。

1. 串口输出代替 LED 闪烁显示，例如输出一个 LED 提示

答：只需要在下面三处添加输出代码；

 

 

 

1. 思考能否优化侦听机制，更低功耗更高效率的工作？

答：我认为根据发送时间间隔规律来测试出最优的接收时间间隔，在以这个时间间隔休眠。

 

 

 

八、实验总结

通过这次实验，我了解了LPL 协议实现，并通过观察不同模式下的测试，更加认清lpl协议的优劣，整个实验执行并不难，关键是代码有点难理解，缺少注释，这给实验带来了一些困扰。

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