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系統識別號 U0002-2507202111523000
中文論文名稱 Zigbee網路具功率改善省電機制之研究
英文論文名稱 Research of Transmission Power improvement and Power Saving mechanism on Zigbee Sensor Networks
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 資訊工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Computer Science and Information Engineering
學年度 109
學期 2
出版年 110
研究生中文姓名 陳俞佑
研究生英文姓名 Yu-You Chen
學號 708410070
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2021-07-01
論文頁數 59頁
口試委員 指導教授-黃心嘉
指導教授-李維聰
委員-李維聰
委員-衛信文
委員-朱國志
中文關鍵字 RSSI  能源消耗  功率強度  Zigbee 
英文關鍵字 RSSI  Power Consumption  Power Level  Zigbee 
學科別分類 學科別應用科學資訊工程
中文摘要 近年來,隨著物聯網的發展與普及,無線感測網路的應用興起,其中ZigBee為無線感測技術之一,有著低功耗的特性,搭配感測器普遍應用於智能監控、自動控制、智慧家庭…等。在智慧家庭中,有一部分的感測器又是以電池為主要供電來源,必須能夠省電以達到長時間使用的需求。本論文以Zigbee低耗電特性,加入信號強度RSSI值的考量,動態調整功率來達到更省電效果。
英文摘要 In recent years, with the development and popularization of the Internet of Things (IoT), wireless sensor networks are widely used in many applications, among which Zigbee is one of the wireless sensing technology with low power consumption characteristics. It is widely used in the intelligent monitoring, automatic control, smart home... etc. As smart home, some of these sensors are battery-powered and must be able to save power to meet the long-term use requirements. This paper uses Zigbee low power consumption characteristics, consideration of RSSI value, dynamically adjusts the power to achieve more power saving effects.
論文目次 第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究重要性 2
1.4 論文章節架構 3
第2章 背景知識與相關研究 4
2.1 Zigbee概述 4
2.2 晶片概述和特徵摘要 7
2.2.1 Texas Instruments CC2530F256 7
2.2.1.1 Texas Instruments CC2530F256 Datasheet 9
2.2.1.2 Texas Instruments CC2530F256 功能模塊結構 10
2.2.2 Skyworks Solutions Inc RFX2401C 12
2.2.2.1 Skyworks Solutions Inc RFX2401C Datasheet 13
2.3 相關研究 14
2.3.1 RSSI 14
2.3.2 市面上產品省電機制 15
第3章 研究方法與進行步驟 16
3.1 調整功率機制說明 16
3.2 動態調整機制 17
3.2.1 斷線搜尋網路機制 18
3.3 情境分析 19
3.3.1 高輸出功率 19
3.3.1.1 高輸出功率情境一 19
3.3.1.2 高輸出功率情境二 20
3.3.1.3 高輸出功率情境三 21
3.3.1.4 高輸出功率情境四 22
3.3.2 低輸出功率 23
3.3.2.1 低輸出功率情境一 23
3.3.2.2 低輸出功率情境二 24
3.3.2.3 低輸出功率情境三 25
3.3.2.4 低輸出功率情境四 26
3.3.2.5 低輸出功率情境五 27
3.3.2.6 低輸出功率情境六 28
第4章 模擬驗證及實驗結果 29
4.1 驗證設備及方式說明 29
4.1.1 IAR Embedded Workbench 開發工具(8051) 30
4.1.2 SmartRF Flash Programmer 軟體 31
4.1.3 SmartRF Packet Sniffer 軟體 32
4.1.4 Rohde & Schwarz 頻譜分析儀 33
4.1.5 Tektronix TDS2022B示波器 33
4.2 實測驗證 34
4.2.1 輸出功率及耗電量測 35
4.2.2 場景實測 47
4.2.2.1 布置場景一 48
4.2.2.2 布置場景二 51
4.2.2.3 動態調整機制差異比較 54
第5章 結論與未來發展 56
參考文獻 57


圖目錄
圖 2.1 Zigbee 網路架構與運作功能示意圖 5
圖 2.2 Zigbee 網路拓撲示意圖 6
圖 2.3 Texas Instruments CC2530F256 Datasheet示意圖 9
圖 2.4 Texas Instruments CC2530F256功能模塊圖 10
圖 2.5 TXPOWER Register 的建議設定圖 11
圖 2.6 SLEEP TIMER介紹圖 11
圖 2.7 RFX2401C Datasheet示意圖 13
圖 3.1 動態調整功率機制圖 17
圖 3.2 斷線搜尋網路機制圖 18
圖 3.3 高輸出功率情境一示意圖 19
圖 3.4 高輸出功率情境二示意圖 20
圖 3.5 高輸出功率情境二示意圖 21
圖 3.6 高輸出功率情境四示意圖 22
圖 3.7 低輸出功率情境一示意圖 23
圖 3.8 低輸出功率情境二示意圖 24
圖 3.9 低輸出功率情境三示意圖 25
圖 3.10 低輸出功率情境四示意圖 26
圖 3.11 低輸出功率情境五示意圖 27
圖 3.12 低輸出功率情境六示意圖 28
圖 4.1 IAR Embedded Workbench開發工具示意圖 30
圖 4.2 SmartRF Flash Programer 轉體工具示意圖 31
圖 4.3 SmartRF Packet Sniffer 轉體工具示意圖 32
圖 4.4 Rohde & Schwarz 頻譜分析儀工具示意圖 33
圖 4.5 Tektronix TDS2022B示波器工具示意圖 33
圖 4.6 TXPOWER Register設定0xF5輸出功率示意圖 35
圖 4.7 TXPOWER Register設定0xF5單次收發耗電圖 35
圖 4.8 TXPOWER Register設定0xE5輸出功率示意圖 36
圖 4.9 TXPOWER Register設定0xE5單次收發耗電圖 36
圖 4.10 TXPOWER Register設定0xD5輸出功率示意圖 37
圖 4.11 TXPOWER Register設定0xD5單次收發耗電圖 37
圖 4.12 TXPOWER Register設定0xC5輸出功率示意圖 38
圖 4.13 TXPOWER Register設定0xC5單次收發耗電圖 38
圖 4.14 TXPOWER Register設定0xB5輸出功率示意圖 39
圖 4.15 TXPOWER Register設定0xB5單次收發耗電圖 39
圖 4.16 TXPOWER Register設定0xA5輸出功率示意圖 40
圖 4.17 TXPOWER Register設定0xA5單次收發耗電圖 40
圖 4.18 TXPOWER Register設定0x95輸出功率示意圖 41
圖 4.19 TXPOWER Register設定0x95單次收發耗電圖 41
圖 4.20 TXPOWER Register設定0x85輸出功率示意圖 42
圖 4.21 TXPOWER Register設定0x85單次收發耗電圖 42
圖 4.22 TXPOWER Register設定0x75輸出功率示意圖 43
圖 4.23 TXPOWER Register設定0x75單次收發耗電圖 43
圖 4.24 TXPOWER Register設定0x65輸出功率示意圖 44
圖 4.25 TXPOWER Register設定0x65單次收發耗電圖 44
圖 4.26 場景佈置圖 47
圖 4.27 場景一凌晨1點至早上9點輸出功率與RSSI變化圖 48
圖 4.28 場景一早上9點至下午5點輸出功率與RSSI變化圖 49
圖 4.29 場景一下午5點至凌晨1點輸出功率與RSSI變化圖 50
圖 4.30 場景二凌晨1點至早上9點輸出功率與RSSI變化圖 51
圖 4.31 場景二早上9點至下午5點輸出功率與RSSI變化圖 52
圖 4.32 場景二下午5點至凌晨1點輸出功率與RSSI變化圖 53


表目錄
表 4.1 TXPOWER Register設定值與輸出功率dBm對應表 45
表 4.2 輸出功率與省電比例表 46
表 4.3 場景一電流消耗差異表 54
表 4.4 場景二電流消耗差異表 55
參考文獻 [1] Wiki, Zigbee, https://zh.wikipedia.org/wiki/ZigBee。

[2] 潘貞君.林致廷.吳文中.郭茂坤, 無線感測器 網路平台及應用,科學發展 第447期, 201003 , pp. 16-21。

[3] Wiki, 放大器電路, https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%94%BE%E5%A4%A7%E5%99%A8%E9%9B%BB%E8%B7%AF#%E5%8A%9F%E7%8E%87%E6%94%BE%E5%A4%A7%E5%99%A8%E9%A1%9E%E5%9E%8B。

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[6] Zigbee alliance, https://zigbeealliance.org/。

[7] Texas Instruments, https://www.ti.com/。

[8] Skyworks, https://www.skyworksinc.com/en。

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[10] 許巽堯, 無線感測網路室內自動化定位系統研究, 國立臺灣師範大學碩士論文民國96年。

[11] 國家通訊傳播委員會, 認識電磁波生活更安心民眾版手冊, https://memf.ncc.gov.tw/。

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[13] 鄭錟, IEEE 802.11與WSN共存問題的探討, 國立雲林科技大學碩士論文民國99年。

[14] Deborah Estrin, John Heidemann, and Wei Ye, “An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks,”IEEE INFOCOM 2002. Vol. 3, pp.1567 - 1576, 2002。

[15] 許子衡.吳俊賢, A Contention Aware MAC Protocol for Wireless Sensor Networks, [TANET 2006台灣網際網路研討會] 會議論文。

[16] Chunming Qiaoand, PengLin, and XinWang,“Medium Access Control With A Dynamic Duty Cycle For Sensor Networks,”WCNC 2004, Vol. 3,pp.1534 - 1539, 2004
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