附件1:外文资料翻译译文基于ZigBee网络的低功耗研究吴伶锡，詹杰，石伟湖南科技大学摘要：在本文中，我们分析了节点在星型拓扑结构工作下补偿递减计数的过程，讨论了在一个超帧中节点的所有概率状态的接入概率和功率损耗。功耗过程表明通过调整发射功率来减少系统功耗是不可行的，唯一可行的途径是节点在接受状态和空闲时间来完成。并指岀以下两种减少节点功耗的方法，使用长帧，但是使用长帧将会增加时延和系统开销。另一种是通过相对减少节点数量来提高接入概率，从而达到减少能量消耗的目的。1引言ZigBee是一个短距离、低数据率、低功耗的无线传感器网络，它基于IEEE标准802.15.4,旨在成为低复杂度、低价格的关键角色，以至于只要一点基础设施来操作或者根本不需要。于是得到人们的认可，并且获得了广泛的应用和快速发展。它采取分层结构：应用层、网络层、MAC层和物理层。网络层涉及网状网络的路由和网关。MAC层管理节点接入和通信。物理层负责发送和接收数据。星型网络是网络的一个基础形式，它是由一个坐标和许多节点组成，所有的网络通信在坐标和节点之间进行，这样的网络利用信标帧来管理节点和使时间同步。2基于ZigBee协议的节点的状态和补偿过程2.1节点的运行状态描述为了解释工作在星型拓扑结构的节点的状态，我们介绍作为节点的无线芯片MC13192O它是由飞思卡尔有限责任公司制造的，与ZigBee协议相符，它的改变状态如图1所示（这儿，我们认为只向上传输）山。从节点接入信道的模型中,我们可以得到状态转换和补偿递减计数过程之间的关系〔2】。TX表示节点成功的关键字：ZigBcc；IEEE802」5.4；超帧；MC13192接入信道并传输数据。RX表示三个进程，即节点接收信标帧，ACK信号和执行清除信道接入。这三个进程的区别在于接受的时间，信标帧的时间是最长的，ACK约定俗成是固定的11字节消耗，CCA只需要2个字节。Idle表示在超帧活动期限内节点没有完成数据传输的时间。Hibernate包括3个段(空闲吋间，在节点完成数据传输后的活动时间和节点状态进入延时线)。从图1中，我们可以总结出节点最大能量消耗在接受和发送状态，而休眠(Hibernate)是节能的状态。图1节点状态转换2.2节点补偿递减计数的过程假设只有一个数据包在每个超帧的循环中通过每个节点，节点一旦成功接入信道，就能完成数据传输。由文献〔习⑷［%我们能得到四个概率公式。____咀____________________0.5”。+1.5+0・5工：(1-妙)化・+1)+(1-(1-奶严)(寺+1)]_(]_妙严a(3(I)⑵“0,0,0a=l-(l-(l-r)(,z°)(Lpackel+tack+Lpack)⑶详细说明，a表示信道在第一个CCA之后空闲的概率,Z后空闲的概率，T表示节点在补偿递减计数周期完成Z后接入信道的概率。根据协议，m表示节点接入信道的次数，0<mW5,Wo=Wmin=2macMinBE,Wi=2min(i,5-macMinBE)w()>^acMinBE是补偿指数的最小值。3节点状态的概率和时间3.1节点状态的概率分析为了得到功率值，我们必须计算对于成功发送数据包的每种状态的工作时间，即％(发送包时间),Tidle(信道空闲时间)，TRX(接收状态时间)。这儿我们不考虑睡眠状态因为这种状态消耗非常低的能量。为了明晰，我们定义Tpackct=(Lo+L)*TB,Lo是MAC层和物理层的帧头，L是帧长，TB是巡回发送一个比特的时间。cont是竞争信道的平均吋间，它表示节点成功发送数据消耗的吋间。CCA是实施CCA的平均时间。Prcf=l-T表示接入信道失败的概率。由图1我们可以得到Thi=18332us(休眠空闲时间)。Tia=194us(空闲发送或接收时间),Pg(i)是重发第i次的概率。ACK=192us是等待协议定义的ACK的最短时间。ACK=864us是等待ACK最长的时间。因此，我们能得到概率公式〔铁Pm(i)=Phfg(l・Prtf)是在第(i・l)次发送失败后第i次成功的概率。P(r(i＞m)=l・Ptr⑴表示节点接入信道i大于m的概率。Prtt-1-(1-Prcol)*(l-Pre)＞传输失败的概率。P错误编码的概率。我们只能考虑理想信道，因此我们可以得到Prtf=Prco),Ps表示节点同时传输数据导致冲突的概率。因此,场=?xcol=1-Prs=1-Prr(z)=Pr/-,*(1-Pr^)=—)(5)tp»(/)*i=t旷'(i一)心⑹i=li=4I—加)二1-£P.(i)(7)/=!P表示第二个CCA3.2空闲状态时间的计算由图1,我们可以得到Tids，它由三部分组成------------是Thi...