ZigBee Green Power

Ассоциация ZigBee Alliance, которая является активным разработчиком станартов и решений именно для беспроводных сенсорных сетей, в 2009 году, объявила о намерении выпустить стандарт ZigBee Green Power (GP) для устройств с собственными альтернативными источниками питания на основе технологии Заимствования Энергии. Основываясь на стандарте ZigBee GP, в 2014 году NXP Laboratories, UK [15] выпустила руководство для использования стандарта ZigBee Green Power (GP) при работе с микроконтроллерами NXP серии JN516x. ZigBee Green Power (GP) — опционный кластер, цель использования которого — минимизация расходуемой сетью энергии. Это может быть достигнуто за счет:

• — использования более короткого формата кадров GP и, соответственно, меньшего времени на передачу, чем в случае кадров ZigBee стандартного формата IEEE 802.15.4а, что позволяет сэкономить затраты энергии на передачу;
• — узлы не обязательно должны являться полноценными компонентами беспроводной сенсорной сети, возможна ситуация, когда узлы только передают данные, если в этом есть необходимость (например, если нажата специальная кнопка).

Кадр GP посылается на прокси узел, являющийся компонентом сенсорной сети и оснащен «туннелем», преобразующим кадр GP в формат обычного кадра ZigBee для повторной передачи в сенсорную сеть. Кластер GP не нуждается в узле-источнике, но обязан взаимодействовать как с прокси узлом, так и со стоком для получения интерпретированных GP кадров [15]. Базовый алгоритм стандарта ZigBee GP изображен ниже (рис. 2), где кадр 1 — кадр GP, кадр 2 — туннелированный кадр GP.

Рисунок 2 — Базовый механизм ZigBee GР Преимуществами использования ZigBee GP являются [15]:

• — возможность использования узлов, чьи основные источники энергии, аккумуляторы должным образом незащищены или недоступны, а также использования изолированных узлов, или узлов опасно расположенных;
• — возможность ликвидации потребности в аккумуляторе у узлов сенсорной сети, коллективное поддержание работоспособности, расход и возобновление энергии;
• — использование узлами источниками используют возобновляемых источников энергии;
• — дешевая, быстрая и простая установка узлов источников;
• — подходит для узлов, расположенных с возможностью поддержки работоспособности.

В главе дано определение технологии Заимствования Энергии или Energy Harvesting, которая позволяет преобразовывать возобновляемую энергию окружающей среды в электрическую, рассмотрены различные способы Заимствования Энергии и их характеристики, приведены преимущества Заимствования Энергии на примере использования стандарта ZigBee Green Power.

В качестве сфер применения данной технологии рассматривается создание энергонезависимых модулей для беспроводной сенсорной сети, которые позволяют повысить энергетический потенциал сенсорной сети. Разработчики предлагают, как готовые решения для оснащения сенсорной сети возможностью заимствования энергии от окружающей среды (на примере компании Silicon Lab’s), так и стандарты для создания собственных модулей заимствования энергии от окружающей среды.

Среди разработчиков решений для Заимствования Энергии выделяется ZigBee Alliance, который разработал специализированный стандарт ZigBee Green Power для дополнения стандартной сети источниками возобновляемой энергии.