ZigBee EndDevice设备低功耗设计

       ZigBee低功耗的特性只针对睡眠终端设备（ZigBee Sleep EndDevice），而路由器（Router）和协调器（Coordinator）通常为常电设备，不在本文低功耗的讨论范围之内。根据不同的ZigBee协议栈，需要先使能协议栈中某些宏定义开关，才能打开睡眠功能，实现低功耗，这是终端设备能进入睡眠的前提条件！由于不同厂商协议栈的具体实现的方法都不一样，我们不讨论其实现的具体操作，只讨论ZigBee协议中实现低功耗的机制。

      ZigBee 睡眠终端设备在空闲的时候，默认关闭接收器，通过周期性向父设备发送DataRequest请求新数据，这个周期叫Long Poll时间，当父设备有暂存的新数据时，ZigBee Sleep EndDevice会打开接收器，并快速发送DataRequest请求并接收新数据，此时两个DataReques间隔叫做Short Poll时间，在Long Poll周期里，ZigBee终端设备是睡眠的，电流一般为几个微安。

      ZigBee睡眠终端设备如果需要定时发送数据、采集数据，会同时运行多个定时器，如：每隔五分钟采集一次传感器数据然后发送出去，每隔一分钟发送一个心跳包（自身的状态），于是可以模拟画出时间轴如下所示：

      上图中两个蓝线之间代表：每隔5分钟发送一次采集的数据，两根黑线之间代表：每隔1分钟去发送一次心跳包数据，两根红线之间代表：每隔7s发送一次DataRequest（POLL机制），如果以垂直方向从上往下为时间轴，那么用一根绿色的竖线与所有横线的交点，即为唤醒ZigBee Sleep EndDevice设备的时间点，而实际项目中，往往还存在一些外部中断事件，同样也会唤醒设备，如：一个ZigBee开关设备，每次手动触发一次开关，都会被唤醒向其他设备（如：与之绑定的灯泡）发送OnOff命令数据。

      ZigBee Sleep EndDevice要实现低功耗，还必须注意ADC、SPI、I2C、外接芯片的电源管脚、LED状态和LCD状态，都必须确定他们工作的状态（关闭）之后才能保证进入睡眠状态后，电流只有几到十几微安的水平。

       ZigBee的aging机制只适用于EndDevice设备，是基于EndDevice的DataRequest实现的一种确认设备网络连接状态的机制，但是无法确定Router的网络连接状态，因此还需要在网关（Coordinate）的应用层添加一个的机制来确认（Router、EndDevice）设备是否在线，有两种方式实现：1.Coordiantor定期发送request给所有ZigBee局域网内设备的，如果设备回了response则说明设备还在线。2.ZigBee节点在入网后，主动定期发送心跳包，如果Coordinator能够收到设备定期的心跳包数据则说明设备在线，对于第一种方式，Coordinate发给EndDevice的消息都暂存在父节点（Router），只有当ZigBee Sleep EndDevice醒来才回去poll父设备拿回自己的数据，有时候由于poll间隔太长，没有及时回复消息给Coordinator，Coordinate会重发数据给终端设备，直到设备醒来接受数据并且回复response为止，而重发的数据都暂存在父设备中，因此设备醒来后会接收到多条重复的数据，同样也会回复多条数据，这样会必然会增加功耗（发送数据的瞬时电流29mA，接收瞬时数据电流24mA，通过示波器观察波形更加明显）。

      为了避免这个问题，通常选用方式2，即：不管是Router还是Sleep EndDevice设备，不管有没有心跳包功能的设备，网关（Coordiantor）在每个设备入网时都配置设备一个可报告的属性（configure report），每隔一段时间（如：5分钟）汇报一次属性，这样对于低功耗睡眠终端设备来说就只会发一个report数据，而不会出现之前的问题，同样能优化功耗，延长电池使用寿命。

      ZigBee Sleep EndDevice不在网时状态下的低功耗同样需要优化，如请求入网的间隔，请求入网的最大次数，掉网后rejoin的间隔时间等都需要考虑。

      有OTA功能的ZigBee Sleep EndDevice设备，需要注意请求OTA服务器的间隔，一般设置为每隔24小时请求一次比较合理，过于频繁的请求OTA服务器会影响产品的电池使用寿命。

      Coordinator使用configure report去设置Sleep EndDevice设备的某些非定时report的（如：只有属性改变了或者超过最大报    告间隔时间才主动汇报）属性时，把configure里面最大报告间隔设置为0xFFFE比较合适。

      对于Long Poll间隔15分钟的深度睡眠设备，需要根据long Poll的间隔调整ChildAgingTimeOut时间，使其大于ong Poll的间隔15分钟

      在使用完外设之后需要将外设芯片关闭/禁止，初始化的时候需要将悬空/未使用的IO设置为Disable，进入睡眠外部上拉的IO口也需要设置为Disable，对于低功耗串口（握手信号），进入睡眠可以将TX设置为Disable，断开串口route，唤醒后重新配置TX

      总结，细节决定成败，很多人使用ZigBee无线技术来开发产品，都是看好ZigBee 低功耗的特性，然而用好ZigBee低功耗的特性并不容易，要注意的小细节很多，以上只是个人在工作当中对低功耗的一点小观点，不足之处请高手指点，也欢迎补充。