Năng lƣợng trong mạng cảm biến ZigBee bị giới hạn so với các mạng không dây khác do bản chất của các thiết bị cảm biến. Thông thƣờng, mỗi node mạng cảm biến đƣợc trang bị một nguồn năng lƣợng giới hạn. Trong một số ứng dụng, việc bổ sung năng lƣợng rất khó khăn, có khi là khơng thể bổ sung, vì vậy thời gian sống của mạng phụ thuộc nhiều vào thời gian sống của mỗi node mạng, thời gian này lại phụ thuộc vào nguồn năng lƣợng của PIN.
Vậy làm thế nào để kéo dài chu kỳ sống của thiết bị. Với mạng cảm biến ZigBee câu hỏi đặt ra là làm thế nào để giảm thiểu năng lƣợng tiêu thụ bằng phần mềm? Để thực hiện đƣợc điều đó, tất cả các giao thức truyền thơng phải hƣớng đến tiết kiệm năng lƣợng.
Tiết kiệm năng lƣợng ở lớp vật lý: Sử dụng kỹ thuật điều chế tín hiệu số: O- QPSK, FSK cải thiện hiệu suất bộ khuếch đại cơng suất. Các kỹ thuật mã hóa sửa sai phức tạp nhƣ Turbo Code, LDPC không đƣợc sử dụng, kỹ thuật trải phổ đƣợc sử dụng để cải thiện SNR ở thiết bị thu và giảm tác động của fading kênh truyền...
Tiết kiệm năng lƣợng ở lớp MAC: Sử dụng kỹ thuật đa truy cập TDMA hoặc CSMA-CA hiệu chỉnh với mục đích giảm năng lƣợng tiêu thụ.
Tiết kiệm năng lƣợng trong các giao thức định tuyến: Trong mạng adhoc nói chung, và WSN nói riêng, đƣờng đi giữa các node trong mạng sẽ thay đổi theo thời gian (do node di chuyển, do chất lƣợng kênh truyền thay đổi theo thời tiết, do node hết năng lƣợng). Tiết kiệm năng lƣợng là một vấn đề phức tạp. Một số bài toán đƣợc đặt ra nhƣ: làm thế nào để xây dựng đƣợc thuật tốn định tuyến nhanh chóng mà không cần phải gửi tới tất cả các node trong mạng. Cần một thuật tốn tìm đƣờng đi mà sao cho tổng năng lƣợng tiêu tốn là thấp nhất hoặc tỉ lệ giữa lƣợng dữ liệu truyền và năng lƣợng tiêu thụ là cao nhất...
Tiết kiệm năng lƣợng trong quản lý bảo mật: Sử dụng một cơ chế phân bố, cung cấp và quản lý khóa bảo mật khi một node từ bỏ khỏi mạng WSN, hoặc một nhóm những node trong mạng bắt đầu trao đổi với nhau sao cho số lƣợng bản tin trao đổi giữa các node là thấp nhất, qua đó tiết kiệm năng lƣợng tiêu thụ.
Ngồi ra thơng tin cịn thể đƣợc xử lý trƣớc khi gửi đi để giảm năng lƣợng tiêu thụ chung.
Mạng cảm biến ZigBee cũng nhƣ mạng cảm biến khơng dây có đặc điểm là số lƣợng node trong mạng lớn, khoảng cách giữa các node lân cận trong mạng là nhỏ. Thành phần cấu thành lên mạng ZigBee đa phần là các node, chi phí cho các
(nguồn năng lƣợng chính cung cấp cho các node trong mạng) thậm chí một tháng một lần cũng sẽ rất vất vả hay nói cách khác thời gian và chi phí để duy trì hệ thống sẽ phải tăng lên nhiều.
Mặt khác trong mạng cảm biến khơng dây thì giao tiếp khơng dây là kỹ thuật chính, giao tiếp giữa các node trong mạng sẽ bị nhiều hạn chế do các yếu tố khoảng cách hoặc vật cản. Chính vì thế cần có thuật tốn phù hợp giúp toàn bộ hệ thống hoạt động hiệu quả về năng lƣợng, khi năng lƣợng đƣợc quản lý một cách hiệu quả sẽ tăng lên chu kỳ sống của hệ thống.
Nhƣ đã đề cập ở các phần trên chuẩn IEEE 802.14.5 không cung cấp một chiến lƣợc định tuyến nào tại tầng mạng. Việc định tuyến dữ liệu tại tầng mạng đƣợc cung cấp tại tầng liên kết dữ liệu. Việc định tuyến trong mạng cảm biến khơng dây nói chung và trong mạng cảm biến ZigBee gặp rất nhiều vấn đề khó khăn, thách thức đó là:
+ Mạng cảm biến có một số lƣợng lớn các node, cho nên ta không thể xây dựng đƣợc sơ đồ địa chỉ toàn cục cho việc triển khai số lƣợng lớn các node.
+Dữ liệu trong mạng cảm biến thu nhận đƣợc từ nhiều nguồn khác nhau. +Hầu hết trong các ứng dụng, các node nói chung là tĩnh sau khi đƣợc triển khai ngoại trừ một số node có thể di động.
+ Mạng cảm biến là một ứng dụng riêng biệt
+Việc nhận biết vị trí là vấn đề quan trọng, vì tập hợp dữ liệu thƣờng dựa theo vị trí.
+Khả năng dƣ thừa dữ liệu rất cao, vì các node cảm biến thu thập dữ liệu dựa trên các nguồn chung.
+Công nghệ năng lƣợng chƣa đáp ứng.
Do vậy thiết kế lớp mạng trong cảm biến ZigBee phải đảm bảo các nguyên tắc sau:
Hiệu quả năng lƣợng phải đƣợc đặt lên hàng đầu
Để đạt đƣợc hiệu quả trong quản lý năng lƣợng tại lớp mạng đòi hỏi phải có thuật tốn định tuyến dữ liệu phù hợp cho phép tối ƣu năng lƣợng cho tất cả các node trong mạng. Một hƣớng đi khác là tùy theo vào cấu hình mạng, ta đƣa ra thuật tốn định tuyến phù hợp với cấu hình mạng để tối ƣu hóa nhất có thể năng lƣợng của mạng.
Tuy nhiên vấn đề định tuyến cũng gặp khơng ít những thách thức
+ Tính động của mạng: Các thành phần cấu thành nên mạng ZigBee có thể di động đặc biệt là các node cảm biến. Khi đó việc định tuyến sẽ phải đối mặt nhiều vấn đề nhƣ: đƣờng liên lạc, cấu hình mạng, năng lƣợng và độ rộng băng thơng.
+ Triển khai các node mạng: Trong mạng cảm biến ZigBee các node cảm biến đƣợc phân bố ngẫu nhiên tạo ra một cấu trúc ad-hoc, trong cấu trúc đó việc đặt các thiết bị ZC và ZR cũng rất quan trọng, sẽ góp phần vào hoạt động hiệu quả năng lƣợng của mạng. Trong mạng cảm biến nói chung và mạng cảm biến ZigBee, q trình định tuyến bị ảnh lớn bởi năng lƣợng. Sở dĩ nói vậy vì năng lƣợng truyền đi của sóng vơ tuyến là một hàm suy hao theo khoảng cách và đặc biệt suy giảm nhiều trong trƣờng hợp có nhiều vật cản. Việc định tuyến đa bƣớc nhảy sẽ giảm việc tiêu hao năng lƣợng hơn là việc truyền dữ liệu trực tiếp giữa các node. Định tuyến trực tiếp sẽ tốt trong trƣờng hợp tất cả node cảm biến đều gần ZC, ZR.
Tiết kiệm năng lƣợng trong hầu hết các mạng/ thiết bị viễn thông đang là một vấn đề đƣợc quan tâm hàng đầu đối với các nhà mạng cũng nhƣ ngƣời sử dụng. Tuy nhiên, với đặc tính riêng của mình, vai trị của tiết kiệm năng lƣợng trong mạng WSN nói chung và mạng cảm biến ZigBee nói riêng là cực kỳ quan trọng. Nó ảnh hƣởng trực tiếp đến chu kỳ sống của các bộ cảm biến trong, qua đó ảnh hƣởng đến hiệu quả của toàn hệ thống.
Một số nguyên lý dƣới đây có thể tối ƣu việc quản lý năng lƣợng trong mạng ZigBee: