无线传感网节能技术研究

1、无线传感网节能技术研究摘要：能量问题是无线传感器网络的核心问题，随着无线传感器网络应用前景的开展，如何最大限度的延长网络的生命周期已经成为目前研究的热点。本文通过对无线传感器网络的能耗分析，介绍了无线传感器网络的节能技术及节能策略的开展与特点。关键词：无线传感网节能技术节能策略能量消耗0引言随着无线传感器网络(irelesssensrnetrks，SN)现已成为国际上备受关注的、涉及多学科高度穿插、知识高度集成的前沿热点研究领域，它综合了传感器、嵌入式计算、现代网络、无线通信及分布式信息处理等技术。SN是一种全新的信息获取平台，可以实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息

2、发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目的检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。1无线传感网能耗分析现有无线传感器网络节点体系构造由数据处理及控制单元、电源单元、传感单元和通信单元等四局部组成。如图1所示，详细构造如下：对于硬件设计，通常不仅要求传感器节点的价格低廉，还希望传感器节点的工作时间要尽可能的延长的同时能担任中断节点和路由器节点的双重功能。在实际网络运行过程中，处理Pressing、传感Sensing和无线传输Radi三个操作是能耗的主要来源。处理的能量消耗主要是来自微处理器执行指令的能耗，处理器睡眠状态与运行状态时的能量消耗有很大的差异。传感器的能耗主要包括

3、前端处理、变换器、A/D转换等操作，对于不同种类的传感器那么具有不同的能耗，温度，光强、温度、加速度传感器等都属于较低能耗的传感器。而较高能耗的传感器主要有图像、视频传感器等。随着集成电路工艺的开展，传感器和处理器模块的功耗越来越低，无线传感器网络绝大局部能量消耗在了无线通信模块。在网络运行过程中，无线模块一般处于四种状态：发送、接收、空闲以及睡眠，这四种状态下的能耗是不一样的。图2为DebrahEstrin在bi2002会议上的特邀报告irelessSensrNetrks，PartIV：SensrNetrkPrtls中所述传感器节点各局部能量消耗的情况，从图中可知无线通信能耗主要是无线模块在

4、收发数据及空闲侦听时的能耗1。无线模块处于空闲状态的能耗接近于接收状态的能耗，而其睡眠状态的能耗那么显著低于其他状态。所以为了有效节省能量，应该尽可能使无线模块处于睡眠状态。图2传感器节点各模块功耗比照。2无线传感网的节能技术无线传感器网络面临的首要挑战就是如何高效节能，用以获得最大化的生命周期，其中包括两种策略：一是降低能量消耗，这在延长无线传感器网络的生命周期研究中占主导地位；二是平衡节点间的能量消耗，主要是通过平衡节点间的流量负载来实现，但这项策略处于附属地位。根据网络节点能耗的主要来源，现有的节能技术主要包括对数据传输与数据处理两个方面。2.1针对数据传输的节能技术2.1.1无线传输技

5、术的节能技术节点能耗主要来源于无线传输，考虑节省无线传输时的能耗通常能获得很好的节能效果。但由于无线传输技术的研究所涉及的内容多、难度大，所以其目前的研究才刚刚起步。比拟具有代表性的研究工作有：美国斯坦福大学的B.Prabhakar，ElGaal等学者以及南加州大学的YangY学者从自适应调制技术的角度出发2，研究了节能无线传输的问题。美国斯坦福大学的AndreaJ.Gldsith等学者，纽约洲立大学的XiahuaLi学者提出了根据STB，V-BLAST等空时处理方案的协作式I传输技术3，以在监测环境中存在多径衰落情况下有效地节省能耗。2.1.2网络路由的节能技术路由技术的研究主要关注于根据传

6、感器网络分布式操作、节点数目众多以及数据冗余等特点设计具有节省能量的路由技术。无线传感器网络的路由技术按其网络构造和工作方式可以分为平面式的Flatruting，例如洪泛Flding算法；层状式的Hierarhialruting，典型的算法有LEAH，PEGASIS，TEEN等。2.1.3A的节能技术A接入技术是无线传感器网络可靠平安通信的保证。无线传感器网络A协议设计与传统网络A协议设计有很大不同，目前已有大量的研究关注于无线传感器网络A协议设计。典型无线传感器网络的节能A协议设计有：S-A协议、DSA、DA协议、SA协议等。2.2针对数据处理的节能技术关于此方面的研究工作主要集中于降低处理

7、器的能量消耗，如动态电压缩放技术，这项技术的出发点是在大多数无线传感器节点上，计算负载是随时间变化的，因此并不需要微处理器在任何时刻都保持峰值性能。针对数据处理的节能技术都可以有效节省数据处理带来的能耗，但由于无线传感器网络中，能耗的主要局部来源于无线通信，所以其总的节能效果不是很明显。3无线传感网的节能策略降低计算能耗主要有以下两类方法：一是通过在操作系统中使用能量感知方式管理系统能源的能量管理技术；二是采用低功耗控制器、处理器，降低硬件功耗。降低感知能耗通常有两类技术可以采用：一是需要硬件技术的革新；二是在效劳质量允许的条件下通过降低数据采集质量来节省能耗，通信能耗在整个无线传感器网络能耗

8、中占统治地位，因此有关如何降低通信能耗的研究是最多的。目前降低无线传感器网络通信能耗的方法所使用的策略主要有：减小单跳通信间隔 ；降低数据通信量；减少通信冲突；降低旁听；天线相关技术。4完毕语无线传感器网络的首要设计目的已经变成了延长网络系统的生命周期。优化能量消耗对无线传感器网络非常重要。随着科学技术的开展，新能源技术的不断探究，可以预见，在将来能源供应问题将不再是制约无线传感器网络开展的难题，无线传感器网络将进入人类生活的方方面面，发挥其宏大的应用价值。参考文献：1孙利民，李建中，陈渝，朱红松.无线传感器网络.北京:清华大学出版社，2022，1.2GXiahuaL.Spae-tiededulti-transissinangdistributedtransittersithutperfetsynhrnizatin.IEEESignalPressingLetters，2022，11(12):9489513Shuguang，adanR.JintR中国论文联盟.Ll.uting，A，an