无线传感器网络功耗问题

《无线传感器网络功耗问题》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、作者名等:题目3无线传感器网络的功耗问题PowerConsumptionofWirelessSensorNetworks(DepartmentofComputerScienceandTechnology,NanjingUniversity,Nanjing210093,China)Email：lijie1108@126.com摘要:传感器网络是由几十个到上百个节点组成的、采用无线通信方式、动态组网的多跳的移动性对等网络。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。因此，传感器网络已成为国际上备

2、受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。然而传感器网络的发展也受到了很多的限制，其中能量限制无疑是最根本也是最重要的。本文讨论了无线传感器网络的功耗问题，并对一些节能方法做了一些简单的介绍。关键词:无线传感器网络；跨层优化；功率感知路由中图法分类号:TP-301　　　文献标识码:A1引言近年来，对无线传感器网络的研究有了很大的发展，然而功耗问题仍然是制约无线传感器网络发展的重要因素，因此无线传感器节点的能耗问题受到了国内外研究学者的高度重视。由于传感器节点体积微小，携带电池能量有限，传感器节点由于电源能量的原因失效或废弃，因此电源能

3、量约束是传感器网络应用的障碍[1]。另外，传感器节点数目多、成本要求低廉、分布区域广，而且部署区域环境复杂，有些区域甚至人员不能到达，所以传感器节点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的。以上两点使得传感器网络的应用受到了极大的限制。如果说传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用，其次才考虑节约能源的话，传感器网络的首要设计目标就是能源的高效利用，如何高效使用能量来最大化网络生命周期是传感器网络面临的首要挑战，这也是传感器网络和传统网络最重要的区别之一。传感器节点不同部件的能耗是有所差别的，如图1.3给出了节点各部件能耗分布[2]：作者名

4、等:题目3图1.3节点各部件能耗分布虽然不同的节点在各自的功率数值上会有所差别，但对于大多数传感器节点而言，能耗分布总的特征是一致的，即：第一，传感器模块和处理器模块的能耗要远小于通信模块的能耗；第二，通信模块在发送数据、接收数据以及休眠时消耗了大量的能量，而通信模块在休眠模式下的能耗要小的多。针对以上特点，无线传感器网络的节能方法大致可分为从硬件方面着手和软件方面着手2条思路。硬件上方法主要有提高电池能量的使用效率、降低传感器工作时能量消耗、能量收集技术等。从软件上考虑主要方法有功率意识协议栈、跨层优化、拓扑控制算法等等。以下就几种方法作简单的介绍。1

5、提出的方法1.1功率意识协议栈图2.1是无线传感器网络使用的协议栈示意图。目前，有许多方法是从传感节点协议栈的每一层着手研究的。在物理层，使用低功率器件和交易关闭不必要的性能可以节省大量的电力。通过减少发送时间可以减少无线电收发器的能量消耗。根据瞬时负载流量，动态地采用不同的调制水平可以节省更多的能量。确定每个节点上的能量消耗，找出不同组件影响能量消耗的因素。传感元件消耗的影响因素包括信号采样，电力，信号调理物理信号转换，模拟到数字转换器（ADC）。在数据链路层，数据链路层包括媒体访问控制和错误控制协议。由于传输是传感节点中能量消耗最多的一部分，因此MA

6、CMAC协议应该通过减少能源效率最低的访问来节省能源。在碰撞检测和链路监听时，传感节点消耗了很多的能量，因此MAC协议应该避免碰撞，控制数据包和闲监听的开销。在网络层，根据节点的多功能性的不同，网络可以采取定向，多跳，单跳聚类，或者多跳聚类传输方案。按协议所支持的功能决定传输方案类型。几种传输方案如图2.2所示：作者名等:题目3图2.2：WSM中的几种传输方案路由协议在不增加延迟的条件下找到最节能的路线。1.1跨层优化层次结构非常适合有线网络，但是并不非常适合无线传感网络。由于某一层的优化，可能需要其他层的合作，因此这就需要我们合并某些层或者在层与层之间

7、创建新的接口。依赖应用环境，在WSN的5层协议中可以降低用电量，例如：某人设计了一个节能、最短路径路由算法，这个路由可以充分利用同样的传输距离，采用更短距离hops将会节约大量的能量。因此，有大量hops的数据传输将会更加节能，如果MAC层不做相应的优化，路由的优化设计将会被阻碍通过增加竞争而增加能量消耗。协同通信方案可以降低传输消耗，在这种方案中，多个节点协调形成虚拟的天线阵列以达到空间分集。单中继选择合作交流方案被提出，在这个方案中，将MAC层和物理层以分布式的方式合并为节点选择程序，它最大限度地减少整体能源消耗，并最大限度地提高网络生存时间。使用跨

8、层优化，能量收集技术可以通过整合能源感知路由和MAC控制来达到能源的优化。当网络