低功耗无线传感器网络节点的实现与寿命评估

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1、第34卷第2期2016年4月中国民航大学学报JOURNALOFCⅣⅡ。AV队’nONUNIVERSITYOFCHINAV01．34No．2April2016低功耗无线传感器网络节点的实现与寿命评估王丙元1，刘锡盟1，吕忠义2(1．中国民航大学航空自动化学院，天津300300；2．大连市政设计研究院有限责任公司，大连116001)摘要：机场助航单灯监测无线传感器网络节点存在能量约束问题。为降低节点能耗、延长网络寿命，从硬件能耗、软件控制、路由算法3个方面讨论了节点的节能设计。寿命评估可为传感器网络的可靠性设计及节点维护提供依据。通过差分采样能耗测试方法测试了节点能耗。为系统整体寿命评

2、估提供了初步依据。关键词：无线传感器网络；助航灯光；低功耗；能耗中图分类号：V351．32；TP393文献标志码：A文章编号：1674—5590(2016}02—0032—04ImplementationandlifetimeappraisaloflowpowerwirelesssensornetworknodesWANGBingyuan：LIUXimeng1，LYUZhongyi2(1．CollegeAeronauticalAutomation,CAUC,Tianjin300300，China；2．DoLianMunicipalDesign&ResearchInstituteCo

3、．，LTD,Dalian116001，China)Abstract：Energyconstraintisacrucialfactorlimitingtheperformanceofsingle-lampmonitoringWSN(wirelesssensornetwork)forairfieldnavigationlights．ToreduceenergyconsumptionofnodesandthusprolonglifetimeofWSN，nodesaredesignedfromthreeaspectsapprincludinghardwareenergyconsumptio

4、n，softwarecontrollingstruc—tureandroutingalgorithm．LifetimeappraisalofnodesfacilitatesreliabilitydesignofWSNandmaintenanceofnodes．Byaccomplishmentofdifferential-sample-basednodeenergyconsumptionmeasurement，theappraisaloflifetimeisfundamentallymadevalid．Keywords：wirelesssensornetworks；navigatio

5、nlighting；lowpower；energyconsumption为保障飞机的安全飞行，要求每天对助航灯光定时巡检【11。无线传感器网络由于其部署灵活、安装方便、功耗低等优点，在国内外机场运营的诸多方面已有研究和应用[2-31。针对机场助航灯具数量众多、人工巡检不便的情况，已有研究采用自动化巡检的单灯状态监测系统来代替传统的人工巡检方法141。将无线传感器网络技术应用到助航灯光自动监控应用中，不仅可以将维修人员从繁重的人工巡检工作中解脱出来，还能及时发现故障，适时进行视情维修，以提高机场安全保障能力[53。《国际民用航空公约》附件14中规定：附加监测设备在发生故障时不能影响原

6、灯光系统的工作状态[63。为保障灯光系统可靠性，无线传感器网络的监控节点采用电池供电，与助航灯光的供电回路隔离。同时，机场进近区助航灯光数量较大且分布范围较广，使得监控节点不便于维护。因此，助航灯光监控节点存在着能量约束问题。本文通过分析无线传感器网络技术的能耗特点，提出了无线传感器网络的节能措施，并以此为指导设计了低功耗的助航灯光监控节点。通过差分采样的能耗测试方法测试了节点能耗，为系统的整体寿命评估提供了初步依据。1助航灯光监控节点能耗分析1．1节点结构分析助航灯光监控节点根据助航灯光的位置分布在监控区域内。监测节点是整个网络的基础，主要由处理器、无线通信、传感器和电源4个模块

7、构成，基本结构如图1所示。助航灯光监控节点模块各部分协调工作，实现传感网络节点基本功能。处理器模块是核心，负责完成系统的任务调度、数据处理、实现通信协议；通信模块收稿日期：2015—07—02；修回日期：2015—09—23基金项目：国家自然科学基金项目(U1333102)作者简介：王丙元(1968一)，男，辽宁朝阳人，教授，博士，研究方向为测控自动化．第34卷第2期王丙元，刘锡盟，吕忠义：低功耗无线传感器网络节点的实现与寿命评估一33一i⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一：：lC