無線傳感器網(wǎng)絡低功耗技術(shù)研究

姚剛　胡博

【摘要】 無線傳感器網(wǎng)絡（簡稱WSN）是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡低功耗技術(shù)的發(fā)展歷程，并對技術(shù)分支進行分析。

【關(guān)鍵詞】 無線傳感器網(wǎng)絡 低功耗 節(jié)能 技術(shù)分支

一、引言

在現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點設(shè)計方案中，節(jié)點都是使用電池供電，因此其能源是受限制的。并且由于無線傳感器網(wǎng)絡的應用領(lǐng)域中，網(wǎng)絡大多工作在人跡罕至的區(qū)域或者高風險的惡劣環(huán)境中，更換電源幾乎是不可能的事，這就要求網(wǎng)絡在工作時功耗要小，以延長網(wǎng)絡和節(jié)點的壽命，盡最大可能地節(jié)省電能的消耗。

二、無線傳感器網(wǎng)絡低功耗專利的研究趨勢分析

2.1節(jié)能方法申請量分析

對無線傳感器網(wǎng)絡進行節(jié)能的方法多種多樣，可以從多個角度來對能耗進行優(yōu)化。其中對路由算法的改進，對MAC協(xié)議的改進，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)母倪M，是使用比較多的方法。對路由算法的改進，主要是通過對分簇網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，將分簇網(wǎng)絡與IPv6網(wǎng)絡結(jié)合，對簇內(nèi)節(jié)點路由路徑進行優(yōu)化等。對MAC層協(xié)議的改進，主要是對S-MAC層協(xié)議的改進。而對硬件的改進，也是業(yè)界用來對能耗進行優(yōu)化的主要方法。由于無線傳感器網(wǎng)絡的方方面面都會影響到能耗，所以可有多種細化的方法來實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化。

2.2對MAC層協(xié)議的改進方法的發(fā)展歷程分析

1、對MAC協(xié)議的改進最初是由葉偉提出，它最早由參考文獻“An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks”（W.Ye，J.Heidemann，and D.Estrin，IEEE INFOCOM，June 2002）提出。

2、2008年5月20日，浙江大學提出了一種低負荷無線傳感器網(wǎng)絡MAC層監(jiān)聽休眠方法，通過全網(wǎng)節(jié)點使用同步睡眠喚醒機制、短前導包、偽前導域機制和二段信道載波監(jiān)聽，使得節(jié)點的空閑時間減少，睡眠時間大為增加，同時調(diào)度表只記載本節(jié)點的剩余時間域，從而大大提高了節(jié)能率，達到了超低功耗的設(shè)計目標。

3、2011年3月7日，杭州電子科技大學提出了一種無線傳感網(wǎng)絡的相對時間同步的低能耗休眠偵聽方法。在新節(jié)點建立相對同步表階段，新節(jié)點首先廣播請求加入網(wǎng)絡包，獲取鄰居節(jié)點的同步信息；然后估算時鐘偏移，并對鄰居節(jié)點的多組同步信息進行線性擬合，估算時鐘漂移；最后將鄰居節(jié)點的休眠周期和估算的時鐘偏移、時鐘漂移保存在相對同步表中。

4、2012年04月18日，東南大學提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡的突發(fā)流量負載傳輸方法，使用兩種不用的調(diào)度時間表，發(fā)送節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送調(diào)度表和接收節(jié)點通信詢問調(diào)度表，完成無線傳感器網(wǎng)絡突發(fā)流量負載應用的數(shù)據(jù)低功耗快速傳輸，利用發(fā)送節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送調(diào)度表，實現(xiàn)無碰撞的通信環(huán)境，降低能耗。

三、結(jié)束語

無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)能研究最近一直處于熱門狀態(tài)，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)能相關(guān)的專利申請量也是逐年遞增，對無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)能的方法也是從各個角度著手，未來無線傳感器網(wǎng)絡的能耗勢必越來越低。

參 考 文 獻

[1]張大蹤，楊濤，魏東梅.“無線傳感器網(wǎng)絡低功耗設(shè)計綜述”.傳感器與微系統(tǒng)，第25卷，第5期，2006.

[2] Peng，Y.G.，Li，Y.L.，Lu，Z.C &J.S.Yu，“Method for saving energy in Zigbee network”，Wireless Communications，pp.24-26，September 2009.