無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能探索與研究*

張華南,金 紅,王 峰

(1.廣東培正學院數(shù)據(jù)科學與計算機學院,廣東 廣州 510830;2.湖北大學計算機與信息工程學院,湖北 武漢 430062;3.湖北文理學院計算機工程學院,湖北 襄陽 441053)

1 引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSNs(Wireless Sensor Networks)是一項成熟的技術(shù)，在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健和工業(yè)控制等領(lǐng)域有廣泛應用[1]。WSNs由多個無線傳感器節(jié)點組成，這些節(jié)點監(jiān)視一個環(huán)境，信息數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送到一個或多個名為sink的遠程主機。無線傳感器節(jié)點一般由處理單元、存儲器、傳感器和收發(fā)器等多個組件組成[2]。通常，這些設(shè)備由電池供電，因此使用壽命有限，這使得能源成為最寶貴的資源之一，尤其是在網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)月甚至數(shù)年的情況下。

Figure 1 Energy management(EM)structure

為了解決傳感器能源消耗問題，一個可取的方法是能量收集EH(Energy Harvesting)與能量管理EM(Energy Management)，節(jié)點由環(huán)境能源(如陽光、風、振動和水流等)提供動力。與傳統(tǒng)的電池供電方式相比，使用EH可以將WSNs的壽命提高一個數(shù)量級，并實現(xiàn)能量中性操作ENO(Energy Neutral Operation)狀態(tài)，即收獲的能量大于或等于長期消耗的能量[3]。

對于能量管理Kansal等人[4]有相關(guān)研究，利用能量預測采收能量，并根據(jù)預測能量與觀測能量差值計算占空比。Castagnetti等人[5]引入了閉環(huán)電源管理器CL-PM(Closed-Loop Power Manager)，使用2種不同的能源管理策略，一種是使用環(huán)境能源；另一種用于收集能源低于固定閾值情況，也稱零能源時隙。Renner等人[6]提出了一種基于預測能源的算法，以超級電容為儲能裝置的能量采集傳感器節(jié)點，對消耗和收獲的超級電容器能量儲備進行預測。

2 能量收集與管理

針對無線傳感器節(jié)點能量收集EH-WSNs引入一種新的能量管理EM，其任務是根據(jù)當前剩余能量，通過吞吐量來動態(tài)調(diào)整節(jié)點的性能，EM可與多種MAC協(xié)議協(xié)同使用。假設(shè)把時間分成相等的時間間隔T,當前剩余能量用eR表示，喚醒時隙用TWI表示。

2個子模塊組成EM，如圖1所示。圖1中，τi表示節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，NS是狀態(tài)數(shù)，Pi表示節(jié)點功耗,eR[k-1]表示EBC在時隙k-1的剩余能量，eb[k]表示節(jié)點在時隙k的能量預算,Tw[k]表示喚醒時隙，MACX和MACY表示不同的MAC協(xié)議。第1個模塊是能量預算EBC(Energy Budget Computation)模塊，評估節(jié)點在下一個時隙k中可以消耗的能量，以確保持續(xù)性，這部分能量稱為能量預算，用eB[k]表示。相應地，時隙k-1的剩余能量和能量的變化量分別用eR[k-1]和ΔeR[k-1]表示，定義為：

ΔeR[k-1]=eR[k-1]-eR[k-2]

(1)

第2個模塊是吞吐量計算TC(Throughput Computation)模塊，根據(jù)能量預算eB[k]計算喚醒時隙TWI[k]。當拓撲結(jié)構(gòu)是星型網(wǎng)絡(luò)時，節(jié)點的唯一任務是將生成的數(shù)據(jù)發(fā)送到接收器。在多跳網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點還必須中繼其他節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包。TC是特殊的星型網(wǎng)絡(luò)，因此EM可以通過設(shè)計一個模塊來代替TC，從而使其更容易適應多跳場景。TC負責分配多跳網(wǎng)絡(luò)所需的感知和中繼任務之間的能量預算。

Figure 2 Energy storage levels and rule

2.1 能量預算EBC設(shè)計

(2)

其中,δeB[k]為能量預算修正，根據(jù)剩余能量eR和能量的變化量△eR的當前值計算。環(huán)境影響評估有2個目標：一是在可獲得的環(huán)境能源很少的情況下，找出一項能源預算，在釋放速度和服務質(zhì)量之間達成適當?shù)恼壑裕欢钱敪h(huán)境能源可用時，避免飽和或在充電率和服務質(zhì)量之間找到一個好的折衷，可以通過調(diào)整能源預算值實現(xiàn)，該值取決于剩余能源及其變化。圖2b所示為能量預算EBC策略。在表中，ΔeB是EM的一個正參數(shù)，當儲能量處于ENI區(qū)間或處于飽和區(qū)間時，ΔeB對應于能量預算修正。選擇ΔeB需要在EBC的反應和分配的能源預算的可變性之間進行折衷。選擇的ΔeB值越高，導致EM的反應活性越高，但代價是能量預算的劇烈變化，這可能不適用于許多應用。另一方面，ΔeB值越低，EM的反應活性越低，能量平衡變化越平穩(wěn)。因此，ΔeB的選擇取決于能源來源和應用要求。從圖2中可以考慮4種場景，后面將詳細介紹。

(1)飽和風險。

(2)能量中性區(qū)間。

如果剩余能量屬于ENI，則EBC的目標是保持節(jié)點處于ENO-MAX狀態(tài)。當剩余能量相對保持恒定時，達到ENO-MAX狀態(tài)，EBC修正ΔeR的能量預算，使節(jié)點保持在ENO-MAX狀態(tài)。能量中性區(qū)間如圖2b中R4,R5,R6所示。

(3)充電狀態(tài)。

(3)

其中,MC和KC為充電策略調(diào)整參數(shù)。μC隨著eR的增加而增加。當KC=1時，ΔeB隨eR線性增加；當KC≤1時，隨著剩余能量的增加，增長速率增大；而KC>1時，隨著eR的增加，增長速率減小。充電狀態(tài)如圖2b中R3所示。

(4)放電狀態(tài)。

(4)

其中,MD和KD為放電策略調(diào)整參數(shù)。μD隨著eR的增加而減小，能量儲存越少。KD和μD對放電策略的影響與KC和MC對充電策略的影響相似。放電狀態(tài)如圖2b中R2,R3所示。

2.2 吞吐量計算TC的設(shè)計

吞吐量計算TC的目標是計算節(jié)點在一個時隙內(nèi)的吞吐量，以消耗EBC指定的能量。由于無線通信最消耗能源，因此給定能量預算的節(jié)點吞吐量與MAC協(xié)議緊密相關(guān)[8]。

MAC協(xié)議傳輸一個數(shù)據(jù)包，通常需要很多步驟，比如接收/發(fā)送信標幀、發(fā)送數(shù)據(jù)幀、接收確認(ACK)幀等等。使用給定協(xié)議通信時節(jié)點可能處于的狀態(tài)數(shù)用NS表示。每個狀態(tài)由不同組件狀態(tài)(MCU、無線電芯片和傳感器)的組合定義。狀態(tài)i∈{1,…,NS},單包傳輸過程用τi表示，節(jié)點相應的功耗用Pi表示。因此，執(zhí)行測量和發(fā)送單個數(shù)據(jù)包的整個過程的能量是：

(5)

節(jié)點在一個時隙k上消耗的能量為：

(6)

(7)

將式(6)中的eC[k]替換為eB[k]，得到相應的吞吐量(以每分鐘包數(shù)計算)為：

(8)

通常MAC協(xié)議是基于偽異步方法，這使得τi值的估計具有挑戰(zhàn)性。事實上，對于不同包的傳輸，空閑狀態(tài)和接收狀態(tài)下花費的時間差異很大。由于這些值的估計不準確，節(jié)點所消耗的能量可能與EBC計算的能量預算相差很大，這可能導致電力故障或能源浪費[9]。

2.3 能源利用系數(shù)

為了評估不同MAC協(xié)議的能源效率，將能源利用系數(shù)EUC(Energy Utilization Coefficient)定義為吞吐量與能源預算的比值：

(9)

EUC根據(jù)可用的能源預算對MAC協(xié)議實現(xiàn)的吞吐量進行量化，結(jié)合式(7)～式(9)，得到：

(10)

其中H定義為：

H=eT-τTPS

(11)

H是與給定硬件和MAC協(xié)議相關(guān)的常數(shù)。實際上，τT值依賴于MAC協(xié)議，而Pi值依賴于硬件。對于給定的硬件和MAC,EUC不是常數(shù)，而是隨著能源預算eB的增加而增加。其次，EUC是有界的，其表達式為：

(12)

由式(12)可知，H值越小，ξ∞的值越大，因此H值越小越好。假設(shè)Pi值是固定的，睡眠狀態(tài)PS的功耗應該比其他狀態(tài)Pi的功耗小得多。這個假設(shè)適用于所有的WSNs。因此，通過最小化τi值來最小化H。為了使H最小，在每個數(shù)據(jù)包傳輸時只發(fā)送數(shù)據(jù)幀。然而，大多數(shù)MAC協(xié)議都引入了開銷來同步節(jié)點或錯誤控制[10]。

3 喚醒接收器的MAC協(xié)議

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中MAC協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)已經(jīng)有了大量的研究。MAC可以分為3種模式：同步、偽異步和異步。在第1種模式中，同步相鄰節(jié)點被同時喚醒。然而，在EH-WSNs環(huán)境下，環(huán)境電源提供的能量隨時間和空間不斷變化，使得同步模式不適用于此類應用場景。實際上，由能量收集提供動力的節(jié)點必須能夠動態(tài)調(diào)整其占空比，偽異步和異步方案允許每個節(jié)點獨立于其他節(jié)點選擇其活動調(diào)度。傳統(tǒng)偽異步方案依賴于占空比循環(huán)，其中節(jié)點根據(jù)自己特定時間表周期性地開關(guān)電源。

偽異步模式分為發(fā)送方發(fā)起和接收方發(fā)起，在發(fā)送方發(fā)起的方案中，接收節(jié)點被定期喚醒來監(jiān)視信道，如果發(fā)現(xiàn)信道是空的，則在被短時間喚醒后返回睡眠狀態(tài)。當一個節(jié)點有一個數(shù)據(jù)包要發(fā)送時，它將發(fā)送請求發(fā)送到目標節(jié)點，每個節(jié)點都有一個監(jiān)聽周期。目標節(jié)點醒來時獲取傳輸請求，并通過一條消息回答傳輸節(jié)點，數(shù)據(jù)包被發(fā)送出去。在接收方發(fā)起的方案中，接收節(jié)點定期醒來并發(fā)送一個信號，并對信道進行短時間監(jiān)控,如果沒有檢測到信號，就會返回睡眠狀態(tài)。如果節(jié)點需要傳輸數(shù)據(jù),它將偵聽來自接收器的清除發(fā)送信號通道，并在接收后開始發(fā)送數(shù)據(jù)包[11]。

使用ULP WuRx(Ultra Low Power Wake-up Receiver)可以實現(xiàn)全異步通信。由于ULP WuRx技術(shù)尚處于發(fā)展階段，且相對較新，目前對利用ULP WuRx設(shè)計通信協(xié)議研究較少。

使用ULP WuRx的星型網(wǎng)絡(luò)SNW-MAC(Star Network WuRx-MAC)協(xié)議，是一種用于數(shù)據(jù)收集的星型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。傳統(tǒng)協(xié)議使用占空比循環(huán)方法來降低能源消耗，但是，該方案并不能消除由于空閑監(jiān)聽而產(chǎn)生的能量浪費，此外，傳統(tǒng)協(xié)議容易發(fā)生沖突，這會降低它們的可伸縮性并增加能源消耗。SNW-MAC利用ULP WuRx實現(xiàn)異步通信，將傳輸數(shù)據(jù)包所需的能量降至最低，同一SNW-MAC網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包之間不發(fā)生沖突。

SNW-MAC是一種異步模式。使用SNW-MAC進行數(shù)據(jù)包傳輸?shù)牧鞒倘鐖D3所示，其中,Tx表示星型網(wǎng)絡(luò)傳輸，Rx表示星型網(wǎng)絡(luò)接收，節(jié)點n在時隙k進行數(shù)據(jù)傳輸。接收器通過發(fā)送包含特定傳感器節(jié)點地址的喚醒信號WuB(Wake-up Beacon)來初始化通信，然后偵聽信道接收數(shù)據(jù)包。目標傳感器節(jié)點被其ULP WuRx喚醒，并開始發(fā)送數(shù)據(jù)包。每個傳感器節(jié)點在數(shù)據(jù)包中攜帶其喚醒時隙[12]。sink保存一個更新后的表，該表關(guān)聯(lián)每個節(jié)點的喚醒時隙，并在正確的時間輪詢每個節(jié)點。接收器為每個節(jié)點設(shè)置一個用于承載數(shù)據(jù)包中喚醒時隙的計時器，并在計時器每次過期時輪詢該節(jié)點。感知操作由每個節(jié)點在2個接收器輪詢之間的任何時間執(zhí)行，以確保數(shù)據(jù)準備好在接收器發(fā)送喚醒信標時發(fā)送。與傳統(tǒng)的接收端發(fā)起協(xié)議相比，由于不需要匯聚過程，該方法降低了匯聚和節(jié)點的能量消耗，避免了不必要的周期性WuB發(fā)送，進一步降低了系統(tǒng)的能量消耗。由于喚醒時隙通常是16位整數(shù)，因此承載此信息所產(chǎn)生的開銷很小。此外，接收器可以使用WuB來監(jiān)測傳感器節(jié)點的活動[13]。

Figure 3 SNW-MAC:packet transmission and Wake-up Beacon(WuB)

與傳統(tǒng)的偽異步模式相比，SNW-MAC通過協(xié)調(diào)接收器上的數(shù)據(jù)包傳輸，消除了沖突風險，每個節(jié)點都是輪詢的。然而，無線信道的干擾可能會導致幀的損壞，因此節(jié)能的錯誤控制和數(shù)據(jù)包重傳是一個重要的問題。由于接收端完全負責協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)包的傳輸，因此它負責檢測傳輸錯誤并調(diào)度另一次嘗試。每個WuB嵌入一個預期8位序列號的數(shù)據(jù)包。接收器保存一個更新后的表，該表為每個節(jié)點關(guān)聯(lián)輪詢的下一個數(shù)據(jù)包序列號。當一個傳感器節(jié)點ULP WuRx獲得一個WuB時，同時讀取地址和序列號。由于ULP WuRx能夠直接識別地址，它只有在地址有效時才喚醒節(jié)點微處理器MCU(MicroController Unit)，然后使用串口將序列號發(fā)送給節(jié)點MCU。所有序列號低于接收序列號的數(shù)據(jù)包都被認為是成功接收或由于傳輸嘗試次數(shù)過多而被丟棄了，因此將其從傳輸緩沖區(qū)中刪除。然后節(jié)點發(fā)送具有接收請求的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包攜帶了它的序列號。當接收器從給定的傳感器節(jié)點成功接收到數(shù)據(jù)包時，接收器將檢查數(shù)據(jù)包序列號。如果數(shù)據(jù)包的序列號是接收器期望的序列號，則接收器將遞增與此節(jié)點關(guān)聯(lián)的序列號。當接收器檢測到傳輸失敗時，例如接收到的數(shù)據(jù)包已損壞，不會增加序列號并設(shè)置隨機回退。使用SNW-MAC，節(jié)點只發(fā)送數(shù)據(jù)幀，從而最小化每個數(shù)據(jù)包的能量消耗。此外，如果數(shù)據(jù)幀長度不變，每個數(shù)據(jù)包的能量消耗變化也會最小化。事實上，造成能源消耗變化的唯一可能原因是重新傳輸[14]。

4 實驗結(jié)果和討論

4.1 節(jié)點體系結(jié)構(gòu)

利用多能源轉(zhuǎn)換MESC(Multiple Energy Source Converter)架構(gòu)的單路徑體系結(jié)構(gòu)中，只有一個儲能裝置，所有采集到的能量都用于給儲能裝置充電，儲能裝置通過DC-DC變換器直接為節(jié)點供電。圖4所示為MESC的塊結(jié)構(gòu)，它可以與各種能源收割機(例如光伏電池、熱電發(fā)電機和風力渦輪機)一起使用，使用適當?shù)哪芰窟m配器來標準化輸出能量[15]。選擇超級電容器作為存儲設(shè)備是因為它們比電池更耐用，能提供更高的功率密度。本文實驗基于MESC架構(gòu)的PowWow平臺，采用CC1120無線電芯片。儲能裝置為0.9 F超級電容，最大電壓5.0 V，節(jié)點供電所需的最小電壓為2.8 V。剩余能量eR計算如下：

(13)

其中,C為超級電容,VC為電容器的電壓。由于超級電容通過DC-DC變換器向節(jié)點供電，如圖4所示，DC-DC變換器的效率隨著輸入電壓的變化而變化，因此節(jié)點所消耗的功率取決于超級電容的充電情況。因此，可以測量DC-DC轉(zhuǎn)換器在不同輸入電壓(2.8 V～5.0 V)下各τi的功耗Pi。實驗所用參數(shù)如表1所示，表1中提供了MAC協(xié)議、物理層PHY和能量預算EBC的相關(guān)實驗參數(shù)。

Figure 4 Hardware architecture of a WSNs node using the multiple energy source converter(MESC)

4.2 超低功率喚醒接收器

ULP WuRx采用開關(guān)鍵控OOK(On-Off

Table 1 Parameters of experiment

Keying)調(diào)制，是最簡單的幅移鍵控ASK(Amplitude-Shift Keying)調(diào)制形式。當ULP WuRx檢測到載波時，喚醒微控制器，微控制器讀取嵌入到WuB中的地址并進行地址匹配。如果接收到的地址無效，微控制器將返回休眠狀態(tài),如果地址是有效的，將使用中斷喚醒節(jié)點MCU。

4.3 比較MAC協(xié)議

圖5所示為標準無線電電源管理架構(gòu)UPMA(Unified Radio Power Management Architec-ture)-X-MAC和PW-MAC協(xié)議的比較。節(jié)點通過不斷發(fā)送數(shù)據(jù)包來啟動通信，直到接收到來自接收器的ACK幀為止。如果接收器檢測到數(shù)據(jù)包并完全接收，則由sink節(jié)點發(fā)送ACK幀，如圖5a所示。

Figure 5 UPMA-X-MAC and PW-MAC protocols

PW-MAC是一種接收端發(fā)起的協(xié)議，主要關(guān)注接收端和發(fā)送端的能源效率。使用PW-MAC的數(shù)據(jù)包傳輸如圖5b所示。在接收端，接收器周期性地醒來并發(fā)送信標(BCN)幀。在發(fā)射端，每個節(jié)點都精確地預測接收器將在何時醒來。如果需要發(fā)送數(shù)據(jù)包，節(jié)點將在接收發(fā)送下一個信標之前醒來。一旦獲得信標，節(jié)點將發(fā)送數(shù)據(jù)包并等待ACK幀。在每個數(shù)據(jù)包傳輸時，計算一個預測誤差，節(jié)點根據(jù)該誤差更新節(jié)點預測時間[16]。為了評估MAC協(xié)議的能量效率，測量單個數(shù)據(jù)包的傳輸和接收的能量消耗是很重要的。在10.2 Ω電阻和3.5 V電源串聯(lián)的情況下，測量這3種評估協(xié)議的能量軌跡。除了允許對能耗進行詳細分析外，這些微基準還用于設(shè)置式(5)中的τi值，并計算與EUC度量相關(guān)的H和ξ∞值。

Figure 6 Microbenchmarks of the MAC protocols

測量結(jié)果如圖6所示，其中Pc為節(jié)點的功耗。圖6a顯示了與其他協(xié)議相比使用SNW-MAC協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)包的功耗達到最低,它只需要發(fā)送數(shù)據(jù)幀(B)。如果數(shù)據(jù)有效載荷長度固定，則發(fā)送數(shù)據(jù)包的能量消耗是恒定的。對于圖6b中的sink，可以看到數(shù)據(jù)包接收的2個階段，發(fā)送WuB(A)然后接收數(shù)據(jù)幀(B)。由于與非WuB幀相比，發(fā)送WuB的比特率更低，傳輸功率更高，因此輪詢節(jié)點對接收器的能量開銷更大。這個結(jié)果會激發(fā)數(shù)據(jù)包中每個節(jié)點的喚醒時隙，允許接收器只在正確的時間輪詢節(jié)點[17]。

在圖6所示的MAC協(xié)議的測試中，顯示了數(shù)據(jù)包的傳輸情況，圖6c和圖6d分別顯示了使用PW-MAC進行分組傳輸和接收的能量消耗。使用此協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)包需要接收信標(A)和幀ACK(C)，這使得發(fā)送數(shù)據(jù)包的能量消耗高于使用SNW-MAC協(xié)議的。此外，發(fā)送方會在接收器發(fā)送信標之前短時間內(nèi)醒來，以防止預測錯誤。這個時隙在每次傳輸時都是不同的，導致每個包傳輸?shù)哪芰肯氖遣缓愣ǖ?。由于時鐘漂移，預測誤差變得非常大，當超過一個固定的閾值時，就會觸發(fā)預測狀態(tài)的更新，導致更高的能耗。使用SNW-MAC協(xié)議不需要傳輸ACK幀，與使用PW-MAC協(xié)議相比部分抵消了WuB傳輸所帶來的能量開銷[18]。

圖6e顯示了使用UPMA-X-MAC為節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的能量消耗，在這種情況下，接收器在第6次嘗試時成功接收到了數(shù)據(jù)包。對于每次嘗試，都可以看到發(fā)送數(shù)據(jù)包(B)和偵聽ACK(C)這2個階段。如圖6f所示，sink在第5次嘗試(B)時醒來，因此沒有接收到完整的數(shù)據(jù)包，它保持蘇醒，以便在下一次嘗試時接收數(shù)據(jù)包(B)并發(fā)送ACK(C)。使用UPMA-X-MAC發(fā)送一個數(shù)據(jù)包的消耗在不同的傳輸中有很大的差異，這是由接收喚醒時間相對于節(jié)點傳輸開始時間的隨機性導致的。在成功接收數(shù)據(jù)包之前，節(jié)點必須等待接收器喚醒平均時隙的一半時間。在接收端，數(shù)據(jù)包接收的能量消耗也是可變的，除了傳輸ACK幀外，還需要監(jiān)聽平均一個半數(shù)據(jù)包[19]。使用這些微基準，測量式(5)的值，并使用Pi的最低測量值計算了不同MAC協(xié)議的H和ξ∞，從而得到H和ξ∞的最佳可實現(xiàn)值。表2給出了得到的結(jié)果，可以看出，使用SNW-MAC可以更好地利用能源預算。

ULP WuRx的功耗是非常低的，因為它總是處于活動狀態(tài)，即使所有其他組件都處于睡眠狀態(tài)也同樣如此。ULP WuRx 測量功耗是1.83 μW。

Table 2 Best values of H and ξ∞ for the different MAC protocols

當可編程中斷控制器處于活動狀態(tài)時，ULP WuRx的功耗變得非常明顯。EM和MAC協(xié)議是在一個由6個節(jié)點(包括一個sink)組成的實驗臺上以星型拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。節(jié)點被布置在一個沒有窗戶的房間里，完全由室內(nèi)熒光燈供電。每個節(jié)點都配備了一塊太陽能電池板，且節(jié)點部署在不同光照條件下。每組實驗均持續(xù)3 h，白天進行，只有在評估SNW-MAC協(xié)議時，節(jié)點才配備ULP WuRx。在可變光照條件下，將單個傳感器節(jié)點暴露在室內(nèi)環(huán)境的熒光燈下，觀察節(jié)點剩余能量，然后在沒有任何可用環(huán)境能量的情況下(關(guān)燈)放置2 h，觀察能量變化，最后再次暴露節(jié)點在室內(nèi)光線下，觀察節(jié)點剩余能量的變化。

從星型網(wǎng)絡(luò)實驗結(jié)果(圖7)中可以看出，使用SNW-MAC協(xié)議的吞吐量都高于使用PW-MAC協(xié)議的，說明SNW-MAC協(xié)議具有更好的能效。實驗結(jié)果表明了EM在不同MAC協(xié)議下實現(xiàn)能量中性的能力，以及它與高效的SNW-MAC協(xié)議結(jié)合的好處，該協(xié)議利用ULP WuRx來支持異步通信[20]。

Figure 7 Results of the experiments on a star network

5 結(jié)束語

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量收集與管理是解決能耗問題的重要環(huán)節(jié)。通過對能量收集與管理方案的研究，將異步MAC協(xié)議和超低功耗喚醒接收器配合使用。在星型拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集傳感器網(wǎng)絡(luò)中的實驗表明，與PW-MAC協(xié)議相比，SNW-MAC協(xié)議可獲得更高的吞吐增益，提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能源效率。