2017無線傳感網技術論文
無線傳感器網由播撒在監測區域大量密集分布的傳感器節點組成。傳感器節點之間具有相互協作性。下面是學習啦小編整理的2017無線傳感網技術論文，希望你能從中得到感悟!
2017無線傳感網技術論文篇一
無線傳感網節能技術研究
摘要：能量問題是無線傳感器 網絡的核心問題，隨著無線傳感器網絡 應用前景的 發展，如何最大限度的延長網絡的生命周期已經成為目前研究的 熱點。本文通過對無線傳感器網絡的能耗分析，介紹了無線傳感器網絡的節能技術及節能策略的發展與特點。
關鍵詞：無線傳感網 節能技術 節能策略 能量消耗
0 引言
隨著無線傳感器網絡(wireless sensor networks，WSN)現已成為國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域，它綜合了傳感器、“嵌入式計算”、現代網絡、無線通信及分布式信息處理等技術。WSN是一種全新的信息獲取平臺，能夠實時監測和采集網絡分布區域內的各種檢測對象的信息，并將這些信息發送到網關節點，以實現復雜的指定范圍內目標檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強等特點，有著廣闊的應用前景。
1 無線傳感網能耗分析
現有無線傳感器網絡節點體系結構由數據處理及控制單元、電源單元、傳感單元和通信單元等四部分組成。如圖1所示，具體結構如下：
對于硬件設計，通常不僅要求傳感器節點的價格低廉，還希望傳感器節點的 工作時間要盡可能的延長的同時能擔任中斷節點和路由器節點的雙重功能。在實際網絡運行過程中，處理(Processing)、傳感(Sensing)和無線傳輸(Radio)三個操作是能耗的主要來源。處理的能量消耗主要是來自微處理器執行指令的能耗，處理器睡眠狀態與運行狀態時的能量消耗有很大的差別。傳感器的能耗主要包括前端處理、變換器、A/D 轉換等操作，對于不同種類的傳感器則具有不同的能耗，溫度，光強、溫度、加速度傳感器等都屬于較低能耗的傳感器。而較高能耗的傳感器主要有圖像、視頻傳感器等。
隨著集成電路工藝的發展，傳感器和處理器模塊的功耗越來越低，無線傳感器網絡絕大部分能量消耗在了無線通信模塊。在網絡運行過程中，無線模塊一般處于四種狀態：發送、接收、空閑以及睡眠，這四種狀態下的能耗是不一樣的。圖2為Deborah Estrin在Mobicom 2002會議上的特邀 報告(Wireless Sensor Networks，Part IV：Sensor Network Protocols)中所述傳感器節點各部分能量消耗的情況，從圖中可知無線通信能耗主要是無線模塊在收發數據及空閑偵聽時的能耗[1]。無線模塊處于空閑狀態的能耗接近于接收狀態的能耗，而其睡眠狀態的能耗則顯著低于其他狀態。所以為了有效節省能量，應該盡可能使無線模塊處于睡眠狀態。圖2傳感器節點各模塊功耗對比。
2 無線傳感網的節能技術
無線傳感器網絡面臨的首要挑戰就是如何高效節能，用以獲得最大化的生命周期，其中包括兩種策略：一是降低能量消耗，這在延長無線傳感器網絡的生命周期研究中占主導地位;二是平衡節點間的能量消耗，主要是通過均衡節點間的流量負載來實現，但這項策略處于從屬地位。根據網絡節點能耗的主要來源，現有的節能技術主要包括對數據傳輸與數據處理兩個方面。
2.1 針對數據傳輸的節能技術
2.1.1 無線傳輸技術的節能技術
節點能耗主要來源于無線傳輸，考慮節省無線傳輸時的能耗通常能獲得很好的節能效果。但由于無線傳輸技術的研究所涉及的內容多、難度大，所以其目前的研究才剛剛起步。比較具有代表性的研究工作有：美國斯坦福大學的B.Prabhakar，El Gamal等學者以及南加州大學的YangY學者從自適應調制技術的角度出發[2]，研究了節能無線傳輸的問題。美國斯坦福大學的Andrea J.Goldsmith 等學者，紐約洲立大學的Xiaohua Li學者提出了根據STBC，V-BLAST 等空時處理方案的協作式MIMO傳輸技術[3]，以在監測 環境中存在多徑衰落情況下有效地節省能耗。
2.1.2 網絡路由的節能技術
路由技術的研究主要關注于根據傳感器網絡分布式操作、節點數目眾多以及數據冗余等特點設計具有節省能量的路由技術。無線傳感器網絡的路由技術按其網絡結構和工作方式可以分為平面式的(Flat routing)，例如洪泛(Flooding)算法;層狀式的(Hierarchical routing)，典型的算法有LEACH，PEGASIS，TEEN等。
2.1.3 MAC的節能技術
MAC接入技術是無線傳感器網絡可靠安全通信的保證。無線傳感器網絡MAC協議設計與傳統網絡MAC協議設計有很大不同，目前已有大量的研究關注于無線傳感器網絡MAC協議設計。典型無線傳感器網絡的節能MAC協議設計有：S-MAC協議、DSMAC、DMAC協議、CSMAC協議等。
2.2 針對數據處理的節能技術
關于此方面的研究工作主要集中于降低處理器的能量消耗，如動態電壓縮放技術，這項技術的出發點是在大多數無線傳感器節點上，計算負載是隨時間變化的，因此并不需要微處理器在任何時刻都保持峰值性能。針對數據處理的節能技術都可以有效節省數據處理帶來的能耗，但由于無線傳感器網絡中，能耗的主要部分來源于無線通信，所以其總的節能效果不是很明顯。
3 無線傳感網的節能策略
降低計算能耗主要有以下兩類方法：一是通過在操作系統中使用能量感知方式 管理系統能源的能量管理技術;二是采用低功耗控制器、處理器，降低硬件功耗。降低感知能耗通常有兩類技術可以采用：一是需要硬件技術的革新;二是在服務質量允許的條件下通過降低數據采集質量來節省能耗，通信能耗在整個無線傳感器網絡能耗中占統治地位，因此有關如何降低通信能耗的研究是最多的。目前降低無線傳感器網絡通信能耗的方法所使用的策略主要有：減小單跳通信距離;降低數據通信量;減少通信沖突;降低旁聽;天線相關技術。
4 結束語
無線傳感器網絡的首要設計目標已經變成了延長網絡系統的生命周期。優化能量消耗對無線傳感器網絡十分重要。隨著科學技術的發展，新能源技術的不斷探索，可以預見，在未來能源供給問題將不再是制約無線傳感器網絡發展的難題，無線傳感器網絡將進入人類生活的方方面面，發揮其巨大的應用價值。
參考文獻：
[1]孫利民，李建中，陳渝，朱紅松.無線傳感器網絡[M].北京:清華大學出版社，2005，1.
[2]GoXiaohua L.Space-time coded multi-transmission among distributed transmitters without perfect synchronization.IEEE Signal Processing Letters，2004，11(12):948~951.
[3]Shuguang C，Madan R.Joint R
outing，MAC，and Link Layer Optimization in Sensor Networks with Energy Constraints.In: Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC)，Sourh Korea，2005.IEEE Press.725~729.
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