無線傳感器網絡低功耗技術研究

姚剛　胡博

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

【關鍵詞】 無線傳感器網絡 低功耗 節能 技術分支

一、引言

在現有的無線傳感器網絡中節點設計方案中，節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絡的應用領域中，網絡大多工作在人跡罕至的區域或者高風險的惡劣環境中，更換電源幾乎是不可能的事，這就要求網絡在工作時功耗要小，以延長網絡和節點的壽命，盡最大可能地節省電能的消耗。

二、無線傳感器網絡低功耗專利的研究趨勢分析

2.1節能方法申請量分析

對無線傳感器網絡進行節能的方法多種多樣，可以從多個角度來對能耗進行優化。其中對路由算法的改進，對MAC協議的改進，以及數據傳輸的改進，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絡結構進行優化，將分簇網絡與IPv6網絡結合，對簇內節點路由路徑進行優化等。對MAC層協議的改進，主要是對S-MAC層協議的改進。而對硬件的改進，也是業界用來對能耗進行優化的主要方法。由于無線傳感器網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節能優化。

2.2對MAC層協議的改進方法的發展歷程分析

1、對MAC協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絡MAC層監聽休眠方法，通過全網節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聽，使得節點的空閑時間減少，睡眠時間大為增加，同時調度表只記載本節點的剩余時間域，從而大大提高了節能率，達到了超低功耗的設計目標。

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絡的相對時間同步的低能耗休眠偵聽方法。在新節點建立相對同步表階段，新節點首先廣播請求加入網絡包，獲取鄰居節點的同步信息；然后估算時鐘偏移，并對鄰居節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絡的突發流量負載傳輸方法，使用兩種不用的調度時間表，發送節點數據發送調度表和接收節點通信詢問調度表，完成無線傳感器網絡突發流量負載應用的數據低功耗快速傳輸，利用發送節點數據發送調度表，實現無碰撞的通信環境，降低能耗。

三、結束語

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

參 考 文 獻

[1]張大蹤，楊濤，魏東梅.“無線傳感器網絡低功耗設計綜述”.傳感器與微系統，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.