无线体域网节能策略综述_卢先领

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无线体域网技术与节能方案

题。基于此，笔者建议采用转变节点的分簇路
由算法。该算法主要是通过分簇路由结构的全
网统一ＴＤＭＡ时隙调度算法，并在簇头节点上建立一颗 “ 路由树”，从而平衡能量负载。
４结束语
随着我国无线技术不断发展，无线体域
器形成的网络，实现不同传感器资源共享：而
网络天地・ＮｅｔｗｏｒｋＷｏｒｌｄ
无线体域网技术与节能方案
文／刘泽宇
军事中。无线体域网技术能够对士兵康复训练在无线传感器网络研究中，体域网是当今发展的一大趋势，无论是在远程医疗还是健康监护等领域，都有着非常广阔的市场前景。无线体域网的应用，能够有效缓解看病贵、看病难的问题，对医学的发展有着至关重要的意义。本文主要以无线体域网技术分析作为出发点，进而探讨其节能方案，希望给我国医学领域带来一定帮助。
３．４．２社会能力
能够分担数据传输任务，提高节点的利用率，进而降低固有节点的消耗量，进而降低第一个节点的消耗速度，起到提高网络试用期的目的。
研究还处于初级阶段，当下国际上还没有对体域网下达明确的定义。现如今，独立的无线体域网节点数量非常少，例如在病房看护中，通过多个ＢＡＮ共同采用一个节点能够极大的提高资源利用率，同时也能够有效降低成本，方便管理。独立无线体域网技术不需要再次组网向远程终端传输总数据。目前体域网技术的研

无线传感器网络节能策略的研究

一、本文概述

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是一种由大量低成本、低功耗、微型化的传感器节点以无线通信方式形成的自组织网络。这些节点能够感知、采集和处理网络覆盖区域内各种环境或监测对象的信息，并通过无线通信方式将信息传输到网络的控制中心。由于其独特的网络结构和广泛的应用前景，无线传感器网络在环境监测、智能交通、智能家居、军事侦察等领域得到了广泛关注。

然而，无线传感器网络节点能量有限，且能量补充困难，因此节能策略成为了无线传感器网络研究中的关键问题之一。如何在保证网络性能的前提下，通过合理的节能策略延长网络的生命周期，是无线传感器网络研究领域的重要挑战。

本文旨在研究无线传感器网络的节能策略，通过对现有节能策略的分析和总结，提出一种有效的节能方案，以延长网络的生命周期。本文首先介绍了无线传感器网络的基本概念、网络结构和特点，然后详细分析了无线传感器网络节能策略的研究现状和挑战。接着，本文提出了一种基于节点能耗均衡和通信优化的节能策略，并通过仿真实验验证了该策略的有效性。本文总结了研究成果，并对未来的研究方向进行了展望。

通过本文的研究，我们希望能够为无线传感器网络的节能策略设计提供理论支持和实践指导，推动无线传感器网络在实际应用中的发展。

二、无线传感器网络节能策略分类

无线传感器网络（WSN）的节能策略在提升网络效率、延长网络寿命和保证数据质量方面发挥着至关重要的作用。这些策略可以根据其操作层面和实施方式的不同，大致分为以下几类：

无线传感器网络的节能策略研究

【摘要】无线传感器网络是由部署于一定监控区域内的大量微型传感器节点构成，以无线通信方式进行数据传输的一种多跳自组织网络系统，其在工业控制、抢险救灾、环境监测、目标跟踪等众多领域应用前景广阔。然而传统传感器节点能源存在着有限性，一旦电池能耗完则其节点便失去相应作用。为此，需要采取相应的节能策略，以确保无线传感器网络运行的稳定性与综合效益。

【关键字】无线传感器网络节能

一、无线传感器网络及其节点构成的基本认知

无线传感器网络是由大量传感器节点构成，在其网络系统中，采取人工或飞行器埋设方式，按照实际需求将传感器节点布置于监测区域内，采取自组织形式进行节点网络构建。

节点在无线传感器网络系统中承担着信息采集与传输任务，同时承担着路由角色，节点作业所采取的数据信息则通过多条路由传输给汇聚节点。

汇聚节点属于无线传感器网络特殊节点，其具备较强的信号发射能力，能够通过移动网络通信、Internet 或卫星等，将监测区域范围内数据远程传输给管理中心，实现数据收集与处理任务。传感器节点属于无线传感器网络的基础部分，其节点以电池为能源，一旦电池消耗殆尽，则节点无法进行信息采集工作。为确保网络传感器节点运行长期稳定，则需要采取节能策略以提高节点工作寿命。典型传感器节点主要包括四个部分，分别为感知子系统、处理子系统、通信子系统及功能单元系统。

传感器节点在工作中其耗能存在着一定差异性，如通信子系统较之处理子系统能耗更多，通信子系统进行一个比特数据的传输则相当于处理子系统完成数千个指令处理所消耗能量。

无线传感器网络节能策略关键技术研究

随着无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）的广泛应用和快速发展，其能耗问题日益突出。为了延长传感器网络的寿命并满足长期监测需求，研究人员致力于开发有效的节能策略和关键技术。本文将探讨无线传感器网络节能策略的几个关键技术，包括数据聚合、能量平衡、自适应睡眠和能量收集等。

首先，数据聚合是一项关键技术，可以将传感器节点收集到的大量冗余数据进行合并和压缩，从而减少能量消耗和信道带宽的利用。数据聚合可以通过设计高效的聚合算法，将相邻节点收集到的相似数据进行合并，从而减少数据传输的次数和距离。此外，还可以利用数据预处理和压缩技术，减少传输数据量和无谓的通信开销。通过数据聚合技术，可以有效降低能量消耗，延长网络寿命。

其次，能量平衡是另一个关键技术，旨在解决传感器节点能量消耗不均衡的问题。在传感器网络中，由于节点之间的位置和环境条件的不同，节点的能量消耗情况可能会出现差异。一些节点可能运行时间较短而快速耗尽能量，而另一些节点可能以较慢的速度耗尽能量。为了解决能量不平衡问题，可以采用节点选择策略，选择节点作为数据聚合和传输的中心节点，同一区域的节点将能量平衡分布。

第三，自适应睡眠是一种有效的节能策略。传感器节点在无感知和无需采样数据的时候可以进入睡眠模式，以减少能量消耗。自适应睡眠策略可以根据数据的采样需求和节点能量消耗情况，智能地调整节点的睡眠周期和唤醒机制。同时，还可

以利用分簇和层级结构，将节点划分为不同的层次，灵活控制节点的工作和睡眠状态，从而平衡能量消耗和网络性能。

无线体域网中能量高效且可靠的自适应路由协议_卢先领

第 35 卷第 6 期 2013 年 6 月
电子与信息学报 Journal of Electronics & Information Technology
Vol.35No.6 Jun. 2013
无线体域网中能量高效且可靠的自适应路由协议
卢先领
① ② *①②
彭能明
①②
徐保国
无锡
②
(江南大学轻工过程先进控制国家教育部重点实验室 (江南大学物联网工程学院
1
引言
作为无线传感器网络 (Wireless Sensor Networks, WSNs)在应用领域的一个重要分支，无线体域网(Wireless Body Area Networks, WBANs) 因其便携、可移动的特点日益受到医疗、军事、娱与传统的以数据乐、消费电子等领域的广泛关注[1]。为中心的 WSNs 相比，WBANs 以人体为中心的特点使得其对能耗的要求更为苛刻：(1)高度的应用相 WBANs 中的各类传感器节点(约 10~20 个) 关性[2]，都是根据特定需求部署在人体的特定位置(如体内、体表或人体附近)，对单个节点的数据处理能力和能耗要求更高；(2)能量严重受限，对于 WBANs 中的传感器节点(无论体内还是体外)很难替换和充电，使得每个节点必须利用有限的能量来最大限度地延
从而有 M = êë(N - 1)/(k - 1)úû ，其中 êëX úû 表示对 X 下取整。为了确保节点在每一轮数据传输中都能选取不同的缓存分区，文中综合考虑了节点的 ID 号 i 和数据传输轮次 r ，在保证节点对数据无重复接收的同时，也有效降低了数据的传输时延。假定节点 Si 在第 r 轮数据传输中选择第 G 个缓存分区，则 G 为 ì L , L = (r + i mod M - 1) mod M ¹ 0 ï ï (2) G =í ï M , L = (r + i mod M - 1) mod M = 0 ï ï î Nabi 等人[4]通过实验证明，当 k ³ 3 时，网络的能耗和平均时延等服务质量均能得到极大的改善。因此，文中取 k =4 ，同时令网络中的节点总数 N =10 ，则由式(1)可求得 M = 3 。为方便计算各个节点的外部链路质量，这里约定： I it 为节点 Si 在第 t 轮数据传输中与其邻居节点所建立的内部链路的集合； Oit 为节点 Si 在第 t 轮数据传输中与其邻居节点所建立的外部链路的集合； IOit 则为节点 Si 在第 t 轮数据传输中与那些既能成功接收其数据包信息又能成功向其发送数据包信息的节点所建立的通信链路的集合，故有 IOit = I it Oit 。在每一轮数据传输中，节点 Si 都必须将其前一轮的内部链路集 I it -1 捎带在其广播数据包中，且各节点链路质量的好坏由 IOit 来界定。

2011年江南大学大学生创新训练计划项目

附件4：

2011年江南大学大学生创新训练计划项目名单

序号项目名称

项目

负责人

项目组成员指导教师所在学院

1 纤维质原料高效酶解产糖新方法的探索顾琴琴陈飞宇、郝婷婷、华健、吴婷孙付保生物工程学院

2 分泌型酯键水解酶与细胞膜的“粘附”机制及其高效分泌表达葛雯霁花爱桢、许辰华、杨冬美、叶鹏吴丹、陈晟生物工程学院

3 纤维质原料高效水解的新型预处理方法洪嘉鹏陈桠楠、仇钰莹、冉光耀、周墨吟孙付保生物工程学院

4 代谢工程改造树干毕赤酵母生产琥珀酸及发酵优化金杨董金凤、潘丽杭、王芳、王萧玉竹刘立明生物工程学院

5 ATP对产甘油假丝酵母甘油过量合成调控机理的研究刘晓筱李凡、李田、王雨倩、朱美玲诸葛斌生物工程学院

6 白腐真菌在促进秸秆糖化过程中的作用及其机理研究马德丽王孝林、席艳茹、杨兴龙、朱丹丹廖祥儒、蔡宇杰生物工程学院

7 氮源调控光滑球拟酵母合成丙酮酸生理机制解析研究张传亮郎越、林小宝、沈孝森、王鸿江刘立明生物工程学院

8 磁性纳米金的可控制备和功能化修饰潘玉婷曹一翔、陈萨萨、刘月、夏骏杨严俊食品学院

9 废弃稻壳灰为硅源制备介孔二氧化硅程叶停曹漪、陈星星、窦银伟、李雯雯李晓瑄食品学院

10 零/低反式脂肪酸复配油脂相容性及结晶性质研究徐扬何品、胡敏航、刘丹、张昌云宋志华食品学院

11 谷物发酵饮料的研究周晓婷郭双玉、秦欢欢、邵钰、陶雨芳张晖食品学院

12 方便面风味包的感官评定袁玲环春燕、李博宇、李静、陆永平钟芳食品学院

13 机械活化花生壳结构表征和活性研究陈钰莹陈彤、李千、刘沂霖、张淼李永富食品学院

14 松针提取物抑制食品加工过程丙烯酰胺形成的效果研究于洋陈天悦、冯丹丹、胡艳芳、张家宁赵伟食品学院

无线体域网节能策略综述

卢先领，彭能明，陆胜男，徐保国
（江南大学ａ．物联网工程学院；ｂ．轻工过程先进控制教育部重点实验室，江苏无锡２１４１２２）摘要：作为无线传感器网络的一个重要分支，无线体域网因其便携、可移动的特点受到各个领域的广泛关注。
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ３６９５．２０１３．０２．００２
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Ｓｕｒｖｅｙｏｆｅｎｅｒｇｙ — ｅｉｃｆｉｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｂｏｄｙａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ
ｉｎｖａｒｉｏｕｓｉｆｅｌｄｓｆｏｒｉｔｓｐｏｔｒａｂｌｅａｎｄｍｏｂｉｌｅｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈａｔｔｈｅｎｏｄｅｓａｒｅｄｉｉｃｆｕｌｔｔｏｒｅｃｈａｒｇｅｏｒｒｅｐｌａｃｅｍａｋｅｓｔｈｅ
然而，节点难以得到充电或替换使得能耗问题日益凸显。针对节点能量受限问题，在简要介绍无线体域网结构和特点的基础上，结合已有的研究，分别从物理层、ＭＡＣ层和网络层等方面分析并总结了已有的节能策略。最后，根据应用需求，提出了几点研究设想。关键词：无线体域网；能量受限；生命周期；节能策略中图分类号：ＴＰ９２９．５文献标志码：Ａ文章编号：１００１ — ３６９５（２０１３）０２ — ０３２５ — ０５

无线通信网络节能技术研究

摘要：随着科学技术的快速发展，现在我国正处于移动互联网的时代，在过

去的10年代无线互联网得到了井喷式的发展，截止到2017年，我国手机上网用

户已经超过了11亿，而且这一数字还在持续不断的增长。当今，智能手机、多

媒体服务的普及速度日益加快，未来的我们可以期待着一个更加繁荣的社会，然而，这种繁荣背后的同时，伴随着的却是一个严峻的环境挑战：如何有效地利用

资源，降低能源消耗，构建一个可持续的、低碳的未来。

关键词：无线通信；网络；节能技术

引言

随着全球化的加快，我国的能源供应日益紧张，以至于无法支撑其日益增加

的经济社会活动。过去的粗放型的国民经济增长模式，使得大量的自然被过量使用，从而导致大规模的自然消耗，并对周边的自然产生巨大的危害，因此，如何

有效地减少自然的过量使用，以及如何有效地保护和改善生态系统，都是当前面

临的重大挑战。由于全球范围内的能源需求日趋旺盛，使得中国公司的运营成本

持续攀升，严重损害了其经济利润。我国联通的数据表明，每年的电费支出占到

其职位薪酬的1/3，使得其承担的维修和更新负担更高，从而导致客户的服务质

量和使用体验受到严重的影响。因此，在确保企业可持续发展、获得最大化经济

收益的同时，开发出可持续的、低碳的、环境友好的绿色通讯技术，正在变得越

来越受到关注。

1概述

要想实现无线网络的节能技术，必须对节能方面的相关知识进行充足的分析，无线通讯节能也就是根据实际的应用情况，针对不在一处的网缘集合处于活跃状

态情况下，运营商可以利用关闭或者减少发射率来达到节能的目的。针对无线通

无线体域网研究进展综述

ＡｂｓｔｒａｃｔＡｓａｂｒａｎｃｈｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｗｉｒｅｌｅｓｓｂｏｄｙａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋｈａｓａｌｏｔｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｃｈａｌ — ｌｅｎｇｅｓｉｎｉｔｓｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｆｒｏｍｔｈｅｄｅｍａｎｄａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓＬＡＮ，ｂｒｉｅｌｙｆｉｎｔｒｏ — ｄｕｃｅｓｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｂｏｄｙａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ，ｆｏｃｕｓｅｓｏｎ３ｋｅｙｉｓｓｕｅｓｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｂｏｄｙａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋｒｅｓｅａｒｃｈ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇ

应用于无线传感器网络的节能策略

ＫｙＷｏｄ：ＷＳｅｒｓＮ，ｅｅｎ嘟
ｃｎｅａｏｃｅｓｏｓ￣＇ｎｓｈｍｅ，ｉｆ
ｄｔｙｌ，ａａｄｉｅ，ｂｌｙｕｙｃｃｅｄｔｒｎｍｏｉｔｖｉ
般来说，传感器节点各个组成部分耗能情况如下：
通信子系统比处理子系统消耗能量多。传输一个比特
和ＧＲＦ协议；ｅａ而有些拓扑控制协议是不需要坐标
信息的，Ｓａ协议和ＡＣＮ如ｐｎＳＥＴ协议。坐标信息可
以通过ＧＳＰ设备得到。ＧＳ比较昂贵并且能耗较但Ｐ
大，在实际应用中一般不会大量使用。所以，不需要
坐标信息的协议在实际应用中节能效果较好。
２１拓扑控制策略．
（）基于要求的睡醒协议的基本思想是一个节１点只有在需要通信时才保持活动，其余时间保持睡眠。主要问题是怎么通知一个睡眠的节点其他节点需要与它通信。在这点上，通常使用唤醒无线电来解
决问题。用低速率低能量的无线电当作唤醒无线电，
典型传感器节点包括四个部分：感知子系统、处理子系统、通信子系统、供能单元和附加部分（比如，坐标定位
系统）。
一
ｅｒｙｃｎｅｖｔｎｉＷＳ胂ｇｏｓｒａｉｎＯＮ，ｔｅ‘ ｐｏｓｎｈ＂ｒｍｉｇｉ

基于生存期优化的无线体域网中继选择研究

GUAN Zhangjun;GU Xiaoling

【摘要】无线体域网应用的关键问题之一是在每个时隙内选择合适的传感器节点传输来最大化网络生存期.为此,针对带有中继转发的无线体域网,在能量受限的情况下分析决定网络生存期的因素.从主节点和整个网络的角度分别给出网络生存期的2种定义,并以信道状态信息和节点剩余能量为考核指标,提出4种中继选择策略.仿真结果表明,第2种网络生存期的定义充分利用了网络中传感器节点的能量资源,而选择两跳信道增益之和最大的传输策略则可以使网络生存期达到全局最优.

【期刊名称】《计算机工程》

【年(卷),期】2018(044)012

【总页数】5页(P145-149)

【关键词】无线体域网;中继选择;网络生存期;信道状态信息;剩余能量

【作者】GUAN Zhangjun;GU Xiaoling

【作者单位】;

【正文语种】中文

【中图分类】TN925

0 概述

随着无线通信技术和现代医疗健康的快速发展,近年来在医疗健康领域涌现出一项新兴技术——无线体域网(Wireless Body Area Network,WBAN)。在相关研究中,

文献[1-2]关注了无线体域网的服务质量(Quality of Service,QoS)、能效以及网络鲁棒性,文献[3-4]研究了采用协作方式的无线体域网传输机制,文献[5]提出了优化无线体域网能效的调度策略。无线体域网属于无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN),其基本结构由一个中心节点和若干传感器节点组成。传感器节点对人体生理信号进行采样、处理,然后将其发送到中心节点,并由中心节点转发到远程的数据中心或医疗机构。基于无线体域网的电子健康应用能够以实时、低成本、便捷的方式解决健康问题,缓解公共医疗系统的压力,使得医疗资源能合理分配[6]。但是,无线体域网的实际应用也存在着诸多问题,例如:无线体域网是能量受限网络,其中传感器节点由电池供电,对于植入人体的节点,更换电池是不方便的。2012年2月,IEEE 802.15.6工作组发布了无线体域网标准[7],涵盖了无线体域网的各个方面,包括物理层、媒体接入控制层和安全模式等,制定了人体内和人体附近的无线短距离通信标准[8]。近年来,无线体域网已成为无线通信特别是无线传感器领域的研究热点之一,相关研究成果不断涌现。

RFID和WSN融合网中的能耗优化

何涛;周凯;徐鹤;刘畅

【摘要】为了提高融合网络的生存时长,提出一种节点轮换休眠策略和分簇路由协议相结合的优化方法.通过分析节点轮换休眠算法发现基于退避时间休眠策略所得到的休眠节点集与无退避时间的休眠策略最终所得到的休眠节点集之间存在差集,这里称为盲休眠节点.节点轮换休眠策略中的盲休眠节点作为分簇路由协议中簇首选择的调节函数的一个影响因子,根据邻居节点中盲休眠节点的数量影响被选为簇首的概率.在节点轮换休眠策略中对休眠的判断条件进行了范围优化,使判定条件更全面精确,可有效降低采集信息的冗余度.将基于节点覆盖策略和分簇路由协议的累加算法与基于节点覆盖策略和路由协议的融合算法分别在相同条件下进行实验仿真,结果表明在基于节点覆盖策略和路由协议的融合算法下融合网络的生存时长得到有效的提升,能耗均衡系数得以降低.%In order to improve the survival time of the fusion network,an optimization method with combination of node rotation sleep strategy and clustering routing protocol is proposed. By analysis of the node rotation sleep algorithm,it is found that the difference set have existed between the dormant node set based on the backoff time sleep strategy and that based on sleep strategy with no backoff time, which is called blind sleep node. The blind sleep node in the node rotation strategy as an influence factor of the adjustment function affects the probablity of being selected as the cluster head according to the number of blind sleep nodes in the neighbor node. In the node rotation sleep strategy,the judgment condition of hibernation is optimized,which makes it more accurate and can reduce the redundancy of the col-lected

无线体域网背景下的能耗有效控制的路由算法探析

摘要：由于在无线体域网当中，各个传感器之间会有不同的节点，不同节点的

能量都有限制，所以优化无线体域网络势在必行，在优化无线体域网络时，首先

要对体域网的的路由进行优化，在优化过程当中降低网络使用的能耗是整个过程

的关键，在体域网路由算法当中，能耗问题一直是人们最重视的问题，本文通过

提出了一种基于功率控制的算法（Power Control － AODV，PC－ AODV）来对能耗进行有效的控制。在此算法当中，将采用独立的节点传输链路，将能耗问题看做

节点，随后对拟合节点的发射功率进行套就，对于节点所剩余的能量以及在运输

路径当中条数的函数，将这两者进行建模研究，从而进行仿真结果的总结，最后

与AODV的算法进行对比，最终证明在PC-AODV当中能够有效降低能耗，从而使

网络的使用期变长。

关键词：无线体域网；能耗控制；路由算法

前言

随着我国社会的不断发展，在当今无线体域网技术越来越成熟的情况下，无

线体域网的应用在医疗以及体育方面都有十分广泛的前景。在无线体域网当中，

具有自主配置等优秀特点，在无线体域网的节点当中由于大多数采用的都是电池

进行供电，所以节点的能量有限，除此以外WBAN的链路是属于无线信道，再加

上人体的活动以及运动是未知的无法预测的，因此，加入节点功率作为控制因素

对WNAN进行研究是十分有必要的。本篇文章是在原有的无线体域网的AODV算

法上，以延长体域网的使用时间为主要目的，从而设计了一种通过功率从控制的

能够有效降低能源消耗的算法：PC-AODV。运用此算法的路由可以根据WBAN的

相关主题

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收稿日期：2012-07-05；修回日期：2012-08-24基金项目：国家自然科学基金资助项目（30971689）；中央高校基本科研业务费专项资金

资助项目（JUSRP21129）

作者简介：卢先领（1972-），男，浙江临海人，副教授，硕导，博士，主要研究方向为无线传感器网络、体域网（jnluxl@gmail．com ）；彭能明（1987-），男，湖北荆门人，硕士研究生，主要研究方向为无线体域网节能策略；陆胜男（1990-），女，江苏靖江人，硕士研究生，主要研究方向为功率控制；徐保国（1951-），男，江苏淮阴人，教授，博导，主要研究方向为过程控制、智能仪表及现场总线．

无线体域网节能策略综述

卢先领a ，b ，彭能明a ，b ，陆胜男a ，徐保国

（江南大学a．物联网工程学院；b．轻工过程先进控制教育部重点实验室，江苏无锡214122）

摘

要：作为无线传感器网络的一个重要分支，无线体域网因其便携、可移动的特点受到各个领域的广泛关注。

然而，节点难以得到充电或替换使得能耗问题日益凸显。针对节点能量受限问题，在简要介绍无线体域网结构和特点的基础上，结合已有的研究，分别从物理层、MAC 层和网络层等方面分析并总结了已有的节能策略。最后，

根据应用需求，提出了几点研究设想。关键词：无线体域网；能量受限；生命周期；节能策略中图分类号：TP929．5

文献标志码：A

文章编号：1001-3695（2013）02-0325-05

doi ：10．3969/j．issn．1001-3695．2013．02．002

Survey of energy-efficient strategy for wireless body area network

LU Xian-ling a ，b ，PENG Neng-ming a ，b

，LU Sheng-nan a ，XU Bao-guo a

（a．School of Internet of Things Engineering ，b．Key Laboratory of Advanced Process Control for Light Industry of Ministry of Education ，Jiang-nan University ，Wuxi Jiangsu 214122，China ）

Abstract ：As an important branch of the wireless sensor networks ，wireless body area network has aroused extensive attention

in various fields for its portable and mobile features．However ，that the nodes are difficult to recharge or replace makes the energy issues become increasingly important．To solve this problem ，this paper briefly introduced the architecture and features of wireless body area network．Next ，combining with the existing researches ，it analyzed and summarized some energy-efficient strategies from physical level ，media access control level and network level ，respectively．Finally ，taking account of applica-tion requirements ，it put forward several future research directions．

Key words ：wireless body area network （WBAN ）；energy constrained ；lifetime ；power-saving strategies

0引言

无线体域网（WBAN ）又称体域传感网（body area sensor net-

works ，BASN ）［1］，是一种以人体为中心，由和人体相关的网络元素等组成的通信网络，能够通过置于人体周围或人体内部的各种传感器节点对人体的一些重要生理参数（如体温、血压、心率、血氧浓度等）或人体周围的一些环境参数（如温度、湿度、光照强度等）进行感知和采集，继而通过无线的方式发送到人体附近的基站（base station ，

BS ）或移动单元（mobile unit ，MU ），最后通过Internet 上传到终端服务器进行分析和处理，如图1所示。WBAN 涉及多类学科的高度交叉和多种知识的高度融合，综合了传感器、微机电系统（micro-electro-mechanism system ，MEMS ）、嵌入式计算、数据融合（data fusion ，DF ）、现代网络以及无线通信、分布式信息处理等技术，目前已被广泛应用于军事、娱乐、消费电子、智能家居、公共服务，尤其是医疗保健等领域

［2］

。

与传统的以数据为中心无线传感器网络（wireless sensor network ，WSN ）相比，WBAN 有着如下特点：a ）网络规模小。研究表明，人体体表或体内大约可以部署10 20个各类传感器节点

［3］

，因此它不可能像WSN 那样，向目标区域随机部署大

量的传感器节点，

让它们以协作的方式完成对某一参数的采集任务，这样就增加了对单个节点数据处理能力和能耗的要求。b ）能量高度受限。对于植入体内的传感器节点很难替换和充电，即便是对可穿戴式的传感节点进行替换也是对人体有侵害性的，而且影响人体的舒适度

［1］

，这就要求每个传感器节点利

用有限的能量最大限度地延长自身的生命周期。c ）信号传输的衰减快，由于人体组织结构的特异性和阴影效应，信号传输过程中会造成极大的路径损耗

［4，5］

，这也就意味着WBAN 中通

信所需要的能量要比同等规模的其他网络多得多。d ）网络的异构性。WBAN 中的每个节点因其功用不同而被部署在人体的特定位置，每个节点都以不同的频率和数据速率完成对不同目标参数的采集和发送，因此对单个节点的能耗要求更高。

e ）无线链路的时变性［6，7］

。WBAN 是以人体为中心的网络，人

体姿势的轻微变化（尤其是人体四肢的活动）都会影响整个网络的拓扑结构，由此带来的通信中断而产生的数据重传以及网络拓扑的重构都会消耗大量的额外能量。

WBAN 的上述独特要求和制约因素为体域网的应用与研究提出了新的技术问题，如何高效利用体域网中节点的有限能量来延长整个网络的生命周期成为WBAN 的首要设计目标。已有的研究综述分别就体域网的数据融合、情景感知、系统技

第30卷第2期2013年2月计算机应用研究

Application Research of Computers Vol．30No．2Feb．2013