无线传感器网络节能技术综述

节能 相 关 技 术
来的能量节省与通信的能量开销之 间的权衡 。
针 对 数 据｝ 翰 的 节 齄技 术 奄
节艟 Ｍ￣ 术 Ａ技
这 些 技 术 都 可 以 有 效 节 省 数 据 处 理 带 来 的 能 耗 ， 但 由于 无 线 传 感 器 网 络 中， 能 耗 的 主 要 部 分 在 于 无 线 传 输 ，
而 ＩｔＩｘ ５ 微 处 理 器 在 ４ ０ ｚ 作 模 式 下 每 执 行 一 ｎｅＰ Ａ２ ５ ０ ＭＨ 工
为了有效 节省 能量 延长 网络生 命期 就有 以下 的考虑 ：首 先， 为了节省能量， 无线 传感器网络算法及协议设计应该 尽可能简单， 以最少 的能耗 完成任 务。由于传统网络协议 及算法设计大都没有考虑能量 受限 的问题 ，因此不适合直 接应用 。其次 ，由于能量问题影响到 了网络协议栈各 个层 次 ，为了有效节 能必须根据跨层设计的思想，将 网络 作为 个整体来设计其节能方案 。
现有无线传感器网络节点主要由微处理器、电 源、
传 感器 、Ｉ 接 口、射 频模 块等 部分 组成 。在 实 际运行 ／ Ｏ
过 程 中 ， 能 耗 主 要 来 源 于 处 理 （ ｃ ｓ ｉｇ） 、 传 感 Ｐ 。 ｅ ｓｎ
集技术 日益得到重视。 由于无线传感器 网络节 点数量非常 庞大，且通常采用电池提供能量， 因此，能量 管理 和节能 已成为无线传感器网络的重要的支撑技 术之一。
无 线传感器 网络 节能技术综述
［ 波】 常春
＿ Ｉ 圜 介 绍文分 了线感 网能 的要，在 数 据传 输 方 面分 段线传 输 ’点 ＿ 章 析 无传 器络耗 主 来 ，合 内现为无 究态重 源结 国外 阶研动 、路 由 了数 据 处 理 和数 据 传 输 方面 的 节 能技 术
一 层和Ｍ Ｃ Ａ 层三个层次介绍，最后指 出了多个协议层联合优化的发展方向。
３２ 针对数据传输的节能技术 ．
由 于 数 据 传 输 是 能 耗 的 主 要 部 分 ， 关 注 于 这 方 面 的
节能设计工作很多。另外， 由于能耗涉及到 了网络通信的
各 个协 议 层 ， 现 有 研 究 工 作 既 有 关 注 于 无 线 传 输 的 节 能 技
究实验室的Ｔｅ ｏ ｅｉｇ 等 学者 就提 出了动态 电压缩放 ｒｖ ｒＰ ｒ … ｎ 技术（ ｎ ｍｉＶ ｌ ｇ Ｓ ａｉｇＤ ） 这项 技术的 出发点 Ｄｙ ａ ｃ ｏｔ ｅ ｃ ｌ ，ＶＳ ， ａ ｎ 是在 大 多数 无线传 感器 结点 上，计 算 负载是 随时 间变化
为 多 个 子 算 法 ， 然 后 让 不 同 的节 点 来 执 行 不 同 的子 算 法 ， 然 后 ， 将 结 果 进 行 汇 总 并 处 理 得 到 总 的结 果 。这 样 的话 ，
可以使每个节点的执行负载 比较均衡， 因此每个节点都可
针 对数 据 娃 理 的节 能 技 术
以有利用 Ｄ ＶＳ 等方法的空 间来节省能耗 。当然，这是以 增加节点 间的通信 开销 为代价 的，因此，需要寻求分解 带
状 态 ： 发送 、 接 收 、空 闲 以及 睡 眠 ， 这 四种 状 态 下 的能 耗
２ 无线传感器 网络 能耗分析
依 高 低。 由 到
无线传感器网络节能技术综述
３ 无线传感器 网络节能技术相关研究
由于现有 无线传 感器 网络 的传感器 主要 以低能耗 和 中等能耗 为主，相对 于节 点处理和无线传输的能耗较低，
美 冠 懑 触 黻 粒 镧 豁 、
疆 。
常春 波 １ ７ 年生，太原科技大学信息工程学院工作，讲师，主要研 究方向为无线传感器 ９９ 网络 节能技术、同步技 术及无线传感器 网络的应用
１ 引言
随着传 感技术 ，微机 电 （ ＭＥＭｓ）技 术 ，无线 网络
技 术 的 飞 速 发 展 ， 无 线 传 感 器 网络 作 为一 项 新 兴 的 信 息 采
一
条指令 需要１ １ Ｊ ・ｎ 的能量 。传 感的能量 消耗主要包 括前端 处理，Ａ Ｄ转换等操 作，其能量 消耗 根据传感器 的种类不 ， 同而有所不 同，低能耗传感器 包括 ：温度’光强，加速度 传感器等； 中等能耗传感器 包括 ：声学’磁场传感器等； 高能耗传感器包括：图像，视频传感器等。 无线 传输 能耗 主要来源 于 无线模 块在收 发数据 及空 闲侦听 时的能耗 ，在运 行过程中，无线模块可能处于 四种
的 ， 因 此 并 不 需 要微 处理 器 在 任 何 时 刻 都 保 持 峰 值 性 能 。 可 以通 过 动 态 改 变微 处 理 器 的 工作 电压 和 频 率 ， 使 其 刚 好 满 足 当 时的 运 行 需 求 ， 从 而 在 性 能 和 能耗 之 间取 得 平 衡 。
因此，其总的节能效果并不如考虑节省数据传输能耗的相 图１节能技术分类
关技 术 有效 。
３１针对数据处理的节能技术 ．
这方 面的研 究工作 主要 关注于 节省处 理器 的能量 消
耗，如早在 １ ９ ８年 美 国Ｃａｉ ｒｉ大学 的Ｂ ｒｅｅ 电子 研 ９ ｌ ｎａ ｆ ｏ ｅｋ ｌ ｙ
因此 ， 现 有 的节 能 技 术 主 要 包 括 针 对 数 据处 理 与 数 据 传 输 的节 能 技 术 两 个 方面 ，如 图 １ 示 。 所
算法设计 。 Ｃ． ．Ｃｈａ ｓ ｎ 等 学者 则 提 出了 针对 无线 传感 Ｆ ｉｓ ｅ ｉ ｒ 器 网络 的分布式 数字 处理器 （ ｓｒ ｕｅ ｇｔｌ ｇ ａ Ｄｉｔｉ ｔ ｄ Ｄｉｉ ｎ ｌ ｂ ａ Ｓｉ Ｐ ｏ ｅ ｓ ￣Ｄ ＳＰ 的概念，其基本思想是将一个算法分解 ｒｃ ｓ ｏ Ｄ ）
跟传统 网络相 比，由于 无线传 感器 网络 能量 受限 ，
（ ｅ ｓｎ Ｓ ｎ ｉｇ）和 无线 传 输 （ ｄ。）三 个操 作 。处 理的 Ｒａ ｉ 能 量消耗 主要 是 由于微 处理 器执 行指令 的能 量消耗 ’如 Ａ Ｍｅ ａ ２ Ｌ 处理器每执 行一条指令 需要４ Ｊ Ｔ ｇ １８微 ｎ 的能量，