2017無線傳感網(wǎng)技術(shù)論文

　　無線傳感器網(wǎng)由播撒在監(jiān)測區(qū)域大量密集分布的傳感器節(jié)點(diǎn)組成。傳感器節(jié)點(diǎn)之間具有相互協(xié)作性。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的2017無線傳感網(wǎng)技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!

　　2017無線傳感網(wǎng)技術(shù)論文篇一

　　無線傳感網(wǎng)節(jié)能技術(shù)研究

　　摘要：能量問題是無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)的核心問題，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用前景的 發(fā)展，如何最大限度的延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期已經(jīng)成為目前研究的 熱點(diǎn)。本文通過對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗分析，介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)及節(jié)能策略的發(fā)展與特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng) 節(jié)能技術(shù) 節(jié)能策略 能量消耗

　　0 引言

　　隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor networks，WSN)現(xiàn)已成為國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域，它綜合了傳感器、“嵌入式計(jì)算”、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、無線通信及分布式信息處理等技術(shù)。WSN是一種全新的信息獲取平臺(tái)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)目標(biāo)檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　1 無線傳感網(wǎng)能耗分析

　　現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)如下：

　　對于硬件設(shè)計(jì)，通常不僅要求傳感器節(jié)點(diǎn)的價(jià)格低廉，還希望傳感器節(jié)點(diǎn)的 工作時(shí)間要盡可能的延長的同時(shí)能擔(dān)任中斷節(jié)點(diǎn)和路由器節(jié)點(diǎn)的雙重功能。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，處理(Processing)、傳感(Sensing)和無線傳輸(Radio)三個(gè)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(zhí)行指令的能耗，處理器睡眠狀態(tài)與運(yùn)行狀態(tài)時(shí)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(zhuǎn)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(qiáng)、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(fā)展，傳感器和處理器模塊的功耗越來越低，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)絕大部分能量消耗在了無線通信模塊。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，無線模塊一般處于四種狀態(tài)：發(fā)送、接收、空閑以及睡眠，這四種狀態(tài)下的能耗是不一樣的。圖2為Deborah Estrin在Mobicom 2002會(huì)議上的特邀 報(bào)告(Wireless Sensor Networks，Part IV：Sensor Network Protocols)中所述傳感器節(jié)點(diǎn)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(fā)數(shù)據(jù)及空閑偵聽時(shí)的能耗[1]。無線模塊處于空閑狀態(tài)的能耗接近于接收狀態(tài)的能耗，而其睡眠狀態(tài)的能耗則顯著低于其他狀態(tài)。所以為了有效節(jié)省能量，應(yīng)該盡可能使無線模塊處于睡眠狀態(tài)。圖2傳感器節(jié)點(diǎn)各模塊功耗對比。

　　2 無線傳感網(wǎng)的節(jié)能技術(shù)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的首要挑戰(zhàn)就是如何高效節(jié)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(wǎng)絡(luò)的生命周期研究中占主導(dǎo)地位;二是平衡節(jié)點(diǎn)間的能量消耗，主要是通過均衡節(jié)點(diǎn)間的流量負(fù)載來實(shí)現(xiàn)，但這項(xiàng)策略處于從屬地位。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗的主要來源，現(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)主要包括對數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理兩個(gè)方面。

　　2.1 針對數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)能技術(shù)

　　2.1.1 無線傳輸技術(shù)的節(jié)能技術(shù)

　　節(jié)點(diǎn)能耗主要來源于無線傳輸，考慮節(jié)省無線傳輸時(shí)的能耗通常能獲得很好的節(jié)能效果。但由于無線傳輸技術(shù)的研究所涉及的內(nèi)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(xué)的B.Prabhakar，El Gamal等學(xué)者以及南加州大學(xué)的YangY學(xué)者從自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)的角度出發(fā)[2]，研究了節(jié)能無線傳輸?shù)膯栴}。美國斯坦福大學(xué)的Andrea J.Goldsmith 等學(xué)者，紐約洲立大學(xué)的Xiaohua Li學(xué)者提出了根據(jù)STBC，V-BLAST 等空時(shí)處理方案的協(xié)作式MIMO傳輸技術(shù)[3]，以在監(jiān)測 環(huán)境中存在多徑衰落情況下有效地節(jié)省能耗。

　　2.1.2 網(wǎng)絡(luò)路由的節(jié)能技術(shù)

　　路由技術(shù)的研究主要關(guān)注于根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式操作、節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多以及數(shù)據(jù)冗余等特點(diǎn)設(shè)計(jì)具有節(jié)省能量的路由技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)按其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(jié)能技術(shù)

　　MAC接入技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠安全通信的保證。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)有很大不同，目前已有大量的研究關(guān)注于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)。典型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能MAC協(xié)議設(shè)計(jì)有：S-MAC協(xié)議、DSMAC、DMAC協(xié)議、CSMAC協(xié)議等。

　　2.2 針對數(shù)據(jù)處理的節(jié)能技術(shù)

　　關(guān)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(dòng)態(tài)電壓縮放技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是在大多數(shù)無線傳感器節(jié)點(diǎn)上，計(jì)算負(fù)載是隨時(shí)間變化的，因此并不需要微處理器在任何時(shí)刻都保持峰值性能。針對數(shù)據(jù)處理的節(jié)能技術(shù)都可以有效節(jié)省數(shù)據(jù)處理帶來的能耗，但由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，能耗的主要部分來源于無線通信，所以其總的節(jié)能效果不是很明顯。

　　3 無線傳感網(wǎng)的節(jié)能策略

　　降低計(jì)算能耗主要有以下兩類方法：一是通過在操作系統(tǒng)中使用能量感知方式 管理系統(tǒng)能源的能量管理技術(shù);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(shù)可以采用：一是需要硬件技術(shù)的革新;二是在服務(wù)質(zhì)量允許的條件下通過降低數(shù)據(jù)采集質(zhì)量來節(jié)省能耗，通信能耗在整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗中占統(tǒng)治地位，因此有關(guān)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(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)通信量;減少通信沖突;降低旁聽;天線相關(guān)技術(shù)。

　　4 結(jié)束語

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)已經(jīng)變成了延長網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的生命周期。優(yōu)化能量消耗對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)十分重要。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新能源技術(shù)的不斷探索，可以預(yù)見，在未來能源供給問題將不再是制約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的難題，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)入人類生活的方方面面，發(fā)揮其巨大的應(yīng)用價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]孫利民，李建中，陳渝，朱紅松.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京:清華大學(xué)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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