无线传感器网络低功耗技术研究

姚刚　胡博

【摘要】 无线传感器网络（简称WSN）是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。本文介绍了无线传感器网络低功耗技术的发展历程，并对技术分支进行分析。

【關键词】 无线传感器网络 低功耗 节能 技术分支

一、引言

在现有的无线传感器网络中节点设计方案中，节点都是使用电池供电，因此其能源是受限制的。并且由于无线传感器网络的应用领域中，网络大多工作在人迹罕至的区域或者高风险的恶劣环境中，更换电源几乎是不可能的事，这就要求网络在工作时功耗要小，以延长网络和节点的寿命，尽最大可能地节省电能的消耗。

二、无线传感器网络低功耗专利的研究趋势分析

2.1节能方法申请量分析

对无线传感器网络进行节能的方法多种多样，可以从多个角度来对能耗进行优化。其中对路由算法的改进，对MAC协议的改进，以及数据传输的改进，是使用比较多的方法。对路由算法的改进，主要是通过对分簇网络结构进行优化，将分簇网络与IPv6网络结合，对簇内节点路由路径进行优化等。对MAC层协议的改进，主要是对S-MAC层协议的改进。而对硬件的改进，也是业界用来对能耗进行优化的主要方法。由于无线传感器网络的方方面面都会影响到能耗，所以可有多种细化的方法来实现节能优化。

2.2对MAC层协议的改进方法的发展历程分析

1、对MAC协议的改进最初是由叶伟提出，它最早由参考文献“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，浙江大学提出了一种低负荷无线传感器网络MAC层监听休眠方法，通过全网节点使用同步睡眠唤醒机制、短前导包、伪前导域机制和二段信道载波监听，使得节点的空闲时间减少，睡眠时间大为增加，同时调度表只记载本节点的剩余时间域，从而大大提高了节能率，达到了超低功耗的设计目标。

3、2011年3月7日，杭州电子科技大学提出了一种无线传感网络的相对时间同步的低能耗休眠侦听方法。在新节点建立相对同步表阶段，新节点首先广播请求加入网络包，获取邻居节点的同步信息；然后估算时钟偏移，并对邻居节点的多组同步信息进行线性拟合，估算时钟漂移；最后将邻居节点的休眠周期和估算的时钟偏移、时钟漂移保存在相对同步表中。

4、2012年04月18日，东南大学提出了一种无线传感器网络的突发流量负载传输方法，使用两种不用的调度时间表，发送节点数据发送调度表和接收节点通信询问调度表，完成无线传感器网络突发流量负载应用的数据低功耗快速传输，利用发送节点数据发送调度表，实现无碰撞的通信环境，降低能耗。

三、结束语

无线传感器网络的节能研究最近一直处于热门状态，无线传感器网络节能相关的专利申请量也是逐年递增，对无线传感器网络的节能的方法也是从各个角度着手，未来无线传感器网络的能耗势必越来越低。

参 考 文 献

[1]张大踪，杨涛，魏东梅.“无线传感器网络低功耗设计综述”.传感器与微系统，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.