无线传感网络的低耗能设计
无线传感器网络的节能措施
传感器网络的节能➢单个节点的节能优化在分析了无线传感器节点的组成和能耗特点之后，让我们看看在单个节点上可以采取哪些措施来节约能耗。
1 节能计算除了在节点设计中采用低功耗硬件之外，通过动态电源管理（Dynamic Power Management, DPM）等技术使系统各个部分都运行在节能模式下也可以节约大量的能量。
最常用的电源管理策略是关闭空闲模块，在这种状态下，无线传感器节点或其一部分将被关闭或者处于低功耗状态，直到有感兴趣的事件发生。
DPM技术的核心问题是状态调度策略，因为不同的状态有不同的功耗特征，而且状态切换也有能量和时间开销。
在活跃状态下，则可以采取动态电压调整(Dynamic Voltage Scaling, DVS)技术来节约能量。
在大多数无线传感器节点上，计算负载是随时间变化的，因此并不需要微处理器所有时刻都保持峰值性能。
DVS技术就是利用了这一点，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。
2) 节能软件如果操作系统、应用层和网络协议等系统软件针对能耗进行了专门的优化，那么无线传感器网络的生存时间也能得到有效的延长。
在操作系统中进行动态电源管理和动态电压调整是最合适的，因为操作系统可以获取所有应用程序的性能需求并能直接控制底层硬件资源，从而在性能和能耗控制之间进行必要的折衷。
操作系统的核心是任务调度器，负责调度给定的任务集合使其满足各自的时间和性能需求，通过在任务调度中考虑节能问题可，系统生存时间可得到明显的延长。
鉴于传输中不可避免的数据丢失，无线传感器网络应能根据当时的网络环境提供不同精度的数据，从而获得一定的弹性。
另一方面，监测对象的属性是随时间变化的，从而导致网络中的计算和通信需求也随之改变。
这样，我们就可以在实时调度算法中进行某种程度的预测，对能耗进行主动式的管理。
另外，应用层可以设计成将主要的计算任务及早执行，然后在算法正常结束前提前中止，这样就能在对数据精度影响不大的情况下节约能耗。
设计无线传感网络的物联网降低能耗的方法
设计无线传感网络的物联网降低能耗的方法一、引言设计无线传感网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是物联网（Internet of Things，简称IoT）体系下的重要应用领域之一。
WSN通过节点之间的无线通信，通过对物理环境的感知和数据采集，形成可以监测和控制实体环境的有效工具。
然而，WSN 在实际应用中，会面临着能耗问题。
如何降低WSN的能耗成为了研究的热点问题之一。
本文将介绍几种物联网下的降低WSN能耗的方法。
二、方法一：数据冗余、压缩和聚合在WSN中，数据采集和传输是耗能最大的部分。
因此，提高数据利用效率是降低能耗的重要途径。
数据冗余、压缩和聚合是三种可以提高数据利用效率的方式。
其中，数据冗余通过多次采集同样的数据，可以减少数据传输次数，从而降低能耗。
压缩和聚合是通过对多次采集到的数据进行处理，减少需要传输的数据量，以达到降低能耗的目的。
三、方法二：动态睡眠WSN中各个节点通常都是通过电池供电的，因此降低能耗的一个重要手段是减少节点的运行时间。
动态睡眠是一种常用的节能策略。
动态睡眠通过识别节点是否需要工作，从而决定节点进入睡眠状态或更新任务。
在实际应用中，动态睡眠可以将节点的活动时间延长数倍，大大减少了节点的能耗。
四、方法三：能量平衡和充电技术WSN节点会面对电池快速耗尽的问题，特别是在无法取得充电的环境中。
因此，能量平衡和充电技术的研究成为了研究的热点。
在WSN中，能量分配不均衡是一个主要的原因。
因此，所谓的“平衡性算法”就是在节点之间实现能量均衡的方法，通过优化算法从而让节点充分利用末端能源。
同时，使用太阳能电池等外部充电源也是常用的充电技术。
五、总结WSN的能耗问题是物联网下的一个热点问题。
在研究物联网下的WSN能耗问题时，我们可以从数据冗余、压缩和聚合、动态睡眠、能量平衡和充电技术等方面入手，取得良好的节能效果。
同时，如何将这种节能方法进一步推广和应用，对于物联网下WSN的推广应用也是至关重要的。
无线传感网络中的能耗优化方法研究
无线传感网络中的能耗优化方法研究随着科技的不断发展，无线传感技术应用越来越广泛。
不论是家庭自动化、物联网、环境监测还是工业自动化等领域，都需要借助无线传感技术来实现对数据的收集和处理。
无线传感技术的核心在于传感器，而传感器的关键问题在于电量的问题。
因此，在无线传感网络应用中，能耗优化方法的研究就成为了一个重要的研究方向。
一、能耗来源与分析无线传感器网络的能耗主要包括传输能耗、接收能耗和处理能耗三个方面，其中传输能耗是三者中最主要的消耗。
同时，无线传感器网络在传输数据时，需要进行较长时间的无线通讯，这也导致了能耗问题的加剧。
1. 传输能耗在无线传感器网络中，传输能耗是传感节点中最主要的能耗来源。
具体来说，它主要涉及到两个方面，即射频传输和数据压缩。
射频传输主要通过RFID、Bluetooth和Wi-Fi等无线通讯协议来实现。
数据压缩则是指通过无线压缩算法对数据进行压缩处理，同时将压缩后的数据传输给接收节点。
以上两个方面都会显著影响到无线传感器网络的能耗。
2. 接收能耗在无线传感器网络中，接收能耗与传输能耗同等重要。
具体来说，接收能耗主要涉及到数据转换和数据处理两个方面。
数据转换是指将无线信号转化为数字信号，而数据处理则是指对传输进来的数据进行处理。
在数据处理的过程中，传感器节点需要进行数字信号的解码、事件检测、协议处理等一系列步骤，这也会导致能耗的增加。
3. 处理能耗无线传感器网络中的处理能耗主要指传感器节点中的处理器能耗。
处理能耗通常发生在数据处理、数据存储和电源管理等方面。
同时，无线传感器节点在进行区域监测等任务时，还需要搭载一些算法，这也会极大地增加处理能耗。
二、能耗优化方法针对无线传感器网络中的能耗问题，研究者们提出了很多能耗优化方法，下面是一些比较实用的方法：1. 能耗感知机制能耗感知机制是一种实时监测和调整能耗的机制。
该机制需要先对传感器节点的能耗和电量进行监测，然后通过监测数据对传感器节点的能耗进行实时调整。
一种低功耗无线传感器网络节点的设计
调、 通信协议 、 据整 合和数 据转 储 程序都 将在 这个模 块 的支 数 持下完成 ， 处理器 的选择在 节点设 计 中至关重要 。
２ 系统 结 构 设 计
简洁 的内核指令 、 高 的处理 速 度 、 较 大量 的寄存 器 以及片 内数 据存储器使之具 有强大 的处理能 力 ， 丰富的 片内外 没可使 整个 电路 变 得 异 常 简 化 ， 少 了 节 点 的 功 耗 和 体 积 。另 外 ， 减 Ｍ Ｐ ３Ｆ４ Ｓ４０ １９的运行环境温度范 围为 一４ ～ ＋８ ℃， 以适应各 ０ ５ 可 种恶 劣的环境 ， 也非 常适 合于传感器 网络 的应用 。
２２ 数 据 采 集 单 元 ．
节点 的数据 采集 单元 负责监 测 区域 内信息 的采 集 和数 据 转换 。数 据采 集部分可根据 实际需要选定 合适 的传感器 ， 振 如 动、 温度 、 光线 等 。作 为传 感器 网络 节点 系统 的重要 组 成部 分 之一 ， 传感器 的功耗 对系统的功耗 也是有 重要影 响的 。在选 择 传感 器时 ， 要优先选 择有源式传感 器 ， 如压 电式传 感器 ， 者选 或 择耗 电量 小的传感器 ， 尽量避免选 用功耗 大的 ， 如磁 电式 、 电容 式 等传感 器 。
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Байду номын сангаас
控模 ｌｌ 制块ｌ 模信 数蒺 块
供 电模块
图 １ 无线传感器 网络节点 的基本结构
无线传感网络中能量优化方法的使用教程
无线传感网络中能量优化方法的使用教程无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量分布在空间中的传感器节点组成的网络系统。
这些节点通过无线通信进行数据传输，广泛应用于环境监测、智能交通、农业生产等领域。
由于传感器节点的能量有限，能量优化成为提高网络性能和延长节点寿命的关键任务。
本文将介绍无线传感网络中常用的能量优化方法，以帮助用户更好地应用这些方法进行节能。
一、数据压缩与聚合技术数据压缩与聚合技术是最常用的能量优化方法之一。
传感器节点收集的数据往往存在冗余和冗长的信息，通过合理的压缩和聚合处理可以减少数据传输的负载，降低能耗。
1. 压缩技术压缩技术通过去除数据中的冗余信息和利用数据的统计特性来减小数据的体积。
例如，差值编码、哈夫曼编码、熵编码等技术都可以实现数据的压缩。
用户可以根据传感器节点采集的数据类型选择合适的压缩算法，从而减少数据传输的能耗。
2. 聚合技术聚合技术是将多个传感器节点采集到的数据进行合并，然后传输给基站节点。
通过合并相似或重复的数据，可以减少传输的数据量和频率，从而降低能耗。
常用的聚合技术包括最大值聚合、平均值聚合、中位数聚合等。
二、功率控制与调度方法功率控制与调度方法通过调整传感器节点的发射功率和睡眠策略来降低能耗。
这些方法通过合理地设置节点的功率和工作状态，使得节点在满足通信要求的同时，减少能耗。
1. 功率控制功率控制是在传感器节点的通信过程中动态调整节点的发射功率。
节点之间的通信距离越近，传输所需的功率就越小，因此通过减小节点之间的距离可以降低节点的能耗。
同时，根据信号强度的变化，合理调整节点的发射功率可以进一步减少能耗。
2. 睡眠调度睡眠调度是通过调整节点的工作状态来降低能耗。
通常情况下，传感器节点仅在数据采集和传输时才需要活跃，而其他时候可以进入睡眠状态以减少能耗。
合理地设置睡眠策略，将节点的活跃时间和睡眠时间平衡，可以最大程度地节省能量。
基于无线传感网的多功能低功耗数据采集平台设计
０ 引 言
近年 来 ， 随着传感 网技术 的快速 发展 ， 如何 实现
对监 测对 象 的远程 数据采 集 和实 时监控成 为 了一个 研究 和 开发热 点 。无线 数据采 集 和监测 系统在 智能
集平 台 ， 用 Ｚｇ ｅ 通信 标准 来 实 现各 采 集点 和管 利 ｉＢ ｅ
理 终端 的无线 传输 。在该 平 台 的实 现过 程 中 ， 点 重 考 虑节 点 的多功能化 、 功耗 特性 ， 低 以及管 理终 端软 件 对 网络 的管理 和配置 。
１ 系统 结 构
系统 由采 集 网络 和 监 控软 件 组成 ， 系统 结 构 如
。在 上 述 应用 中， 统 的 很多 功能 系
Ｙ ｈ—ｕ ， Ｎ Ｓ ｕｑｎ Ｃ Ｅ ｉ ｅｇ ＷＥ ｉ， Ａ Ｇ Ｚ ａ， ｎ Ｕ Ｚ ｉ ｏ ＷＡ ｈ —ｉ ， Ｈ Ｎ Ｚ — ｎ ， ＩＢｎ ＨＵ Ｎ ｈ ｏ ｕ ｇ ｆ ｊ
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第 ２期
２１ ０ ２年 ４月
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基 于 无 线 传 感 网 的 多 功 能 低 功 耗 数 据 采 集 ＿ 口 ｌ 计 平 台 沮．Ｉ Ｔ Ｚ， ． ，ｌ Ｓ
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无线传感网络中的能耗优化与数据采集
无线传感网络中的能耗优化与数据采集无线传感网络是一种由大量分布在空间中的微小无线传感器节点组成的网络系统。
这些节点能够感知、测量和收集环境中的各种信息，例如温度、湿度、压力等。
然而，由于节点通信和数据采集的需求，无线传感网络往往面临能耗限制的挑战。
因此，如何优化无线传感网络的能耗并高效地进行数据采集是一个重要的研究领域。
能耗优化是无线传感网络设计和管理中的一个关键问题。
由于节点通常都是由电池供电，能耗必须被严格控制以延长网络寿命。
因此，研究者们提出了许多方法来优化能耗，其中包括以下几个方面：首先，通过优化无线传感器节点的通信协议，可以显著减少能耗。
传统的协议通常使用固定功率进行通信，而现代的协议可以根据通信距离动态调整功率。
此外，采用低功耗的睡眠模式来减少节点通信的时间，也是降低能耗的有效方法。
其次，采用数据压缩和聚合技术可以减少无线传感节点的数据传输量，从而降低功耗。
数据压缩技术可以通过消除数据中的冗余信息来减少数据量，而数据聚合技术可以将多个节点的数据合并为一个单一的数据包进行传输，减少通信次数。
另外，能耗优化还可以通过优化路由算法来实现。
传感器节点之间的通信通常是通过多跳方式进行的，而合理的路由选择可以减少通信的距离和功耗。
一些优化算法，如最短路径算法、贪心算法和基于启发式的算法，可以帮助确定最佳的通信路径。
此外，数据采集是无线传感网络中另一个重要的问题。
在大规模无线传感网络中，节点通常分布在广阔的地理区域内，因此数据采集需要有效地协调大量节点之间的数据传送。
以下是一些常用的数据采集方法：首先，时间同步是数据采集中的一个关键问题。
由于节点的时钟可能不同步，数据的时间戳无法准确对齐，导致数据的不一致。
为了解决这个问题，研究者们提出了各种同步协议和算法，如基于GPS的同步、时钟偏差估计和校正算法等。
其次，数据聚集是一种有效的数据采集方法。
它通过将多个节点的数据集中到一个或少数几个节点上，减少了网络的通信负载。
无线传感网络的能量管理方法及续航时间优化
无线传感网络的能量管理方法及续航时间优化在无线传感网络中，能量管理是一个关键问题。
随着无线传感技术的广泛应用，对能源的需求越来越大，传感节点的电池寿命成为限制无线传感网络长期使用的关键因素之一。
因此，研究无线传感网络的能量管理方法及续航时间的优化策略是非常重要的。
一、能量管理方法无线传感网络中的能量管理方法主要包括能量收集、能源节省和能量均衡等方面。
具体的能量管理方法如下:1. 能量收集能量收集是通过一些技术手段，例如太阳能、振动能或温度梯度能等，将环境中的能量转化为电能，从而为传感节点提供能量。
这些能量收集器可以通过无线或有线方式与传感节点连接。
能量收集是一种有效的能量补给方式，在一些环境条件下能够持续提供能量，从而延长传感节点的续航时间。
2. 能源节省能源节省是通过降低传感节点的功率消耗来延长续航时间的一种方法。
具体的能源节省方法有以下几种：- 优化传输功率：通过减少传输功率可以降低能源消耗，例如使用自适应调整传输功率的方法。
- 减少数据传输量：将数据压缩或者聚合，减少数据传输量可以降低能耗。
- 休眠机制：传感节点在非必要的时候进行休眠，降低能耗，当有数据需要传输时再唤醒。
- 任务调度：通过合理的任务调度算法，将高能耗的任务分摊到多个节点上，均匀分配能量消耗。
3. 能量均衡能量均衡是保证网络中各个节点能量消耗平衡的一种方法。
通过均衡能量消耗，可以避免部分节点由于能量耗尽而导致网络断连。
具体的能量均衡方法如下：- 离散算法：通过在网络中引入离散算法，将能量分布在不同的节点上，使得网络中所有节点的能量消耗均匀。
- 路由优化：通过优化路由选择算法，避免传输路径中节点负载过重，从而实现能量均衡。
二、续航时间优化续航时间优化是无线传感网络中非常重要的问题，只有通过有效的续航时间优化策略，才能够实现无线传感网络的长期稳定运行。
具体的续航时间优化策略如下：1. 路由优化路由优化是续航时间优化的关键手段之一。
无线传感器网络低功耗设计综述
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Ｏｖ ｒ ｉｗ ｆｌｗ－ ｏ ｒ ｄ ｓｇ ｎ ｗｉｅｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅｗｏ ｋ ｅ ｖｅ ｏ ｏ ｐ ｗｅ ｅ ｉ ｎ ｉ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｒ ｓ
ZigBee无线传感器网络节点的低功耗设计
１ Ｚｇ ｅ ｉ ｅ技 术 Ｂ
Ｚｇｅ 是 针对小 型设 备 的无 线 联 网 和控 制 而 ｉ ｅ Ｓ 制定 的协议 规范 ， 有 一 套 非 常 完 整 的协 议 层 次 拥 结构 ， ＩＥ ８２ １ ． 由 Ｅ Ｅ０ ．５４和 ｚｇｅ 联 盟 共 同制 订完 ｉ ｅ Ｂ
一
２ 传感器节点的低功 耗设计
Ｚｇ ｅ 无线 传感 器 网络 节点 是 组 成 传 感 器 网 ｉ ｅ Ｓ
络的重要组成部分 ， 传感器节点 由传感器模块 （ 模 拟信 号调 理 模 块 ） 处 理 器 模 块 、 线 通 信模 块 和 、 无 能量供应模块 ４部分组成 （ 如图 ｌ 所示）传 感器 ． 模块负责监测区域 内信息的采集和数据转换 ； 处 理器模块负责控制整个传 感器节点 的操作 ， 存储
摘 要 ： 于 ｚｇ 。 技 术的无线传感 器网络 中由于网络 节点能量有限 ， 基 ｉ ｅ Ｂ 如何最大限度地利 用有限能量是 关键 ．
分析 了无线传感器 网络节点各部分 的能耗情 况， 出了无线传 感 器从 节点硬 件结构和 通信 两方 面来 降低 网络 提 系统能耗 ， 到延 长网络 生命周期 的 目的 ． 达 ຫໍສະໝຸດ 埋 Ｉ Ｏ５ Ｏ
８ Ｍ Ｕ 其工作 电压为 １８ ３６Ｖ 能充分满足 位 Ｃ， ．— ． ， 电池供 电 的要 求 ．
（） ２ 电源选用 较低 的输 出 电压 ， 本身 消 耗功 且
维普资讯
第２ 卷 第３ ２ ０年 ９ ０７ ８ 月期
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＣ ｅｇ ｕＵ ｉｅ ｓ ｔ （ａ ｕ ａ ｃ ｅ ｃ ｄｔ ｏ） ｏｒ ａ ｈ ｎ ｄ ｎ ｖｒ ｉｙＮ ｔｒ ｌ ｉｎ ｅＥ ｉ ｉｎ ｏ Ｓ
成 都大 学 学 报（ 自然 科 学 版）
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一、节点的能量消耗
数据采集模块 传感器 A/D转换器 数据处理模块 微处理器 存储器 无线通信模块
无线收/发器
电源模块
无线传感器节点结构示意图
一、节点的能量消耗
1、节点的能量消耗分为通信消耗、闲置消耗； 通信消耗是指接收和发送数据的能耗； 从通信消耗的角度，节约能耗主要是使节点传 送的数据尽可能少，路径尽可能短，
（2）基于非均匀分簇的路由算法 核心思想是：将传感网络合理分区，在靠近基站的簇 数量较多，簇内结点数较少，而远离基站的簇数量较少， 簇内结点数较多，从而保证承担数据中继转发任务的簇头 节点减少自身簇内通信开销，节约的能量可供簇间数据转 发使用。
ห้องสมุดไป่ตู้3）基于非均匀数据率的无线传感器路由协议 核心思想：结点根据结点与基站的距离调整数据率(单 位时间内结点产生数据的速率，简称数据率)，距离基站 越近数据率越低，以节省能量用于通信，距离基站越远数 据率越高，但外层结点提高数据率的同时内层结点的通信 负荷也会加重，所以同时采用数据压缩算法，以保持内层 通信负荷不变，从而充分利用节点的能量。
无线收/发模块的唤醒
• 对于已经关闭了收/发信机的节点，无法接受到任何无线 信号，怎样在节点有数据收/发的时候，及时唤醒收/发模 块？ • 为解决这一难题，节点通常需要两套收/发信机，由低功 耗的收/发信机侦听信道专门等待信号而唤醒业务收/发信 机，这种信号设计使接受方的信号检测十分简单，能耗很 低。
3、能量均衡设计
• 无线传感网络的网络结构，使得基站附近结点通信负荷过 重成为“热点”，“热点”区域的结点往往最先能量耗尽 而死亡导致网络失效，而此时其余结点仍剩余大量能量， 从而造成能量不均衡，降低网络寿命。 • 为解决这一难题，目前有以下三种解决方案： （1）基于非均匀节点无线传感网络的布置 核心思想：在靠近基站的区域内布置较多的结点，而 远离基站的区域布置较少 的结点，使全网结点基本同时耗 尽能量。
节点休眠后的路由协议之一（GeRaf协议） GeRaf假设每个传感器知道自己
及基地台的位置。当传送数据 前，传感器先广播自己的位置 （及基地台的位置）给它的邻 居。如果有邻居的位置比它还 要靠近基地台，这些邻居将依 事先制定好的规则回应这个传 感器。如果这个传感器成功收 到一个邻居的回应，它便将数 据传给这个邻居。这个邻居再 依同样的方式将数据前传至下 一个距离基地台更近的传感器 。
节点休眠调度技术是指在无线传感器节点的布设密度比 较大的（冗余布设），再不明显降低网络监视质量的情况 下，让一部分节点转入休眠状态并让它们轮替工作，以节 省无线传感器节点及网络的能量消耗，延长网络的工作寿 命。 在调度节点休眠的时候要判断在该节点休眠后，是否 影响网路的覆盖性和连通性，按照一定的协议算法进行有 规律的调度休眠。
数据聚合技术 优化路由算法
一、节点的能量消耗
闲置消耗指自身进行数据采集、处理的能耗； 从闲置消耗的角度，我们可以更新硬件制造工 艺、采用动态电压调整（DVS）技术、动态功率管 理、选择低功耗芯片等。
一、节点的能量消耗 2、各模块功耗之比大致为：
闲置：接收：发送=1:2:2.5
二、几种低耗能技术 1、节点休眠调度技术
2、MAC层休眠调度
• MAC层休眠调度是对于传感器节点的无线收/发信机而言 的，结合具体的MAC层机制也可以使其在不影响正常数据 收/发的情况下进行合理休眠调度，从而节省无线收/发信 机所造成的不必要的能耗。 • 对于传感器节点而言，无线收/发模块消耗的能量相对较 大。所以通过短时间的关闭无线收/发信机的休眠机制是 无线传感网MAC广泛应用的有效节能手段，以避免空闲监 听时节点的不必要能耗。