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0 引言
传感器网络与传统无线网络有显著的区别[1]。无线自组网、蜂窝、蓝牙等无线网络首要设计目标是提供高性能的服务质量，由于移动节点可以不断的获得电能补充，节点的能量考虑放在次要位置。而数目巨大分布范围广的传感器节点不能补充能量，存在严重的能量约束。高效使用节点的能量，延长网络系统的生存期成为传感器网络的首要设计目标。本文对无线传感器网络的主要节能策略进行分析说明。 
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1 低功耗设计和硬件结构设计
超低功耗的设计是一个综合硬件威廉希尔官方网站 和软件威廉希尔官方网站 为一体的威廉希尔官方网站 ,在单片机和射频模块组成的无线传感器节点中, 降低功耗能够大大的节约电能,而且还可以简化电源部分的设计。 1) 降低功耗从MCU选型开始，一开始选型的时候就应该考虑选择低功耗的MCU。 2) 射频模块选用待机电流小、收发电流稳定的芯片。 3) 电源选用较低的输出电压,且本身消耗功率较小。 4) 降低工作频率可以有效降低电流消耗。 5) 系统工作电压,降低对系统的功耗也有较明显的影响,因此在保证系统可靠工作时可以选用较低工作电压。 6) 尽量使用中断让处理器进入更深的睡眠，众所周知睡眠模式和掉电模式能够大大的降低MCU的工作电流。 7) 动态能量管理（DPM）[2]，DPM 的工作原理是，当节点周围没有感兴趣的事件发生时，部分模块处于空闲状态，把这些组件关掉或调到更低能耗的状态（即休眠状态），这种事件驱动能量管理对于提高传感器节点的生存期非常重要。 8) 动态电压调节（DVS）[2]，DVS的工作原理是，当计算负载较低时，通过降低微处理器的工作电压和频率从而降低处理能力，可以节约微处理器的能耗。 9) 降低收发模块的启动时间。 |
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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中。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, 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。 无线传感网络的节能效率关键在于它运行的软件。虽然电路设计可以节能，软件控制和应用程序同样能够减少能量消耗。 2.1 操作系统 嵌入式操作系统通过在没有兴趣查询的时候关闭节点或者降低节点能耗能够减少系统能量消耗。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中。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, 系统生存时间可得到明显的延长。 2.2 应用程序接口（API）[3] API是一个抽象的概念，它将复杂的实现部分封装起来。因此，无线传感网络的API是用户管理如此庞大网络的关键部分。用户不希望被内部的网络结构所困扰。通过定义上层的对象，函数接口和相关的语义，API使得应用开发变得相对容易。 API包括函数借口，抽象对象和详细的语义。这些部分一起定义了应用开发者使用这个系统的方法。函数接口本身被分成如下几种： 1) 搜集状态的函数（节点、网络、两节点之间的连接等）。 2) 设置状态的函数（节点、簇、协议等）。 3) 允许节点和基站之间数据传输的函数。 4) 在基站处获取用户所需信息的函数。 5) 用户用于定义自己的模式的函数（能量，时延等）。 考虑能量消耗的计算和通信是获得较长网络生存时间的关键。API的功能不仅在于它能使用户能够建立节能的系统并且能够促使这种方法。在一个高质量的网络API中函数具有清晰的能量、质量、时延和操作点注释，我们可以要求一个特定的函数满足一定的要求（时间、能量、质量限制等等）。另外，API具有基本的能量模型允许用户检测各部分的能耗情况。另外，设计良好的无线传感网络的API应该可以使系统工作在最优化状态，来节省能量。 |
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3 无线通信
3.1 调制方式选择[4] 通常在16进制QAM调制时每比特能耗最小，但在传感器网络中，使用这么高调制等级的无线收发器会大大增加制造成本，因此一般最高选用4进制QAM调制。当传输数据减少时，可以降低调制等级，降低传输速度来降低能耗。 3.2 使用多跳短距离无线通信 无线通信能耗与通信距离n的关系为E=kdn，其中23.3 减少通信流量 减少通信流量可以直接减少通信模块发送和接收的比特数，从而可以降低通信模块的能耗。减少通信流量的方法有以下几种： 1) 减少控制包的开销和包头长度。 2) 增加休眠时间。 3) 减少冲突。 4) 增加错误检测和校正机制。 5) 在保证一定通信质量的前提下尽量降低信号发射功率。 |
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