• 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能耗問題研究

解決方案：

• 適當降低網(wǎng)絡(luò)或節(jié)點的性能來控制節(jié)點能量消耗
• 基于安全模板的數(shù)據(jù)融合

基于電池供電的傳感器網(wǎng)絡(luò)通常運行在火山地帶、戰(zhàn)區(qū)等人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環(huán)境之中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電源更換或再充電等工作通常無法進行。廣泛分布 于被測環(huán)境的傳感器節(jié)點既要負責收集敏感數(shù)據(jù)，又要完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚傻裙δ?；而且，攻擊者還可能會利用侵占節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)中注入大量的虛假數(shù)據(jù)包，致使節(jié)點 在傳輸這些數(shù)據(jù)包時耗盡能量而失去效用。因此，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電源的無法替換性使能量消耗問題相對于傳感器網(wǎng)絡(luò)的其他關(guān)鍵技術(shù)而言尤為重要；在不影響性能的前提 下，設(shè)計有效的能量消耗控制策略成為傳感器網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)計中的核心問題。

1 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成及其能量分析

典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通常由分布的傳感器節(jié)點、接收發(fā)送器、互聯(lián)網(wǎng)和用戶界面等構(gòu)成。其中，傳感器節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)中的獨立工作實體，其基本的功能子系統(tǒng)包括供電子系統(tǒng)、傳感子系統(tǒng)、計算子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)等，如圖1所示。

1.1 供電子系統(tǒng)

供電子系統(tǒng)由電池和ACDC轉(zhuǎn)換器等模塊構(gòu)成，其主要任務(wù)是為其他各個子系統(tǒng)供給能源。

電池作為節(jié)點最主要的能量來源，其性能與容量至關(guān)重要。雖然增加電池容量可以延長供電子系統(tǒng)的能量供給時間，但采用有效的再充電技術(shù)或是太陽能等再生性能 源則更利于保證供電子系統(tǒng)的能量來源，為其他子系統(tǒng)實現(xiàn)持續(xù)性的能量供應(yīng)。一種新的基于i?Bean無線技術(shù)和“能量獲得”技術(shù)、靠感應(yīng)振蕩能量轉(zhuǎn)換器工 作的i?Bean無線發(fā)射機[3]，在沒有電池供電的情況下，能由在50～100 mg力作用下的28～30 Hz振蕩產(chǎn)生1.2～3.6 mV的電壓，并允許在30 m距離上以115 kbps速率發(fā)送數(shù)據(jù)，為克服遠程無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的電池工作時間短等問題提供了一種有效的解決途徑。

1.2 傳感子系統(tǒng)

傳感子系統(tǒng)由一組傳感器和ADC控制器等構(gòu)成，主要任務(wù)是負責采樣/收集被測控對象的敏感信息，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信息。

理想情況下，傳感子系統(tǒng)自動檢測周期性和非周期性兩類事件時[4]，其能量消耗總量可簡單概括為單次采樣消耗的能量與采樣次數(shù)的乘積。因此，要控制該子系 統(tǒng)的能量消耗必須從以下兩個方面進行：一是控制單次數(shù)據(jù)采樣所消耗的能量，二是控制采樣頻率。前者可通過采用低功耗器件，從元器件本身有效控制單次數(shù)據(jù)采 樣的能量消耗。對于后者而言，由于傳感器網(wǎng)絡(luò)眾多分布節(jié)點中往往是成組節(jié)點去監(jiān)測相同的對象或敏感數(shù)據(jù)，有選擇性地減少單個節(jié)點的采樣頻率并不會對被測數(shù) 據(jù)有效性和完整性造成破壞，只要依據(jù)應(yīng)用需求合理設(shè)置節(jié)點采樣任務(wù)的激活原則，就能在保證數(shù)據(jù)準確性的前提下，較好地控制該子系統(tǒng)的能量消耗。