一种新型节能无线传感节点的设计与组网.pdfVIP

文章编号：1674-7070(2011)05-0391-07 一 种新型节能无线传感节点的设计与组网 孙行行 卢伟 钱宇宁 严如强 摘要 0 引言 设计 了一种节能无线传感节点．该 设计在智能节点的平台上 ，完成一个小 随着系统微型化 以及传感器技术、无线通信技术和片上信号处 型无线传感网络的搭建，实现 “节点级节 理技术的发展，廉价、低功耗的智能无线传感器的制造 已经成为现 能”和 “网络级节能”，从2个方面同时节 约能耗，达到较好的节能 目标．节点节能 实，并在发展 中不断得到优化．无线传感网络 (wirelesssensornet— 是通过传感节点的射频功率 自适应来实 works)是一种分布式的测量系统，它由大量地理上分散的测量单元组 现的，节点可 以自动选取最小必要发射 成．每一个测量单元都是一个低功耗的设备，其上集成了传感、数据 功率，在保证可靠通信的基础上 实现发 射功率最小；而网络节能则是通过估计 处理和无线通信等模块．这些测量单元从周围环境中感知相应参数， 星型 网络和 分簇 网络 2种 结构下 网络通 经过本地处理，发送给对应的数据收集点或者基站，进行进一步的数 信的耗能 ，然 后选取 耗 能较 小 的结构形 据汇集和处理 ． 式来实现的．通过仿真和实验测试 ，证 明 这种节点和 由这些节点构成的网络能够 无线传感技术在环境监测中得到了广泛的应用，包括工业生产、 顺利实现节点发射功率 自适应和组网结 农业生产以及 自然环境的监测等，因为无线传感网络具有 自组织、微 构 自适应 ，达到了较好 的节能效果． 型化和感知环境的特点，并且可以在恶劣环境下进行长时间的数据 关键词 无线传感器 网络 ；节能；发射功率 自 收集．近些年来，无线传感网技术在现实生活中的应用越来越广泛， 适应 ；组 网方式 自适应 并且呈现出迅猛增长的趋势．然而，当网络越来越大，需要监测的周 期越来越长，这项技术的发展遇到了瓶颈——能量消耗，尽管电池可 中图分类号 TP393 文献标志码 A 以通过太阳能或者其他的手段充电，但它仍然限制了无线传感网技 术的发展 。。 ． 传感器网络的节点设置具有随机性_l，只能确定网络的总体尺 寸，在测量区域 内，节点分布是随机的，因此无法确定某一个节点距 离基站或者数据收集点的距离．无线通信功率与通信距离具有 以下 关系式 ： P = ( R‘)d“． (1) 式中，PT(T--transmission，发射)表示发射功率， 。(amp--amplifier， 放大器)是功率放大器为满足最小误码率的一个增益因子，R表示数 收稿 日期 20104)8—27 据发送速率，d表示节点与通信 目的地之间的距离，Od与通信环境有 资助项 目 教育部新世纪优秀人才支持计划项 目(NCET4)9-0297) 关 ，通常取 2～5．在之前 的研究设计 中，总是优先考虑通信 的可靠性 ， 作者简介 因此在设定节点的通信发射功率时，以与数据收集点的最远距离进 孙行行，男，硕士生，研究方向为无线传感 器 网络及其应用．hanghangsun@gmm1．com 行计算，即所有的节点发射功率均为 严如强 (通信作者)，男，教授 ，博士生导