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能量采集无线传感器网络（EH-WSNs）MAC协议：研究 Selahattin Kosunalp 内容摘要 在无线传感器网络(网络)领域中，能量采集(EH)技术越来越流行：通过消除需要替换的负担即充电能源耗尽的蓄电设备。能量采集（EH）能从周围环境中提供一个替代的能源；因此，通过利用能量采集（EH）过程，无线传感器网络（WSNs）可以实现一个永恒的生命。针对这个，设计的重点是放在新媒体访问控制(MAC)协议：鉴于能量收获率大于消耗，旨在通过使用最大可能的收获能量而不是拯救任何残余能量最大化网络的生命周期。各种MAC协议的目标提出了利用环境能量的能量采集网络(EH-WSNs)。在本文中,首先,概述EH-WSN架构的基本属性。然后,几个MAC协议提出了EH-WSNs,描述他们的工作原理和基本特性。给一个洞察未来的研究方向，在本文末尾将讨论一个开放的有关于设计权衡的研究问题。 关键词: 能量收获、环境能源、太阳能、介质访问控制。 一、介绍 无线传感器网络(网络)通常由一组资源受限的传感器节点和容量有限的能源组成，每一个节点都有感应,计算和无线通信的功能为了执行一个共同的任务[1]。无线传感器网络（WSNs）在过去的二十年里,一直是一个重要的研究主题也是一个范围广泛的应用程序,包括环境、工业、军事和医疗应用程序。无线传感器网络（WSNs）的固有特性是他们随机部署在难以接近的地区，在这些地区补充(充电或更换)节点的能量来源常常是不切实际的。当能源耗尽传感器节点失去操作（停止工作）。因此,重点已经被广泛放在基于能源的有效利用最大化网络的生命周期。 寻找延长无线传感器网络生命周期的过程中,设计节能的介质访问控制(MAC)协议作为一个中心研究课题出现了,MAC协议通过在共享介质中高效和智能的分配信道容量控制广播的操作。众所周知,通信在传感器网络中比计算更耗能,这使得发展节能MAC协议至关重要。大量的MAC协议提出了在传统能量受限的无线传感器网络中提供高信道利用率、低延迟、低能耗[2],[3]。虽然这些MAC方案延长了无线传感器网络的生命周期,但无可避免的电池损耗最终将导致一个网络失去永恒的操作。 最近的能量收获(EH)技术的进步导致了新类型的传感器节点的设计出炉(见图1),它能从周围环境中提取能量[4]。EH的主要来源包括太阳能、风能、声音、振动、热、电磁功率。对于电力传感器节点这样被用于积累能量的能源存储设备，提取环境能量的概念是将收获能源从现有环境资源转化为电力。 能量采集（EH）传感器节点有可能通过连续能量采集使电池的寿命永远不朽。这改变了EH-WSNs MAC协议的基本设计准则。然而,可采集的环境能量的数量是随着时间变化的，严重依赖环境条件[5]。新EH-WSN MAC协议的主要目的是提高网络的性能与可用能量的收获率[6]。 因为环境能量可用性的不确定性，为了协调EH-WSN节点的传输，合适的的MAC协议被要求仔细检查残余能量的水平。实现一个成功的传播，应该采集一定数量的能源以传输一个数据包。另一方面，任何相关的能源存储设备只有有限的能力，所以有潜在的过剩收获能源的浪费。因此,主要原则是实现能源使用和存储之间一个有效的平衡。这样,只要EH-WSN节点的能量水平超过最小值，如图2所示，他们可以永远有效。 本文对有关EH-WSNs最近提议 MAC协议提供了一个详细的调查。设计新的EH-WSNs MAC协议将在未来获得极大的关注，因为关键的好处是可以节点永动。有关这一主题的背景信息在第二部分提出，包括EH组件，设计问题和电源管理。第三部分介绍了EH-WSNs MAC协议的细节，突出他们的主要机制。我们讨论开放问题和研究人员潜在的研究方向在第四节。最后，第五部分是结论。 二、EH-WSNs背景 发挥无线传感器网络能量采集技术的潜力与从环境中提取能量的能力在[6]-[8]中已经介绍了。在本节中,我们详细提供EH-WSNs的背景资料。 1、EH-WSNs环境能量的主要来源 可以从环境中获得的各种潜在的能源，可供EH-WSNs使用。在[8]和[9]可以找到研究环境能源的详细信息。本节只介绍对EH-WSNs最有前途的能源。 太阳能可能是最有希望的能源,它是使用光伏电池将太阳能转化电能的转换。太阳能能量转换是一种已经建立于商业上的技术，提供高功率输出且适用于大规模的应用。然而，太阳能的可用性是一个重要的约束，强烈取决于环境条件,特别是阳光的强度。 风能采集-气流的能量转化为电能-传统上用于范围广泛的高功率应用，如大型风力涡轮发电机(WTGs)。典型的物理大小WT