富士通无线传感网络节能技术

无线传感网络节能技术展示
 

　　无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是集信息感知、采集、处理、传输于一体的综合智能无线信息系统，可用于生态环保、医疗健康、智能交通、仓储物流、智能家居等诸多领域。无线传感网的节点一般由电池供电，对节点能耗有更加苛刻的要求，通过采用各种节能技术，在满足应用的条件下，最大化网络的生命期是需要优先考虑的问题。
 

　　富士通公司对ECMA368、IEEE 802.15.4、SMAC协议进行了全面评估，比较它们在星型、树型、网格型拓扑结构下，在不同节点数、不同占空比、不同包间隔下的吞吐量、功率、能量消耗等性能指标。使节能式无线传感器网络由希望变为现实，适用于军事、空间与海洋探索、建筑、工业安全、交通控制、智能家居及农业科学等领域。

 

　　富士通无线传感网中节能技术具有两个技术特点： 

 

　　一是基于时效性约束WSN生命期最大化跨层优化设计。该设计体现为两个优化课题：优化设计每条路径上各个节点的发射功率，使路径上的总体能量消耗最小化；设计优化的路径分配比例因子，使得整个网络的能量消耗最小化。每个节点按照优化的路径比例分配因子进行数据包传输的路径选择，每条路径上的节点按照最优的发射功率进行调整，实现网络能量消耗的平衡，达到网络生命期最大化。

 

　　二是基于IEEE 802.15.4协议的传感器节点占空比独立自适应调节方法。通过延长传感器节点休眠时间可以最有效的减少节点功率消耗，但是会带来通信时延的增加。通过采用网络协调器独立地根据从各节点收到的数据帧发送队列信息对各节点占空比和信标间隔进行自适应调节，使得网络的功率消耗和通信时延这对相互矛盾的性能指标能够在不同的网络负载条件下取得良好的平衡。

 

　　富士通基于数据包时效性约束下无线传感网络生命周期最大化的跨层优化设计方法，即在网络的路由更新时间内，节点收集其附近的无线信道环境信息，并通过无线多跳的形式传送给Sink节点。Sink节点根据路由表在该路径上各跳重传次数之和小于给定重传限制的条件下，使每条路径上传输数据所消耗的能量最小化。根据能量有效性原则，Sink节点计算每条路经的最佳比例分配因子，即节点对路由表中的路径，按照路径比例分配因子进行数据包传输的路径选择，平衡网络能量消耗，最大化网络生命周期。