高速低功耗无线传感器网络数据传输技术设计和分析

高速低功耗无线传感器网络数据传输技术设计和分析

余里程

（深圳供电局有限公司）

摘要：无线传感器网络传输技术能够获取众多信息量和数据，当传输信息量十分丰富的多媒体数据时期，人们就会重点观察它的传输速度，与此同时，其节点能耗和信息传输问题就会彰显出来。本文旨在研究分析无线传感器网络数据传输技术，介绍无线网络传感器技术的降低功耗系统的设计，希望对以后无线传感器的研究人员有借鉴作用。

关键词：无线传感器；低功耗；技术设计

前言：

目前无线传感器网络在科学研究、环境检测、现代工业农业生产等领域具有巨大的需求空间，对于社会的发展与进步具有重要作用。但是，由于各种原因，目前对无线传感器网络的研究还处于起步阶段，发展还比较缓慢，不能满足社会需求，而他所起的作用却越来越大，对现代网络和无线传感技术的进步与发展都至关重要。因此对高速低功耗的无线传感器网络传输技术的要求越来越高，此技术正在发展起步逐渐壮大。

一、无线传感器网络简介

（一）产生和发展

近几年，微机电系统和无线通信得到飞速发展，同时信息网络和数字集成电路也得到很好的发展，成本较低、功耗较低以及多功能的传感器受到人们的普遍使用。这些微型的传感器节点达到了数据感知、处理和运输的作用，节点间相互作用组成了无线传感器网络。第一代的传感网络大约出现在20世纪的70年代，其大多采用了点到点的传输。第二代是能承载更多信息的传感控制器，是线覆盖网络。第三代无线传感技术的出现在90年代传感器更加效率化地获取大量信息数据，是面覆盖化局域网络。无线传感器网络是第四代的传感网络，是当前社会研究开发的热门重点，具有更加强大的信息承载功能，具有多功能的信息获取能力。

（二）无线传感网络特点

无线网络传感是复杂的结构系统，节点的模式占据重要作用，信息传感器模块、接收模块、节点管理，无线通信模块等。无线传感器是功能多样的感知模块，能感知网络区域内的不同复杂信息和信号，收集大量有用的信息，随机散布大量节点，多为微型节点，节点相互协调迅速连接，形成区域覆盖的无线网络。各节点既能自己组织又能相互配合协调发展，具备低功耗低费用，高集成等特点。但是由于受到当前技术水平的限制，节点的开发资源有限，不能实现更大的网络覆盖，这也是一个有待进一步研究的问题。

二、低功耗传感技术设计

传统传感与WMSN存在一些区别，除了要考虑传输速度质量等问题也要注重能耗问题。那么新时代是一个耗能比较大的时代，因此设计研发低耗的传感数据传输具有重要意义。近年来大量人员对MAC协议投入了大量的心血和汗水，致力于无线网络传感研究。已经设计了大量的协议，然而考虑到功率耗能太大，这就需要有新的设计来弥补功耗问题，做到既能效率传输又能降低功耗。

同步MAC机制这些节点在相同的时间点同时唤醒或睡眠所以会有发送需要唤醒等待的问题。在唤醒之前以接受信标帧，能够减少对空闲能量的消耗，是节能设计的主要特点。在进行节点T0节点进行数据发送时，MAC协议会根据节点唤醒时间表接受相应的节点信息，并按照一定的计算方法计算出来。当然，睡眠期间想进行特定的数据传输，又要允许其他非目地节点在数据传输期间睡眠来防止混串。即使这些协议仍然需要一些同步信息，但是相对于此类型的协议所需要的同步信息要求并不高。另外，这些协议在唤醒时间内需要产生和维持同步调度表会产生一定能量消耗和协议复杂性。

对于硬件设计也需要侧重节能，在采取节点处理模块有一种活动模式和低功耗模式，但是不同工作需求不一样如低功耗应用、速度和数据处理要求及外围设备的最小电流消耗等。根据体系模式的需要可以在某些地方采用低功耗方式，在进入低功耗模式后，系统的时钟会停止。通过调整处理器的时间频率和电压大小，另外可以处理器设置为休眠状态，这样会降低处理器的处理能力，以达到节约处理器的能耗的目的，设计中应根据实际需求来设定工作电压及工作频率,以满足实际系统的性能要求。通信模块节能策略需要减少通信流量，增加休眠时间，多跳短距离无线传输通信。

三、低功耗节能设计分析

无线传感技术数据传输是一项重要的信息运送技术，现代社会是一个网络信息化巨大的时代，开发研究具有高效低耗的数据传输设计具有很大的意义，其对于社会的进步，科学的发展都有重要的意义。而且其发展越来越强大，随着时代的进步会不断地完善。然而唯一需要注意的就是其功耗的问题，因为社会的环境问题已经迫在眉睫，所以需要技术开发研究的过程中更加注重节能问题，能耗大不仅对资源造成紧张也会对环境形成危害。对于传感而言，节点的能量约束是最主要的制约，传感节点的功耗的大小跟传感网络周期相关联，同时也直接影响着网络的拓扑结构，尤其是在无法长时间停顿，不能更换传感器电池的应用环境中。因此，设计合理的协议，尽最大程度降低能量消耗，对延长网络的寿命有着重要的研究意义。

（一）针对数据处理的节能技术

技术处理的节能技术，包括硬件结构的节能设计，以及节点内进行数据融合以降低通信能耗等处理技术。其中，硬件节能设计，指的是根据超低功耗系统的能量消耗，在设计超低功耗系统时，要对电源电压、始终频率以及静态功耗进行控制。总的来说，高速低功耗无线传感器网络数据传输技术，旨在能够快速地达到传输数据的目的，与此同时，确保能在此基础上确保节能。

（二）针对数据传输的节能技术应用

所谓针对技术传输的节能技术，指的是在数据传输过程中，主要以节能为主要目的。笔者分析，针对数据传输的节能技术应用，主要集中在数据路层和网络层上。

1.技术链路层技术设计

数据链路层，简单来说就是数据的传输通道。在数据传输过程中，两个传输设备之间的链接是固定的，两个传输设备之间的数据传输是建立在稳定的联络稳定性的前提下的。高速低功耗无线传感器网络数据传输技术的应用中，数据链路层能确保数据传输性能，从而提高稳定性。

2.网络层技术设计

高速低功耗无线传感器的网络层的设计中，主要集中在网络系统寿命、网络系统的稳定性等。一般来说，无线传感器的相关因素有以下几个：节点分布密度、动态拓扑结构、资源受限等。确保网络层的稳定性，方可确保网络传输技术的高速性以及低功耗性。

（三）无线传感技术的科学应用

无线传感技术在科学研究、环境、国防事业、工农业生产上有重要的作用。他的应用前景非常广阔，是能够催动社会变革的一项重大项目。无线传感器网络可以有效的监测温度、湿度、亮度、压力、噪声、物体移动的速度、方向等多种信息含量。可用于温度检测例如火灾报警机制，一些试验的温度检测，甚至可以运用到对于汽车的速度检测。对于环境信息的检测，如气温、湿度、污染程度等。无线传感器网络有着巨大的发展潜力和社会力量，是当前研究的热门和重点，对社会的发展有重要的作用。

五、结语

本文主要分析研究了当前无线传感技术数据传输的现状前景和发展状况，以及对现代社会五项传感技术的介绍分析，和从哪些方面降低了既能高效的传输数据，同时又能降低能耗的分析介绍。把握当前局势，分析了其发展前景和在哪些领域能很好地运用。高速低功耗的无线传感器网络数据传输技术的应用领域，以及他在各领域能起到的作用都相当重要。随着社会时代的发展，无线传感器网络技术会不断进步与跟新，其作用会越来越大，涉及领域也越来越广泛，在今后的生活中会起到意想不到的作用。

参考文献：

[1]崔莉,鞠海玲,苗勇等.无线传感器网络研究进展计算机研究进展[J].计算机研究与发

展.2005(42):162-175.

[2]马祖长,孙怡宁.大规模无线传感器网络的路由协议研究[J].计算机工程与应用.2004(11):163-170.

[3]赵明,徐科军,倪伟,陈智渊.一种无线传感器网络节点设计和通信协议研究[J].仪器仪表学报.2005(08):629-636.

[4]李建中,高宏.无线传感器网络的研究进展[J].计算机研究与发展.2008(45):1-16.

[5]田丰民，陈向东，张传武.无线传感器网络动态功率管理方法[J].传感器技术.2005(11):32-36.