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无线传感器网络节能策略的研究的中期报告

【摘要】无线传感器网络由于其低成本、易部署、适应性强等特点，在许多领域得到了广泛应用。然而，无线传感器网络节点能量有限，能源管理成为了一个重要的问题。为了延长无线传感器网络的寿命，必须在节点的能源管理中采取有效的策略。本文在探讨无线传感器网络中常用的节能策略的基础上，提出了一种基于节点能量消耗的动态节能策略，并进行了初步验证。

【关键词】无线传感器网络；节能策略；能源管理；动态节能。

一、研究背景及意义

无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）由众多的微型传感器节点组成，节点分散在感兴趣区域内，能够自组织地协作完成信息采集、处理和传输任务。WSN具有低成本、易部署、适应性强等特点，在环境监测、物流追踪、无线健康监测等领域得到了广泛应用。WSN节点通常由电池或超级电容供电，能源有限，能源管理成为了一个重要的问题。在节点能量消耗方面，各种因素都会对WSN的寿命产生影响，如数据传输、节点程序执行、节点空闲时间等。为了延长无线传感器网络的寿命，必须在节点的能源管理中采取有效的策略，避免因能量耗尽而使节点失效的情况发生。因此，WSN节能策略的研究具有重要的实际意义。

二、常用节能策略

在WSN的能源管理中，常用的节能策略主要包括以下几种：

1.睡眠策略

传感器节点在不采集数据和无需发送数据时进入睡眠状态，以节省能量。在睡眠期间，节点只需个别周期性地“唤醒”工作，称为“周期性唤醒”或者“周期性休眠”。节点进入睡眠状态后，通常需要一些时间来稳定，称为“睡眠响应时间”。

2.局部通信策略

由于传感器节点之间的距离通常较近，局部通信策略能减少当前节点需要消耗的能量。该策略的实现途径通常包括定向传输（DirectionalTransmission）、多址通信（MultipleAccess）、局部消息传递（LocalMessagePassing）等。

3.聚集策略

传感器节点在采集数据时，常可以将多个数据进行汇聚后一次传输，避免了多次数据传输所产生的能量消耗。传感器节点进行聚集操作时，需要维护一份聚集表来实现对目标节点的筛选。

4.分层策略

不同传感器节点的承担任务以及功能不同，因此可将节点分为几类，各类节点承担不同的任务。此时，参与网络的节点数量将减少，能量消耗将更为平衡，从而有效地延长了节点的寿命。

三、基于节点能量消耗的动态节能策略

本文针对上述常用节能策略的局限性，提出一种基于节点能量消耗的动态节能策略，以使节点的寿命得到有效延长。该策略的核心思想在于根据节点当前的能量消耗情况和剩余能量情况，动态地选择相应的节能策略。在节点能量消耗较小的时候，可以采用相对较为“贪心”的策略进行数据的采集和传输；而当节点能量消耗达到一定的阈值后，则应采用相对保守的策略来最大限度地减少节点能量消耗。

四、实验与结果分析

本文对所提出的动态节能策略进行实验验证，在AMOSII仿真环境下进行。结果显示，该策略能够有效地降低节点的能量消耗，延长了网络的寿命。同时，本文还对比了常用的局部通信策略和聚集策略，结果表明，动态节能策略在延长网络寿命方面更优秀。

五、结论及展望

本文在分析和总结无线传感器网络节能策略的基础上，提出了一种基于节点能量消耗的动态节能策略，并进行实验验证。结果表明，该策略能够有效延长节点寿命，提高WSN的能量利用效率，具有一定的实际应用价值。未来，我们还将进一步完善该策略，加强对各个节点之间相互协作的研究。