无线传感器网络节点能耗建模

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1、无线传感器网络节点能耗建模THEMODELINGOFENERGYCONSUMPTIONONWIRELESSSENSORNETWORKNODE吴文婕（电子科技大学自动化工程学院成都611731）摘要：随着嵌入式系统、无线通信、网络及微电子机械系统等技术的快速发展，无线传感器网络（WSN）引起人们的极大关注。在军事、环境、医疗、家庭和其他商业领域有广发应用。而由于每个传感器节点能量有限又很难补充能量的特点，能耗问题成为WSN的关键技术。目前，很多研究对无线传感器网络的能量消耗进行了分析。本文在此基础上围绕节点能耗建模问题进行了研究，通过个模块

2、运行时的工作状态转换模型，分析了在状态运行以及状态变迁史的能耗情况，揭示了节点各能耗设备的能量变化规律，最后建立起节点整齐的能耗模型。关键词：无线传感器网络；能量建模；ABSTRACT:AStheembedsystem0引言无线传感器网络是由大量具有感知、计算和通信能力的微型传感器，通过无线链路自组织而成的分布式网络。它综合了传感器技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够感知并采集各种检测对象的信息，对其进行处理传送到用户。传感器节点体积微小，能量有限，由于无线传感器网络通常运行在人无法接近的恶劣环境中，一般不能对节

3、点进行充电或更换电池。因此，如何高效地使用能量来最大化网络生存寿命或提高网络能量效率是传感器网络面临的首要挑战之一，也是无线传感器网络的核心问题。在传感器网络中，包括传感器节点、网关、互联网及用户界面等。节点按一定方式不熟在区域内，节点之间以协作的方式实时感知和处理网络中的信息，同时还要维持节点互相之间的网络，形成一个多跳的自组织网络。每个无线传感器网络有一个连接到传输网络的网关，网关通过传输网络把感测数据从传感区域发送到提供数据服务与处理的基站，基站再通过Internet联系到远程数据库。用户可以通过远程计算机进行数据浏览及处理，并能发

4、送想要的命令进行监控和操作。无线传感器网络中的节点与一般传感器不同，除了能够感知被测物理量以外，还要具备远程通信功能，传感器节点由处理模块、通信模块、感知模块、能量供应模块组成。处理模块式节点和功能控制模块和数据处理中心，它由嵌入式系统构成，负责控制传感器，执行通信协议及处理感知数据等算法。通信模块报告基带部分和RF部分，负责节点间数据的接收和发送。能量供应模块由电池和电压转换模块组成，主要任务是为其他模块提供能量。传感模块由传感器及数模转换模块组成，主要任务是采集被测控对象的信息，并转换成相应的数字信息。图11处理器能耗模型处理器状态如

5、图2所示，一般具有3个状态：运行状态、空闲状态、睡眠状态。运行状态为处理器的正常状态，正在执行指令，各个模块都在运行。空闲状态时一部分模块处于运行状态，节省了一部分能耗。睡眠状态提供了最低的功耗，处理器的大部分模块都关闭，系统的可用资源最少。图2各状态之间互相转换的条件如下表所示表1序号状态转换条件1电池电量不足，软件选择进入休眠状态2实时时钟匹配中断、按键唤醒3系统T1时间内未捕捉到信息或电量不足，软件选择进入休眠状态4运行状态下T2时间内未捕捉到信息或软件选择进入空闲状态5产生中断信号、捕捉到信息或者按了复位键处理器的能耗为三种状态能

6、耗及状态间切换的能耗之和，即(1-1）其中，、、分别为三个状态运行时的能耗，而为状态转换时的能耗，它可以由下面的公式计算得到。（1-2）Na-b表示从状态a到b切换次数，ea-b表示完成一次状态从a到b切换所需要的能量。通过上面简要介绍，可以总结出处理器能耗的算法如下：输入：各参数值——初始状态输出：处理器能耗While(thestateisRUN){If(laststateisnotIDLE){Record(idle_begin_time);Nrun-idle=Nrun-idle+1;}If(notsettimerT1)settimer

7、T1;If(timerovertime){Tidle=Tidle+T1;updateEcpu;gotostateSLEEP;}If(missionistohandle){canceltimerT1;recordidle_begin_time;Tsleep=Tsleep+idle_end_time-idle_begin_time;UpdateEcpu;gotostateRUN}}While(thestateisRUN){If(thelaststateisnotRUN)record(run_begin_time);If(thelaststat

8、eisIDLE)}Nidle-run=Nidle-run+1;Elseif(thelaststateisSLEEP)Nsleep-run=Nsleep-run+1;If(theenergyis