無線體域網的節能策略探究

胡志豪 成都二十中學

無線體域網的節能策略探究

胡志豪 成都二十中學

無線體域網即體域傳感網，可以通過人體周圍的傳感器來感知人體各類參數的變化情況，再通過無線發送至基站，目前已經在智能家居、醫療保健、軍事、娛樂等領域得到了廣泛應用。本文主要從節能角度來探討無線體域網的應用與節能方式。

無線體域網 節能策略 分析

無線體域網是由人體相關的網絡元素等組成的以人體為中心的網絡，它能通過體內或身體周圍的傳感器節點對人體的一些重要參數比如血壓、體溫、心跳等或人體周圍的參數如濕度、光照進行感知，并通過無線的方式發送到身體周圍的基站，最終上傳到服務器進行分析處理，目前已經被廣泛應用到軍事、娛樂、醫療保健等領域。

無線體域網是無線傳感器網絡的一個重要分支，它便攜可移動，受到很多領域的關注，然而日益凸顯的節點充電難、替換難的能耗問題，使得無線體域網的節能研究成為近幾年的熱點，下面通過以無線體域網的結構和特點為研究基礎，結合相關的研究，分別從物理層、MAC（媒體接入控制層）層和網絡層等方面分析無線體域網的節能策略。

1 物理層節能

WBAN（無線體域網）感知部分的核心是傳感器，若想要將傳感器應用于WBAN，那么傳感器必須具備微型化、低耗能、智能化、高精度以及對人體無害的優點。早期對于傳感器的節能研究主要側重在傳感器節點系統功率的管理和調度， Sinha 提出的動態功率管理策略將節點分成五個工作狀態，這樣既能滿足功能的需求，又能降低能耗；然后是IM提出的動態電壓調節機制，通過動態調節電壓來減小系統功能損耗，但通過調低電壓來節能并不是長久的策略，因為低電壓會導致電路的運行速度減慢，使信息不能及時發送。

隨著近幾年MEMS和嵌入式技術的發展，對傳感器節點節能的研究開始偏向于低功耗的硬件的設計。Gu 等人就提出并設計了一種基于ISM頻段的轉發器，這款轉發器功耗低，電壓低，集成度高，性能也比較高。

目前我們所能做到的就是在傳感器節點在既定能量的基礎上進行節能設計，卻沒有考慮通過增加電池的壽命或讓電池從周圍的環境中獲取能量來解決能耗問題。增加電池的壽命就需要增大電池的容量，由于WBAN以人體為中心的特點，節點的尺寸要盡可能的小，這就直接決定了電池的體積不能太大，所以使電池從周圍獲取能量將成為一種新的發展趨勢。

2 MAC層節能

體域網中還有一個主要能耗源就是源于頻射模塊的發送與接收，MAC協議就是直接控制射頻模塊，因此目前對于W BAN的節能研究還偏向于高效的MAC協議的設計。一個好的MAC協議不僅要滿足用用的需求，還要盡可能使能量高效。

研究表明，MAC層造成能量浪費的因素主要有消息碰撞、負載波動、竊聽、空閑偵聽以及發送失敗等。目前主要是通過減少數據流量、沖突避免的方式來降低能耗的， BSNMAC、 CAMAC 、 BATMAC 等協議就是減少數據流量方面的， DQBANMAC 、DCAA-MAC 、 PG-MAC 等協議主要是應對沖突的，避免沖突。 DQBAN-MAC協議避免沖突的方式就是采用無沖突隊列，通過跨層模糊規則調度算法和能量感知策略來為節點分配沒有沖突的時間間隙。

WBAN這一新興技術對應用高度相關，因此目前所研究出的節能MAC協議也是針對不同場景和需求的，沒有一種M AC協議是適用于所有場合的，這也將是未來的一種發展趨勢。

3 網絡層節能

WBAN在網絡層的節能策略主要是單跳路由、多跳路由和協作路由三類。

單調路由協議屬于直接傳輸，對距離sink節點近的節點能降低能耗，但對于距離遠的節點反而會增加能耗。為此，又研究出了多跳路由協議，多跳路由協議分為基于樹的路由與基于簇的路由兩種，基于樹的路由協議是分散的，有效的避免了沖突，提高效率降低能耗，基于簇的協議創建了以簇頭為中心的骨干網絡，減少基站直接通信的節點數，有效降低了能耗。但多跳路由也存在一些問題，首先距離sink節點近的節點會很容易被其他節點當做下一條節點，這種節點很容易死亡，影響整個網絡的連通性。為此，協作路由由此產生，它權衡了單跳路由和多跳路由的利弊，根據源節點與sink節點之間的距離大小將其分為不同的級別，低級是選用單跳路由，高級時選用多跳路由，極大的改善了整個網絡的生命周期。

盡管上面提到的路由協議在體域網節能方面起到一定作用，但這僅僅是在理論層面的，沒有充分考慮實際應用中可能出現的一系列問題，實際應用中將會存在很大的局限性，因此還需要進一步更細致的研究。

4 結束語

對于無線體域網的節能策略研究，有利于解決日益凸顯的節點充電難、替換難的能耗問題。本文對無線體域網的節能策略進行了簡單的研究，做好這點，無線體域網在人們生活中的應用會更加普及，同時在相關領域也會更加受歡迎。

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