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 无线传感器网络能量优化与建模技术综述# 周海鹰，谢和平，左德承* （哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院，哈尔滨 150001） 5 10 15 20 25 30 35 40 摘要：无线传感器网络由于节点能量携带和更换受限，如何优化网络能量消耗和估计网络生 存周期是当前无线传感器网络研究的首要挑战。在分析无线传感器网络能量消耗特征的基础 上，综述传感器网络节点和网络的能量优化策略，并针对能量优化存在的不足，调研近几年 兴起的无线传感器网络能耗建模工作，从基于无线通信、状态转换、协议栈等方面总结了无 线传感器网络能耗模型的建模方法，指出跨层能量优化以及软硬件综合能耗建模技术是无线 传感器网络能量研究的重点。 关键词：无线传感器网络；能耗特征；能量优化；能耗模型；生存周期 中图分类号：TP393.01 Energy optimization and modeling in wireless sensor networks: a survey ZHOU Haiying, XIE Heping, ZUO Decheng (School of Computer Science and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001) Abstract: Due to the energy supply limitation in wireless sensor nodes, it’s the primary challenge to optimize the networks’ energy consumption and estimate network lifetime in wireless sensor networks (WSN). By analyzing the energy consumption features of WSN, this paper reviews energy optimization strategies from the views of sensor nodes and networks, and then surveys and concludes the WSN’s energy modeling studies from different research perspectives: wireless communication based, state transition based, protocol stack based and others. Finally, this paper points out the future research should focus on the cross-layer energy optimization and the hardware and software integrated energy modeling techniques. Key words: WSN；Energy consumption feature；Energy optimization；Energy model；Network lifetime 0 引言 无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线电通信形成的 一个自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息， 并发送给用户[1,2]。因此无线传感器网络在军事、工业、环境等领域有着巨大的应用价值[3]。 由于传感器节点体积微小，通常携带电池能量十分有限，且部署区域环境复杂，有些区域甚 至人无法到达，重新充电或更换电池在大多数部署环境中几乎是不可能的[4]。因此，如何高 效使用能量来最大化网络存周期是传感器网络的核心问题[5]。大多数研究者致力于网络的能 量优化，以获得最大的网络生存时间，如网络拓扑协议、路由算法的能量优化，这方面的工 作已显有成效；也有部分研究者聚焦于能耗模型的研究，通过建立能耗模型分析生存时间， 改进网络拓扑结构等，同时通过模型分析对比各个协议，选取最适合特定应用的协议算法， 获得尽可能长的网络生存时间。 本文将分四部分介绍这两方面工作：第一部分，从节点和网络层面分析能量的消耗特征； 基金项目：部委预研重点基金（N°.9140T01）;教育部博士点基金项目（N°.200802131024）; 哈尔滨市科技创新人才研究专项基金（N°.2009RFLXG009）;国家科技支撑计划（N°.2011BAH04B03）; 科技部国际科技合作计划（N°.2010DFA14400）;部委‘十二五’重点预研项目（N°.513150901） 作者简介：周海鹰(