无线传感器网络协作通信技术的能量效率研究

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通信技术

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无线传感器网络协作通信技术的能量效率研究 张蔓’丁源洪

( 1 .民航西北空管局陕西西安 7 1 0 0 8 2; 2 .西安咸阳国际机场陕西西安 7 1 0 0 8 2 ) 摘要：文章以传统s I s 0处理技术为对比对象，在对协作MI MO系统能量损耗构成情况进行分析的基础之上，对比了S I S O与MI MO在能量损耗方面 的性能差异，证实了协作MI MO系统对于降低能量损耗提高能量效率的重要价值，望能够引起重视与关注。 关键词：无线传感器网络协作通信能量效率中图分类号： T P 3 9 3 文献标识码： A 文章编号： l 0 0 7— 9 4 1 6 ( 2 0 1 4 ) 0 5— 0 0 5 4— 0 1

无线传感器网络具有节点成本低廉、功耗小、感知计算能力稳放大，再次通过滤波，频率合成后进行混频器，滤波处理后输入中频定、以及无线通信能力等多个方面的优势，被广泛应用于社会发展中放大器，最终通过A/ D转化接收。 的多个领域。由于无线传感器节点多依赖于内置电池，故而节点能量 2协作 MI M0系统与S l S 0系统性能对比的补充问题值得深思。这一能量如何得到高效利用，使其网络生命周首先，从传输能耗的角度上来说，在不同的传输距离下，， MI MO 期实现最大化的应用，是本文研究的背景所在。相较于传统意义上基

I SO系统在传输能量损耗的表现方面有一定的差异。以于单输入单输出( s I s o )技术的处理方案而言，有关研究中指出了一系统与S 1 . 0~1 0 0 . 0 m的传输距离取值区间而言， MI MO系统与S I S O系统传种多输入多输出( MI MO )的处理技术方案为进一步通过能量效率分输能量损耗均伴随传输距离的增长而提升，但MI MO系统的提升趋析的方式研究两种技术的优势、实用性，本文展开如下分析。

1协作Ml M0系统能量损耗分析

势明显弱于S I S O系统(在传输距离 1 0 0 . 0 m条件下， S I S O传输能量损耗达￣ 1 6 e - o o s J单位，而MI MO系统不足 l e - - 0 0 5 J )。这一数据显示，在

对于MI MO系统而言，在发射功率取值以及误比特率取值一定传输距离不断提升的情况下， MI MO系统相对于S I S O系统所节约的的

条件下，其所支持的数据传输速率明显高于S I S O系统。而在吞吐能量不断增大。故而认为MI MO系统对于改善传输能量效率而言有 量一致的条件下， MI MO系统在传输能量的表现上明显低于S I S O系重要价值。 统。从这一角度上来说，受制于传感器节点物理尺寸，传感器节点与其次，从总能耗的角度上来说，在假定MI MO中发射端、接收端天线之间仅能够保持一对一的关系，因此，直接将多天线技术应用均有两根天线参与协作过程的条件下，同样以传输距离为变量，在于无线传感网当中并不可行。而在信息发射(信息接收)过程当中，指 1 . 0~1 0 0 . 0 m的取值条件下，研究MI MO系统与S I S O系统总能量损

令单天线节点协作通信，能够形成一个基于协作的￣Ⅱ M0系统，从而耗取值的变化情况。相关研究结果显示：从单跳网络角度上来说，在使MI MO系统传输能够更具高效性以及节能性优势传输距离低于一定阈值的情况下(<4 0 . O m), MI MO系统的能量效率 进一步从能量效率的角度上来说，在如传感器网络一类的短距较S I S O系统更高。主要依据是：在传输距离提升的同时，传输能量损

离应用领域中，电路能量消耗的构成要素包括所有位于信号发送(信耗占总能量损耗的比重较大，由此使得电路能量损耗加大。尽管号接收)路径上电路模块的能量消耗。从本文重点研究的MI MO系统 MI MO系统在电路结构上更具优势，但电路耗能量消耗也是不容忽角度上来说，虽然MI MO系统实施了相应的能量优化技术策略，但由 视的。但，值得注意的一点是，在传输距离达到一定阈值之后(≥4 0 . 于其电路结构比较复杂，也有可能造成电路能耗水平的增加。因此， O m), MI MO系统所节约的传输能量就能够弥补电路复杂下所产生并不能够直观确定S I S O系统以及MI MO系统在能量效率方面的优的电路能量消耗，进而使MI MO系统的总能量损耗低于S I S O系统， 劣势问题。本文故展开详细分析从功率放大器的角度上来说，其作体现其节能、高效的优势。同时，在传输距离持续提升的条件下， 为构成传感器节点功率消耗的最主要部分，功耗计算式为一个关于 MI MO系统的节能优势也能够更进一步的提升。 发射功率的函数关系式，对

应的功耗计算标准如下：功率放大器功 3结语耗= ( 1+0 L )发射功率；该式中 取值为(峰均比/射频功率放大器漏纵上所述：在发射功率取值以及误比特率取值一定的条件下， 极效率);假定模型所处的工作环境为平方律功率路径衰减性瑞丽衰 MI MO所支持的数据传输速率明显高于S I S O系统。在吞吐量一致的落信道，则可以通过链路预算关系求得射频功率放大器漏极效率的条件下， MI MO系统在传输能量的表现上明显低于S I S O系统。同时， 取值，对应的计算标准如下：射频功率放大器漏极效率=={接收端接受从能量损耗以及能量效率的角度上来说，虽然协作MI MO系统电路比特信息消耗能量传输比特率( 4订传输距离发射机天线增益会带来额外的电路能量损耗，但随着传输距离的增接收机天线增益 载波波长连接边缘补偿接收机噪声指数在射结构比较复杂，

在传输距离超过一定阈值之后，由于传输能量损耗占总能量的 频功率放大器漏极效率已知状态下，路径损耗可以通过一个单独的大，比重提升，故而ⅣⅡ M0系统可以通过降低传输能量损耗的方式，达到功率下降模型加以表示(该模型与传输距离平方呈比例相关关系)。 控制总能量损耗的目的，从而发挥其在节能方面的优势。 则此状态下的瞬时接收性噪比取值会受到热噪声功率谱密度、发射端协作节点数量、以及信道矩阵这三个方面的影响。最终对应计算参考文献 得出功率放大器的功耗取值标准。 [ 1]廖先林，耿娜，石凯等.无线传感器网络节点自身定位算法[ J] .东北而对于MI MO系统下的其他电路模块而言，从发射电路角度上大学学报(自然科学版)。 2 0 0 7 . 2 8 ( 6 ): 8 0 1— 8 0 4 . 来说，在经过D/ A转化后，进入滤波装置，频率合成后进入混频器， [ 2]刘安丰，段晴，任君等.无线传感器网络通信性能确定上界研究[ J] . 再次通过滤波处理后输入功率放大器，最终经由信道发射；而从接小型微型计算机系统， 2 0 1 l, 3 2 ( 1 0 ): l 9 5 9— 1 9 6 6 . 收电路的角度上来说，信号输入后经过滤波处理，然后进行低噪声

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