采集能源定量供應(yīng):無線傳感器節(jié)點功耗限制

MCU、無線電設(shè)備、傳感器和傳動器具有極為不同的功耗/性能特性。要想滿足系統(tǒng)功耗預(yù)算，要求傳感器節(jié)點以最佳的方式管理其子系統(tǒng)。圖 1 顯示了用于實現(xiàn)一個節(jié)點的一些子系統(tǒng)。

現(xiàn)代的一些低功耗MCU工作在約1MHz時鐘頻率下時，其峰值功耗約為345uW。假設(shè)傳感器數(shù)據(jù)處理要求一般為中等，MCU的占空比可以極小（例如：小于1%），以降低平均功耗。

傳感器節(jié)點通常以相對較低的速率，傳送物理現(xiàn)象和相關(guān)控制消息等信息。表2總結(jié)了一些重要低功耗無線通信技術(shù)的顯著特性。

表2 一些低功耗通信架構(gòu)比較

表2列舉的功耗量，僅作為系統(tǒng)設(shè)計的一般指導(dǎo)原則。隨著收發(fā)器設(shè)計的發(fā)展，其功耗越來越低。選擇某種收發(fā)器構(gòu)架時，考慮設(shè)計的各個方面很重要。無線局域網(wǎng) (LAN) 收發(fā)器比 Zigbee? 收發(fā)器消耗更少的能源/比特，但其針對更高的數(shù)據(jù)速率進行了優(yōu)化，峰值功耗更高。

與室內(nèi)應(yīng)用相關(guān)的一些傳感器實例包括：溫度計、溫度傳感器、麥克風(fēng)和被動式紅外傳感器。現(xiàn)在的一些溫度及濕度傳感器和麥克風(fēng)，峰值功耗約為70–80uW。能夠探測人類活動的一些被動式紅外傳感器的峰值功耗一般為100–500 uW。溫度及濕度傳感器監(jiān)測緩慢變化的現(xiàn)象，并且工作在低占空比下，而用于探測運動的其它一些傳感器關(guān)閉則會降低探測性能。在許多應(yīng)用中，傳感器需要比數(shù)據(jù)處理或者無線通信更多的能源。因此，滿足系統(tǒng)功耗預(yù)算，要求使用創(chuàng)新的方法來管理傳感器。

結(jié)論

盡管在計算、通信和傳感方面都有了巨大的進步，但是缺乏足夠的電源和能源，這仍然是擺在實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面前的一個嚴峻挑戰(zhàn)。能源采集和存儲的一些技術(shù)進步在不斷的緩解電源瓶頸，但終端應(yīng)用的一些需求也在不斷推高其要求。若想拉近這種持續(xù)存在的電源-需求差距，要求一種系統(tǒng)級的設(shè)計方法，對性能進行最佳的折中處理，以實現(xiàn)節(jié)能目的，同時保證最低限度的服務(wù)質(zhì)量。未來的無線傳感器節(jié)點，將會自主適應(yīng)隨時間變化的應(yīng)用需求和能源供應(yīng)。