自动装备的无线传感器网络在民用和军用方面具有极高的价值，能够在大规模内用于搜集、处理和发布杂乱的环境数据。无线传感器网络中的节点一般选用电池供电，能够运用的电量十分有限，并且关于有不计其数节点的无线传感器网络来说，对电池的替换是十分困难的乃至是不或许的。可是无线传感器网络的生计时刻却要求长达数月乃至数年，因此，如安在不影响功用的前提下，尽或许节省无线传感器网络的电池能量成为无线传感器网络软硬件规划中的中心问题，也是其时国内外研讨机构重视的焦点。
1 节点组成及能耗剖析
标准的无线传感器节点结构如图1所示。节点由四部分组成：（1）由微处理器或微操控器构成的核算子体系；（2）用于无线通讯的短间隔无线收发电路，即通讯子体系；（3）将节点与物理国际联系起来，由一组传感器和鼓励设备构成的传感子体系；（4）能量供给子体系，包含电池和AC-DC转化器。
图1 无线传感器节点结构
1） 核算子体系
微处理器（MicroController Unit， MCU）担任操控传感器、履行通讯协议和处理传感数据的算法。MCU的挑选会对节点的电池耗费带来很大的影响，比方，Intel的StrongARM常用于高端范畴，在履行指令时功耗抵达400mW，而ATmega103L AVR的功耗就只要16.5 mW，不过供给的功用也要弱的多。出于电源办理的意图，MCU一般有活泼、闲暇和睡觉等多种操作形式，每种形式有不同的电源耗费。比方，StrongARM在闲暇形式功耗为50 mW，而在睡觉形式时只要0.16 mW。在不同操作形式之间切换也有电源和推迟开支，因此，不同的操作形式、形式之间的切换和MCU在每种形式的时长对整个节点的能量耗费有很大的影响。
2） 通讯子体系
影响无线收发电路功耗的要素许多，包含节点选用的调制形式、数据率、发射功率和操作周期等。一般，无线收发电路能够作业在四种状况，即发送、接纳、闲暇和睡觉状况。闲暇状况也具有很高的功耗，简直与接纳形式平起平坐，所以在无线收发电路处于闲暇状况时，应该尽或许将其封闭（即置于睡觉状况）。
3） 传感子体系
包含一组传感和鼓励设备，将周围环境的物理现象转化成电信号，依据输出能够分为模仿和数字两类。在无线传感器中，能量耗费来自多个部分，包含（1）信号采样以及物理信号到电信号的转化 （2）信号调制（3）信号的模-数转化。
4） 无线传感器网络节点能耗剖析
现在剖析无线传感器节点的能耗。表1是Rockwell的WINS项目中无线传感器节点的能耗数据，表2是MEDUSA-II项目中节点的能耗数据，从中能够看出：
选用低功耗模块、在功用与耗电量之间进行折中对体系全体功耗影响巨大。
节点的能耗在很大程度上取决于各个组成部分的作业状况。
因为传输间隔很短，接纳时的能耗或许比发送时还大。
无线收发电路在闲暇状况和接纳状况时的耗电量相差无几。
在剖析了无线传感器节点的组成和能耗特色之后，让咱们看看在单个节点上能够采纳哪些办法来节省能耗。
1） 节能核算
除了在节点规划中选用低功耗硬件之外，通过动态电源办理（Dynamic Power Management， DPM）等技能使体系各个部分都运转在节能形式下也能够节省很多的能量。最常用的电源办理战略是封闭闲暇模块，在这种状况下，无线传感器节点或其一部分将被封闭或许处于低功耗状况，直到有感爱好的事情产生。DPM技能的中心问题是状况调度战略，因为不同的状况有不同的功耗特征，并且状况切换也有能量和时刻开支。
在活泼状况下，则能够采纳动态电压调整（Dynamic Voltage Scaling， DVS）技能来节省能量。在大多数无线传感器节点上，核算负载是随时刻改动的，因此并不需求微处理器一切时刻都坚持峰值功用。DVS技能便是运用了这一点，动态改动微处理器的作业电压和频率使其刚好满意其时的运转需求，然后在功用和能耗之间取得平衡。
2） 节能软件
假如操作体系、应用层和网络协议等体系软件针对能耗进行了专门的优化，那么无线传感器网络的生计时刻也能得到有用的延伸。
在操作体系中进行动态电源办理和动态电压调整是最合适的，因为操作体系能够获取一切应用程序的功用需求并能直接操控底层硬件资源，然后在功用和能耗操控之间进行必要的折衷。操作体系的中心是使命调度器，担任调度给定的使命调集使其满意各自的时刻和功用需求，通过在使命调度中考虑节能问题可，体系生计时刻可得到显着的延伸。
鉴于传输中不可避免的数据丢掉，无线传感器网络应能依据其时的网络环境供给不同精度的数据，然后取得必定的弹性。另一方面，监测目标的特点是随时刻改动的，然后导致网络中的核算和通讯需求也随之改动。这样，咱们就能够在实时调度算法中进行某种程度的猜测，对能耗进行自动式的办理。别的，应用层能够规划成将首要的核算使命及早履行，然后在算法正常完毕前提早间断，这样就能在对数据精度影响不大的情况下节省能耗。
3） 无线收发电路能耗办理
尽管嵌入式处理器的电源办理现已得到深入研讨，但无线收发体系的节能规划却研讨得不行。因为无线通讯占了整个无线传感器网络能耗首要部分，因此对无线收发体系的能耗办理十分重要。
无线收发体系电源耗费首要来自两部分，取决于传输间隔和调制参数的射频部分以及进行频率组成、滤波等操作的基带电路部分。无线收发体系节能规划很杂乱，因为射频部分和基带电路部分的电源开支是适当的，下降射频部分的速率反而会导致能耗的添加。别的要考虑的问题是，无线收发体系的初始化开支很大，这一切都加大了无线收发体系节能规划的难度。关于无线通讯方面的能耗优化将在下一节具体评论。
4） 节能报文转发
除了发送本身感知的数据之外，每个无线传感器节点又都是路由器，需求为其它节点转发报文。在典型的无线传感器网络环境下，无线传感器节点接纳的大部分报文（大概有65％）需求转发给其它节点。一般情况下，无线传感器节点将绝大部分协议处理功用交由MCU履行。这样，不论其终究意图地是哪里，每个接纳到的报文都会通过相同的处理进程抵达核算子体系并得到处理，导致不必要的能耗开支。运用智能无线收发体系，需求转发的报文能够直接在通讯子体系标识和转发，乃至在核算子体系处于睡觉状况时也能正常作业。
3 无线通讯的节能优化
与单个节点能耗办理相似，在节点间通讯进程中考虑节能办法相同对进步整个体系的电源运用功率有重要作用，并且，使通讯进程对能耗灵敏能够将节能优化的规模从单个节点扩展到参加通讯的多个节点。
1） 调制形式
在无线传感器节点间的无线链路上运用的射频技能对无线通讯的能量耗费也有重要影响。调制形式的挑选决议了无线链路在整体能耗与灵敏度、推迟等方面的平衡。
调制等级直接影响功率放大器的能耗，与DVS相似，依据实践需求动态改动调制等级是节省能耗的有用手法。因为无线收发电路的发动开支较大，因此每次发送报文的长度越大越好，这样能够将发动开支平摊到更多的数据上，但将数据堆集到必定长度再发送对信息交流的推迟有影响，需求在两者之间进行平衡。
2） 链路层优化
担任过错检测和纠正的链路层影响报文的发送次数，然后影响体系功耗，特别是关于与网关节点等远间隔通讯而言。对给定的误码率（Bit Error Rate， BER），过错操控机制能够削减发送报文耗费的能量，但相应的添加了发送者和接纳者的处理能耗。总的来说，链路层技能在下降能耗中所起的作用是直接的，好的过错操控形式能够下降报文重传次数，然后节省收发两头的能耗。
