本文關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡通信性能確定上界研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

通信技術

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無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)作通信技術的能量效率研究 張蔓’丁源洪

( 1 .民航西北空管局陜西西安 7 1 0 0 8 2; 2 .西安咸陽國際機場陜西西安 7 1 0 0 8 2 ) 摘要：文章以傳統(tǒng)s I s 0處理技術為對比對象，在對協(xié)作MI MO系統(tǒng)能量損耗構(gòu)成情況進行分析的基礎之上，對比了S I S O與MI MO在能量損耗方面 的性能差異，證實了協(xié)作MI MO系統(tǒng)對于降低能量損耗提高能量效率的重要價值，望能夠引起重視與關注。 關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)作通信能量效率中圖分類號： T P 3 9 3 文獻標識碼： A 文章編號： l 0 0 7— 9 4 1 6 ( 2 0 1 4 ) 0 5— 0 0 5 4— 0 1

無線傳感器網(wǎng)絡具有節(jié)點成本低廉、功耗小、感知計算能力穩(wěn)放大，再次通過濾波，頻率合成后進行混頻器，濾波處理后輸入中頻定、以及無線通信能力等多個方面的優(yōu)勢，被廣泛應用于社會發(fā)展中放大器，最終通過A/ D轉(zhuǎn)化接收。 的多個領域。由于無線傳感器節(jié)點多依賴于內(nèi)置電池，故而節(jié)點能量 2協(xié)作 MI M0系統(tǒng)與S l S 0系統(tǒng)性能對比的補充問題值得深思。這一能量如何得到高效利用，使其網(wǎng)絡生命周首先，從傳輸能耗的角度上來說，在不同的傳輸距離下，， MI MO 期實現(xiàn)最大化的應用，是本文研究的背景所在。相較于傳統(tǒng)意義上基

I SO系統(tǒng)在傳輸能量損耗的表現(xiàn)方面有一定的差異。以于單輸入單輸出( s I s o )技術的處理方案而言，有關研究中指出了一系統(tǒng)與S 1 . 0~1 0 0 . 0 m的傳輸距離取值區(qū)間而言， MI MO系統(tǒng)與S I S O系統(tǒng)傳種多輸入多輸出( MI MO )的處理技術方案為進一步通過能量效率分輸能量損耗均伴隨傳輸距離的增長而提升，但MI MO系統(tǒng)的提升趨析的方式研究兩種技術的優(yōu)勢、實用性，本文展開如下分析。

1協(xié)作Ml M0系統(tǒng)能量損耗分析

勢明顯弱于S I S O系統(tǒng)(在傳輸距離 1 0 0 . 0 m條件下， S I S O傳輸能量損耗達￣ 1 6 e - o o s J單位，而MI MO系統(tǒng)不足 l e - - 0 0 5 J )。這一數(shù)據(jù)顯示，在

對于MI MO系統(tǒng)而言，在發(fā)射功率取值以及誤比特率取值一定傳輸距離不斷提升的情況下， MI MO系統(tǒng)相對于S I S O系統(tǒng)所節(jié)約的的

條件下，其所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率明顯高于S I S O系統(tǒng)。而在吞吐能量不斷增大。故而認為MI MO系統(tǒng)對于改善傳輸能量效率而言有 量一致的條件下， MI MO系統(tǒng)在傳輸能量的表現(xiàn)上明顯低于S I S O系重要價值。 統(tǒng)。從這一角度上來說，受制于傳感器節(jié)點物理尺寸，傳感器節(jié)點與其次，從總能耗的角度上來說，在假定MI MO中發(fā)射端、接收端天線之間僅能夠保持一對一的關系，因此，直接將多天線技術應用均有兩根天線參與協(xié)作過程的條件下，同樣以傳輸距離為變量，在于無線傳感網(wǎng)當中并不可行。而在信息發(fā)射(信息接收)過程當中，指 1 . 0~1 0 0 . 0 m的取值條件下，研究MI MO系統(tǒng)與S I S O系統(tǒng)總能量損

令單天線節(jié)點協(xié)作通信，能夠形成一個基于協(xié)作的￣Ⅱ M0系統(tǒng)，從而耗取值的變化情況。相關研究結(jié)果顯示：從單跳網(wǎng)絡角度上來說，在使MI MO系統(tǒng)傳輸能夠更具高效性以及節(jié)能性優(yōu)勢傳輸距離低于一定閾值的情況下(<4 0 . O m), MI MO系統(tǒng)的能量效率 進一步從能量效率的角度上來說，在如傳感器網(wǎng)絡一類的短距較S I S O系統(tǒng)更高。主要依據(jù)是：在傳輸距離提升的同時，傳輸能量損

離應用領域中，電路能量消耗的構(gòu)成要素包括所有位于信號發(fā)送(信耗占總能量損耗的比重較大，由此使得電路能量損耗加大。盡管號接收)路徑上電路模塊的能量消耗。從本文重點研究的MI MO系統(tǒng) MI MO系統(tǒng)在電路結(jié)構(gòu)上更具優(yōu)勢，但電路耗能量消耗也是不容忽角度上來說，雖然MI MO系統(tǒng)實施了相應的能量優(yōu)化技術策略，但由 視的。但，值得注意的一點是，在傳輸距離達到一定閾值之后(≥4 0 . 于其電路結(jié)構(gòu)比較復雜，也有可能造成電路能耗水平的增加。因此， O m), MI MO系統(tǒng)所節(jié)約的傳輸能量就能夠彌補電路復雜下所產(chǎn)生并不能夠直觀確定S I S O系統(tǒng)以及MI MO系統(tǒng)在能量效率方面的優(yōu)的電路能量消耗，進而使MI MO系統(tǒng)的總能量損耗低于S I S O系統(tǒng)， 劣勢問題。本文故展開詳細分析從功率放大器的角度上來說，其作體現(xiàn)其節(jié)能、高效的優(yōu)勢。同時，在傳輸距離持續(xù)提升的條件下， 為構(gòu)成傳感器節(jié)點功率消耗的最主要部分，功耗計算式為一個關于 MI MO系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢也能夠更進一步的提升。 發(fā)射功率的函數(shù)關系式，對

應的功耗計算標準如下：功率放大器功 3結(jié)語耗= ( 1+0 L )發(fā)射功率；該式中 取值為(峰均比/射頻功率放大器漏縱上所述：在發(fā)射功率取值以及誤比特率取值一定的條件下， 極效率);假定模型所處的工作環(huán)境為平方律功率路徑衰減性瑞麗衰 MI MO所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率明顯高于S I S O系統(tǒng)。在吞吐量一致的落信道，則可以通過鏈路預算關系求得射頻功率放大器漏極效率的條件下， MI MO系統(tǒng)在傳輸能量的表現(xiàn)上明顯低于S I S O系統(tǒng)。同時， 取值，對應的計算標準如下：射頻功率放大器漏極效率=={接收端接受從能量損耗以及能量效率的角度上來說，雖然協(xié)作MI MO系統(tǒng)電路比特信息消耗能量傳輸比特率( 4訂傳輸距離發(fā)射機天線增益會帶來額外的電路能量損耗，但隨著傳輸距離的增接收機天線增益 載波波長連接邊緣補償接收機噪聲指數(shù)在射結(jié)構(gòu)比較復雜，

在傳輸距離超過一定閾值之后，由于傳輸能量損耗占總能量的 頻功率放大器漏極效率已知狀態(tài)下，路徑損耗可以通過一個單獨的大，比重提升，故而ⅣⅡ M0系統(tǒng)可以通過降低傳輸能量損耗的方式，達到功率下降模型加以表示(該模型與傳輸距離平方呈比例相關關系)。 控制總能量損耗的目的，從而發(fā)揮其在節(jié)能方面的優(yōu)勢。 則此狀態(tài)下的瞬時接收性噪比取值會受到熱噪聲功率譜密度、發(fā)射端協(xié)作節(jié)點數(shù)量、以及信道矩陣這三個方面的影響。最終對應計算參考文獻 得出功率放大器的功耗取值標準。 [ 1]廖先林，耿娜，石凱等.無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點自身定位算法[ J] .東北而對于MI MO系統(tǒng)下的其他電路模塊而言，從發(fā)射電路角度上大學學報(自然科學版)。 2 0 0 7 . 2 8 ( 6 ): 8 0 1— 8 0 4 . 來說，在經(jīng)過D/ A轉(zhuǎn)化后，進入濾波裝置，頻率合成后進入混頻器， [ 2]劉安豐，段晴，任君等.無線傳感器網(wǎng)絡通信性能確定上界研究[ J] . 再次通過濾波處理后輸入功率放大器，最終經(jīng)由信道發(fā)射；而從接小型微型計算機系統(tǒng)， 2 0 1 l, 3 2 ( 1 0 ): l 9 5 9— 1 9 6 6 . 收電路的角度上來說，信號輸入后經(jīng)過濾波處理，然后進行低噪聲

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