15、高密度网络的节能通信探索

高密度网络的节能通信探索

1. 引言

新兴的环境智能（AmI）设备尺寸不断缩小，空间密度持续增加。从无线通信角度看，节点密度高意味着对有限带宽的竞争，设备体积小则暗示电池容量有限。因此，AmI 设备的通信必须高效利用这些资源，本文聚焦于无线设备向环境智能发展过程中的能源管理与节约。

1.1 分布式微传感器网络

分布式微传感器网络是超高密度无线网络最受期待的应用之一。微传感器节点构成的空间密集网络能提供丰富、高分辨率、多维度的环境信息，这是单个传感器或少量传感器无法做到的。大量节点使网络具有很强的鲁棒性和容错性，无需维护。节点可自组织成自组网，部署方便，如撒播或空投节点并设置基站。这些优势和节点的小尺寸使传感器网络适用于各种恶劣或难以到达的环境，如电器内部、人体表面或内部、有毒辐射或化学蒸汽环境以及极端气候地区。

然而，小而密集的节点带来了严重的能耗问题。小节点电池空间有限，密集分布使定期更换电池极为不便甚至不可能。由于无线通信是节点能耗的重要部分，节点通信子系统必须设计得尽可能节能，之前被忽视的开销必须得到解决和缓解。

1.2 节能无线通信的五大误区

为实现节能通信，本文提出三个设计原则：
- 节能通信软件必须基于准确的硬件模型。不准确的能耗模型会导致设计预期与系统实际情况出现差异。
- 能源灵活性使系统能根据动态环境条件调整能耗，仅消耗实现所需性能水平的能量。
- 特定应用设计可减少通用解决方案的开销，系统各层级的不必要功能都是低效的。

通过应用这些原则，我们可以破除关于无线通信能耗的五个常见误区：
1. “通信能量与距离的幂次方成正