15、高密度网络的节能通信技术解析

高密度网络的节能通信技术解析

1. 引言

随着环境智能（AmI）设备的不断发展，其尺寸逐渐缩小，空间密度日益增加。从无线通信的角度来看，节点的高密度意味着对有限带宽的竞争，而设备的小尺寸则暗示着电池容量的有限。因此，在AmI设备中高效利用资源，尤其是能源，变得至关重要。

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。微传感器节点的空间密集网络能够提供丰富、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实现的。节点数量众多使得网络具有很强的鲁棒性和容错性，无需维护。节点可以自组织成自组网，部署简单，只需将节点散布在感兴趣的区域或空投，并设置一个方便的基站，节点就会将观测数据中继到基站。这些优势以及节点的小巧尺寸，使传感器网络适用于各种恶劣或难以到达的位置，如电器内部、人体表面或内部、产生有毒辐射或化学蒸汽的设施以及极端沙漠或北极气候地区。

然而，小而密集放置的节点带来了严重的能源消耗问题。小节点意味着电池的物理空间有限，而密集分布使得定期更换电池极为不便，甚至不可能。由于无线通信将占节点能源消耗的很大一部分，因此节点的通信子系统必须设计得具有最高的能源效率，以前可能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

为了实现节能通信，本文提出了三个设计原则：
- 节能通信软件必须基于其运行的硬件的可靠模型。不完整或不准确的能源模型经常出现，导致设计师的期望与系统实际情况之间出现令人惊讶的差异。
- 能源灵活性使系统能够根据动态变化的环境条件优雅地调整能源消耗。能源灵活的系统仅消耗实现任何给定时间所需性能水平的足够能量。
- 特定应用设计可