摘要：基于電池供電的傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)電源無法替換，導(dǎo)致能量消耗問題直接影響網(wǎng)絡(luò)的生命周期。本文從硬件構(gòu)成及運(yùn)行機(jī)制、計(jì)算復(fù)雜性、數(shù)據(jù)通信量和能量攻擊防范等方面，分析傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗問題；介紹部分能量消耗控制策略；指出只有從硬件和軟件的各個(gè)技術(shù)層面建立統(tǒng)一的能源消耗量化評(píng)估模型，分析能量消耗問題，設(shè)計(jì)整體性的控制策略，才能保證傳感器網(wǎng)絡(luò)能量的有效性。
關(guān)鍵詞：傳感器網(wǎng)絡(luò)能量消耗控制策略能量攻擊
　　由傳感器、微處理器和無線通信接口組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)日趨成為眾多監(jiān)控系統(tǒng)的通用計(jì)算平臺(tái)，在眾多領(lǐng)域都有應(yīng)用價(jià)值。目前，國外對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及的各個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究，國內(nèi)也正逐漸成為研究熱點(diǎn)之一[1,2]。

　　基于電池供電的傳感器網(wǎng)絡(luò)通常運(yùn)行在火山地帶、戰(zhàn)區(qū)等人無法接近的惡劣甚至危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程環(huán)境之中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源更換或再充電等工作通常無法進(jìn)行。廣泛分布于被測(cè)環(huán)境的傳感器節(jié)點(diǎn)既要負(fù)責(zé)收集敏感數(shù)據(jù)，又要完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚傻裙δ?；而且，攻擊者還可能會(huì)利用侵占節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中注入大量的虛假數(shù)據(jù)包，致使節(jié)點(diǎn)在傳輸這些數(shù)據(jù)包時(shí)耗盡能量而失去效用。因此，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電源的無法替換性使能量消耗問題相對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)的其他關(guān)鍵技術(shù)而言尤為重要；在不影響性能的前提下，設(shè)計(jì)有效的能量消耗控制策略成為傳感器網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)計(jì)中的核心問題。

1 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成及其能量分析

　　典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通常由分布的傳感器節(jié)點(diǎn)、接收發(fā)送器、互聯(lián)網(wǎng)和用戶界面等構(gòu)成。其中，傳感器節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立工作實(shí)體，其基本的功能子系統(tǒng)包括供電子系統(tǒng)、傳感子系統(tǒng)、計(jì)算子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)等，如圖1所示。

1.1 供電子系統(tǒng)

　　供電子系統(tǒng)由電池和ACDC轉(zhuǎn)換器等模塊構(gòu)成，其主要任務(wù)是為其他各個(gè)子系統(tǒng)供給能源。

　　電池作為節(jié)點(diǎn)zui主要的能量來源，其性能與容量至關(guān)重要。雖然增加電池容量可以延長供電子系統(tǒng)的能量供給時(shí)間，但采用有效的再充電技術(shù)或是太陽能等再生性能源則更利于保證供電子系統(tǒng)的能量來源，為其他子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)持續(xù)性的能量供應(yīng)。一種新的基于iBean無線技術(shù)和“能量獲得”技術(shù)、靠感應(yīng)振蕩能量轉(zhuǎn)換器工作的iBean無線發(fā)射機(jī)[3]，在沒有電池供電的情況下，能由在50～100 mg力作用下的28～30 Hz振蕩產(chǎn)生1.2～3.6 mV的電壓，并允許在30 m距離上以115 kbps速率發(fā)送數(shù)據(jù)，為克服遠(yuǎn)程無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的電池工作時(shí)間短等問題提供了一種有效的解決途徑。

1.2 傳感子系統(tǒng)

　　傳感子系統(tǒng)由一組傳感器和ADC控制器等構(gòu)成，主要任務(wù)是負(fù)責(zé)采樣/收集被測(cè)控對(duì)象的敏感信息，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信息。

　　理想情況下，傳感子系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)周期性和非周期性兩類事件時(shí)[4]，其能量消耗總量可簡單概括為單次采樣消耗的能量與采樣次數(shù)的乘積。因此，要控制該子系統(tǒng)的能量消耗必須從以下兩個(gè)方面進(jìn)行：一是控制單次數(shù)據(jù)采樣所消耗的能量，二是控制采樣頻率。前者可通過采用低功耗器件，從元器件本身有效控制單次數(shù)據(jù)采樣的能量消耗。對(duì)于后者而言，由于傳感器網(wǎng)絡(luò)眾多分布節(jié)點(diǎn)中往往是成組節(jié)點(diǎn)去監(jiān)測(cè)相同的對(duì)象或敏感數(shù)據(jù)，有選擇性地減少單個(gè)節(jié)點(diǎn)的采樣頻率并不會(huì)對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)有效性和完整性造成破壞，只要依據(jù)應(yīng)用需求合理設(shè)置節(jié)點(diǎn)采樣任務(wù)的激活原則，就能在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提下，較好地控制該子系統(tǒng)的能量消耗。