[发明专利]具有环境适应性自动增益调整的传感网节点端

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感网中的扩频无线通信，特别涉及一种具有环境适应性自动增益 调整的传感网节点端。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是涉及多学科高度交叉、知识高度集 成的前沿热点研究领域，它综合了传感器技术、嵌人式计算技术、现代网络及无线通信技术、 分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各 种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到 用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。传感器网络具有十 分广阔的应用前景，在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防 恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的实用价值，已经引起了许多国家学术 界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

然而，无线传感网存在四大受限的问题，即能量受限、通信能力受限、计算和存储能力 受限，其中，能量受限是其最根本的问题，在设计时需给予充分考虑。而无线传输能耗主要 来源于无线模块在收发数据及空闲侦听时的能耗。通常，在网络运行过程中，无线模块可能 处于四种状态：发送、接收、空闲以及睡眠，这四种状态下的能耗是不一样的。请参见图1， 其为无线传感器网络中几种能耗的对比图，该能耗对比图主要针对于无线传感器网络短距离 传输(即10米至100米)场景，这种场景下发送能耗与接收能耗是可比拟的。由图可见，无线 模块的能耗远远超过传感模块及处理模块，而成为主要能耗来源，尤其当无线模块处于空闲 状态时，其能耗几乎等于接收状态的能耗，因此，为了有效节省能量，应该尽可能使无线模 块处于睡眠状态。

请参见图2，其为无线模块的电路结构示意图，其主要包括发送电路、功率放大器及接收 电路等，若定义发送一个bit的总能量消耗为E_b，则E_b满足式：Eb=EelecTx+ERF+EelecRx,]]>其中， E_elec^Tx为发送电路的能耗，E_RF为功率放大器的能耗，E_elec^Rx为接收电路的能耗；若发送速度快， 传输一个bit的时间T_b越小，相应发送电路及接收电路能量消耗E_elec^Tx、E_elec^Tx则越小，但为了 保证期望的误码率性能，功率放大器发射功率越大，相应能量消耗E_RF就越大。请参见图3， 其为E_RF随传输时间T_b 变化图，显然，T_b越大，E_RF就越小。再请参见图4，其为E_elec^Tx和E_elec^Rx随 传输时间T_b变化图，显然，T_b越大，E_elec^Tx和E_elec^Rx就越大。因此，若发送电路及接收电路能耗远 小于功率放大器的能耗，则传输一个bit的总能耗E_b随传输时间T_b变长而趋于下降。若发送 电路及接收电路能耗和功率放大器能耗相当，则E_b随传输时间T_b变化趋于开口向上抛物线， 如图5所示，因此，无论对于长距离通信还是短距离通信，都存在一个最优的传输时间T_b使 得E_b最小。因此，对于传感网的各节点，总是会存在一个最优的传输时间T_b以使能耗最小化。