1.4.3　感知节点的限制条件

感知节点是无线传感器网络的基本单元，节点承担着信息采集和路由传递的双重功能。由于无线传感器网络是一个由大规模、低功耗的感知节点组成的协同工作网络，决定了单个感知节点的成本不能太高。由于成本的限制，导致了感知节点有如下限制条件：

1.电源能量有限

通常情况下，传感器感知节点体积很小，携带的能量有限。大量的感知节点被部署在分布范围很广的区域内，导致感知节点不能及时有效地得到能量补充。因此，尽可能高效地使用能量来延长整个网络的生命周期是无线传感器网络的首要目标。

感知节点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步，传感器和处理器模块的功耗变得很低，绝大部分能量消耗集中在无线通信模块上。图1-4所示为感知节点各个模块的能量消耗情况，从图中可以看出节点的绝大部分能量消耗集中在无线通信模块上。据了解，感知节点在100m的距离上传输1bit信息需要的能量大约相当于执行3000条计算指令消耗的能量。

图1-4　感知节点各个模块的能量消耗情况示意图

一般，通信信道可以分四个状态：发送、接收、空闲和睡眠。无线通信模块在空闲状态会一直侦听无线信道的使用情况，检查是否有数据发送给自己，而在睡眠状态则关闭通信模块。从图1-4可以看出，无线通信模块在发送状态消耗的能量最大，睡眠状态消耗的能量最少。因此，为了达到高效使能能量的目标，让不需要通信的模块尽快进入睡眠状态，是传感器网络设计协议时需要重点考虑的问题。

2.通信能力受限

无线通信的能量消耗E与通信距离d的关系如式（1-1）所示。

E=kdn　　（1-1）

式中，k是系数，参数n满足关系2<n<4。n的取值与很多因素有关，例如感知节点部署贴近地面时，障碍物多，干扰大，n的取值就大；无线质量对信号发射质量的影响也很大。通常n为3，即假定通信能耗与距离的三次方成正比。随着通信距离的增加，能耗会急剧增加。有实验数据证明，在满足连通性的前提下应尽量减少长距离传输，改为短距离的多跳传输。一般而言，感知节点的无线通信半径在100m以内比较合适。

3.计算和存储能力有限

感知节点一般是一种微型嵌入式设备，要求它价格低、功耗小，这些限制必然导致其携带的处理器计算能力比较弱，存储容量小。通常情况下，感知节点要完成数据的采集和转换、数据管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作。如何利用有限的计算和存储能力协同完成工作是传感器网络设计必须考虑的问题。