摘要：基于電池供電的傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點電源無法替換，導致能量消耗問題直接影響網(wǎng)絡的生命周期。本文從硬件構成及運行機制、計算復雜性、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技術層面建立統(tǒng)一的能源消耗量化評估模型，分析能量消耗問題，設計整體性的控制策略，才能保證傳感器網(wǎng)絡能量的有效性。
關鍵詞：傳感器網(wǎng)絡 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)絡日趨成為眾多監(jiān)控系統(tǒng)的通用計算平臺，在眾多領域都有應用價值。目前，國外對傳感器網(wǎng)絡涉及的各個方面進行了深入的研究，國內(nèi)也正逐漸成為研究熱點之一[1,2]。

　　基于電池供電的傳感器網(wǎng)絡通常運行在火山地帶、戰(zhàn)區(qū)等人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環(huán)境之中，網(wǎng)絡節(jié)點的電源更換或再充電等工作通常無法進行。廣泛分布于被測環(huán)境的傳感器節(jié)點既要負責收集敏感數(shù)據(jù)，又要完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚傻裙δ?；而且，攻擊者還可能會利用侵占節(jié)點向網(wǎng)絡中注入大量的虛假數(shù)據(jù)包，致使節(jié)點在傳輸這些數(shù)據(jù)包時耗盡能量而失去效用。因此，網(wǎng)絡節(jié)點電源的無法替換性使能量消耗問題相對于傳感器網(wǎng)絡的其他關鍵技術而言尤為重要；在不影響性能的前提下，設計有效的能量消耗控制策略成為傳感器網(wǎng)絡軟硬件設計中的核心問題。

1 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點組成及其能量分析

　　典型的傳感器網(wǎng)絡體系結構通常由分布的傳感器節(jié)點、接收發(fā)送器、互聯(lián)網(wǎng)和用戶界面等構成。其中，傳感器節(jié)點作為網(wǎng)絡中的獨立工作實體，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轉換器等模塊構成，其主要任務是為其他各個子系統(tǒng)供給能源。

　　電池作為節(jié)點zui主要的能量來源，其性能與容量至關重要。雖然增加電池容量可以延長供電子系統(tǒng)的能量供給時間，但采用有效的再充電技術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)實現(xiàn)持續(xù)性的能量供應。一種新的基于iBean無線技術和“能量獲得”技術、靠感應振蕩能量轉換器工作的iBean無線發(fā)射機[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)，為克服遠程無線傳感器網(wǎng)絡面臨的電池工作時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控制器等構成，主要任務是負責采樣/收集被測控對象的敏感信息，并轉換成相應的數(shù)字信息。

　　理想情況下，傳感子系統(tǒng)自動檢測周期性和非周期性兩類事件時[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方面進行：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。對于后者而言，由于傳感器網(wǎng)絡眾多