隨著基于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用不斷增多，由于有限的可用功率所導(dǎo)致的折衷方案開(kāi)始受到重視。在電池設(shè)計(jì)或清潔能源取得有效突破之前，設(shè)計(jì)人員為了滿足功耗和使用壽命預(yù)算，必須對(duì)采樣率、信號(hào)分辨率和濾波、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送甚至檢測(cè)的內(nèi)容進(jìn)行明確選擇。對(duì)于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用而言，關(guān)鍵在于獲得更多的電能，或者更加智能地使用電能；在傳感器性能和功耗之間總是存在折衷。
一些應(yīng)用，比如橋梁的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)視，可以采用較大的傳感器節(jié)點(diǎn)，電池尺寸可以相應(yīng)做大，以便達(dá)到5至10年的使用壽命。其它應(yīng)用則要求較小的外形尺寸。針對(duì)傳感應(yīng)用設(shè)計(jì)的智能電源是實(shí)現(xiàn)更小、更便宜的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵。
為了最大限度提高功效，需要專注于檢測(cè)的時(shí)間和內(nèi)容。識(shí)別必須要測(cè)量的特定數(shù)據(jù)，并圍繞這些準(zhǔn)則配置電源參數(shù)。策略性地?cái)?shù)據(jù)捕獲將允許傳感器節(jié)點(diǎn)只記錄需要的數(shù)據(jù)。盡量避免記錄并發(fā)送大量無(wú)用的數(shù)據(jù)。
至于何時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，有多種方案可供選擇，具體取決于應(yīng)用本身。本地步哨傳感器(sentry sensor)——每個(gè)節(jié)點(diǎn)中的低功耗、低性能傳感器——可以在預(yù)定的閾值內(nèi)觀察信號(hào)。步哨傳感器可以觸發(fā)高性能、高分辨率傳感器，記錄分析以捕獲目標(biāo)事件，在任務(wù)完成后將系統(tǒng)重新置回睡眠狀態(tài)。然后，本地步哨傳感器隨即將信號(hào)返回到信號(hào)觀察模式，直到下一個(gè)事件發(fā)生。這樣就允許無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)在節(jié)能的同時(shí)保持其測(cè)量與分析覆蓋率。
低功耗方案
許多供應(yīng)商已經(jīng)發(fā)布了適合執(zhí)行步哨任務(wù)的微型低功耗傳感器。傳感器融合是將許多傳感器變量整合進(jìn)一個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余，因?yàn)橛袝r(shí)需要不同功耗/性能等級(jí)的加速度計(jì)在同一軸中進(jìn)行測(cè)量。
另外一種低功耗方案是使用處于簡(jiǎn)單閾值模式的高性能傳感器。基于電容的加速度計(jì)可以與單個(gè)運(yùn)放電荷檢測(cè)器一起使用。傳感器節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)將使電荷積累到一定閾值，然后自動(dòng)觸發(fā)高性能電子設(shè)備啟動(dòng)并以全分辨率捕獲。一旦事件完成后，延時(shí)電子設(shè)備可以使節(jié)點(diǎn)返回到睡眠模式。
最后，遠(yuǎn)程步哨機(jī)制可以在不顯著降低性能的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在這種“團(tuán)隊(duì)”方法中，傳感器節(jié)點(diǎn)輪流運(yùn)行在滿功率模式下運(yùn)作。當(dāng)領(lǐng)頭節(jié)點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，其它節(jié)點(diǎn)就處于睡眠模式，但以特定間隔檢查告警信號(hào)。當(dāng)發(fā)生告警時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)將被喚醒，并以滿分辨率捕獲數(shù)據(jù)，然后再恢復(fù)到睡眠模式，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
在所有上述這些方案中，快速系統(tǒng)喚醒響應(yīng)時(shí)間是電子設(shè)計(jì)的一個(gè)主要部分，特別是對(duì)于那些要求高性能、低功耗和長(zhǎng)壽命的應(yīng)用。從開(kāi)啟到再次開(kāi)啟(ToT)的過(guò)程中，校準(zhǔn)過(guò)的傳感器偏移和比例因子的穩(wěn)定性成為長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)確保數(shù)據(jù)精度的關(guān)鍵。ToT穩(wěn)定性要求對(duì)傳感器、封裝和系統(tǒng)設(shè)計(jì)備加關(guān)注。
更加智能的傳感器應(yīng)用
目前許多傳感應(yīng)用不要求全天候進(jìn)行高分辨率測(cè)量和分析。例如，監(jiān)視結(jié)構(gòu)健康狀況的時(shí)間間隔通常很長(zhǎng)；人工檢查橋梁的間隔時(shí)間是一至兩年。而采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)代替人工檢查并不需要每毫秒都提供數(shù)據(jù)更新。
針對(duì)這些參數(shù)，設(shè)計(jì)人員可以調(diào)整到更加合理的時(shí)間間隔——1小時(shí)1次，1天1次，1周1次——并增加一種步哨方法來(lái)延長(zhǎng)系統(tǒng)的電池壽命，同時(shí)捕獲必要的數(shù)據(jù)以警示重大的意外事件，例如地震或撞船。
另外一個(gè)節(jié)能環(huán)節(jié)是決定哪些數(shù)據(jù)最重要，并需要捕獲和發(fā)送。在開(kāi)始時(shí)就仔細(xì)設(shè)計(jì)可以讓節(jié)點(diǎn)提供少量但高分辨率的數(shù)據(jù)捕獲，降低創(chuàng)建良好信息所需的性能和功耗等級(jí)�？捎糜趦�(yōu)化的兩個(gè)候選對(duì)象是本地分析和定性檢測(cè)。
確定數(shù)據(jù)處理方案可能是極具挑戰(zhàn)性的工作。例如，在無(wú)人看守的地面?zhèn)鞲衅鲬?yīng)用中(這種裝置可用于周邊安全監(jiān)視或只是簡(jiǎn)單地計(jì)算經(jīng)過(guò)的車輛)，需要記錄全部信號(hào)、花費(fèi)功率存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、并將數(shù)據(jù)發(fā)送給云進(jìn)行分析嗎？或者執(zhí)行本地濾波和分析、并發(fā)送“……汽車、汽車、卡車、自行車……”這類信號(hào)給云而不是發(fā)送很多個(gè)“零”？
在云案例中，存儲(chǔ)資源和增加的處理功率，以及關(guān)聯(lián)來(lái)自多個(gè)傳感器的結(jié)果將需要更深的理解，并存檔潛在事件以供長(zhǎng)期研究。然而，我們不應(yīng)忽視“每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)是一個(gè)內(nèi)核”這個(gè)事實(shí)。
在分布式系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理可以降低在云中發(fā)送和計(jì)算的功耗。云中可用的內(nèi)核數(shù)量雖然更加巨大，但很可能遠(yuǎn)小于大規(guī)模無(wú)線傳感器應(yīng)用的數(shù)量。理解延時(shí)和數(shù)據(jù)使用可以幫助你從傳感器網(wǎng)絡(luò)部署中獲得最長(zhǎng)的電池使用時(shí)間。
分辨率要求
優(yōu)化傳感器功耗的最后一個(gè)領(lǐng)域是判斷真正需要的分辨率水平。在傳感器性能和功耗之間總是存在折衷。然而在許多情況下，測(cè)量正在發(fā)生的事件要比沒(méi)有覺(jué)察更有價(jià)值，即使數(shù)據(jù)是定性的。雖然我們都希望檢測(cè)節(jié)點(diǎn)中盡可能多的變量——只要它不影響成本、尺寸和功耗預(yù)算——但通往真正全功能無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的路徑可能存在于傳感器性能的現(xiàn)實(shí)要求中。
即使是使用低性能傳感器，低成本也能實(shí)現(xiàn)部署的冗余化。更多數(shù)量的傳感器可提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。由于鄰近傳感器都應(yīng)提供相似的讀數(shù)，如果分析判斷數(shù)據(jù)沒(méi)有意義，那么反常數(shù)據(jù)點(diǎn)可以當(dāng)作故障而被丟棄。這將顯著減少系統(tǒng)中的假陽(yáng)性，提高操作的可靠性。例如，你可以使用GPS標(biāo)簽監(jiān)視食品運(yùn)輸。
定性檢測(cè)方法為增加環(huán)境傳感器組合而不影響標(biāo)簽的功耗和成本開(kāi)啟了大門。智能檢測(cè)允許傳感器節(jié)點(diǎn)提供高分辨率結(jié)果，同時(shí)最大限度地延長(zhǎng)電池壽命，更好地觀察測(cè)量?jī)?nèi)容，并幫助用戶根據(jù)了解到的知識(shí)作出實(shí)時(shí)決策。
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