低功耗無(wú)線(xiàn)檢測

圖 2：26 天內 16 個(gè)通道上的數據包投送

channel：通道

Time (days)：時(shí)間 (天)

出于這些原因，WSN 采用多個(gè)通道是至關(guān)重要的。通過(guò)時(shí)間同步和調度將網(wǎng)絡(luò )劃分為多個(gè)時(shí)隙，即可在特定的已知通道上對傳輸進(jìn)行精準的調度，而且通道的選擇能隨著(zhù)每一次傳輸而變更。此外，對網(wǎng)絡(luò )傳輸進(jìn)行調度還可解決“隱性終端問(wèn)題”，并實(shí)際消除網(wǎng)絡(luò )中的沖突。這樣一種機制在超過(guò) 10,000 個(gè) WirelessHART 網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行了現場(chǎng)實(shí)地驗證，通?？蓪?shí)現多年的電池使用壽命和高于 99.9% 的可靠性。

在能量收集方面須考慮的問(wèn)題

一旦 WSN 的功耗要求適當地最小化以后，電源的選擇范圍就變寬了。環(huán)境能源到處都有：光、振動(dòng)和熱量?jì)H僅是這類(lèi)能源的幾個(gè)例子，這類(lèi)能源可以不受限制地得到，并可轉換成充足的電能，以運行低功耗 TSCH WSN。以下例子說(shuō)明了一些實(shí)際的能量收集技術(shù)，這些技術(shù)產(chǎn)生超過(guò) 150µW 的功率，這在 802.15.4e 網(wǎng)絡(luò )中運行一個(gè)典型的 IPv6 路由節點(diǎn)是富富有余了 (例如，Dust Networks 的 SmartMesh™ IP 產(chǎn)品)。

照明 ── 在一個(gè)典型的辦公樓中，大多數區域都有充足的室內光線(xiàn)，可運行低功耗 TSCH WSN。根據美國 General Services Administration (其負責制定美國公共建筑的指引) 提供的數據，更明亮的區域 (例如：工作站區域和閱讀面) 具有 500 lux 的照度。即使在那些被認為是“一般照明”的區域 (比如：大廳、樓梯間以及機械室和通信間) 中，照度至少也達到了 200 lux，而對于大多數會(huì )議室來(lái)說(shuō) 300 lux 則是十分普遍的。就 200 至 300 lux 的光照強度而言，有很多室內小型光伏電池可供使用 (例如：G24i 4100 低照度太陽(yáng)能電池板或 Sanyo AM-1815 室內太陽(yáng)能電池)，其能為運作 802.15.4e TSCH 網(wǎng)絡(luò )中的一個(gè) IPv6 路由器提供足夠的功率。

熱能 ── 熱電發(fā)生器 (TEG) 靠發(fā)熱表面的熱量產(chǎn)生功率，例如通常認為非常熱的常見(jiàn)設備 (例如: 電腦監視器或大電流電動(dòng)機) 產(chǎn)生的廢熱。由于無(wú)線(xiàn)解決方案變得越來(lái)越節能，所以從普遍存在和低至 10ºC 的溫差所產(chǎn)生的能量就可作為能源使用了。以下數據可供參考：身體內部的溫度和室溫之間的典型溫差約為 15º C。

很多能量收集傳感器僅產(chǎn)生幾百毫伏的輸出，因此常常需要升壓型DC/DC 電壓轉換器，以將這類(lèi)輸出轉換至可用的電源電壓范圍。凌力爾特的 LTC3105 等 IC 提供最大功率點(diǎn)控制，以便傳感器以峰值效率工作。LTC3105 還允許給電路增加備份電池。因為這些電路的電池僅在環(huán)境能源不足或不存在時(shí)使用，所以電池壽命可以顯著(zhù)延長(cháng)，從而降低了與更換電池有關(guān)的費用。反過(guò)來(lái)，如果能源出現間歇 (例如，如果周末照明燈或機器關(guān)閉)，那么在能量收集電路中包括備份電池，可以提供更強的保證和電源連續性。

總結

通過(guò)使傳感器的廣泛部署具有實(shí)用性和簡(jiǎn)易性，加快了物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現步伐。對于客戶(hù)和開(kāi)發(fā)人員的群體來(lái)說(shuō)，低功率的可靠無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )將轉化為“無(wú)電線(xiàn) / 無(wú)擔憂(yōu)”。時(shí)間同步的槽隙式多通道系統為 WSN 賦予了客戶(hù)關(guān)鍵型優(yōu)勢：可靠性和全網(wǎng)絡(luò )的低功耗操作。WirelessHART 和 802.15.4e 標準是這種網(wǎng)絡(luò )方案的絕佳體現。低功率運作在選擇電源時(shí)確保了極大的靈活性，并提供了永久供電的可能性。所有這些因素合起來(lái)，使隨處使用傳感器變得容易得多，也實(shí)際得多。