隨著(zhù)基于無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的應用不斷增多，由于有限的可用功率所導致的折衷方案開(kāi)始受到重視。在電池設計或清潔能源取得有效突破之前，設計人員為了滿(mǎn)足功耗和使用壽命預算，必須對采樣率、信號分辨率和濾波、數據存儲和發(fā)送甚至檢測的內容進(jìn)行明確選擇。對于無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)應用而言，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。
一些應用，比如橋梁的結構健康監視，可以采用較大的傳感器節點(diǎn)，電池尺寸可以相應做大，以便達到5至10年的使用壽命。其它應用則要求較小的外形尺寸。針對傳感應用設計的智能電源是實(shí)現更小、更便宜的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的關(guān)鍵。
為了最大限度提高功效，需要專(zhuān)注于檢測的時(shí)間和內容。識別必須要測量的特定數據，并圍繞這些準則配置電源參數。策略性地數據捕獲將允許傳感器節點(diǎn)只記錄需要的數據。盡量避免記錄并發(fā)送大量無(wú)用的數據。
至于何時(shí)進(jìn)行檢測，有多種方案可供選擇，具體取決于應用本身。本地步哨傳感器(sentry sensor)——每個(gè)節點(diǎn)中的低功耗、低性能傳感器——可以在預定的閾值內觀(guān)察信號。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事件，在任務(wù)完成后將系統重新置回睡眠狀態(tài)。然后，本地步哨傳感器隨即將信號返回到信號觀(guān)察模式，直到下一個(gè)事件發(fā)生。這樣就允許無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)系統在節能的同時(shí)保持其測量與分析覆蓋率。
低功耗方案
許多供應商已經(jīng)發(fā)布了適合執行步哨任務(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(xiàn)節點(diǎn)來(lái)實(shí)現冗余，因為有時(shí)需要不同功耗/性能等級的加速度計在同一軸中進(jìn)行測量。
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�；陔娙莸募铀俣扔嬁梢耘c單個(gè)運放電荷檢測器一起使用。傳感器節點(diǎn)的運動(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)電子設備可以使節點(diǎn)返回到睡眠模式。
最后，遠程步哨機制可以在不顯著(zhù)降低性能的前提下實(shí)現節能。在這種“團隊”方法中，傳感器節點(diǎn)輪流運行在滿(mǎn)功率模式下運作。當領(lǐng)頭節點(diǎn)運行時(shí)，其它節點(diǎn)就處于睡眠模式，但以特定間隔檢查告警信號。當發(fā)生告警時(shí)，所有節點(diǎn)將被喚醒，并以滿(mǎn)分辨率捕獲數據，然后再恢復到睡眠模式，從而達到節能的目的。
在所有上述這些方案中，快速系統喚醒響應時(shí)間是電子設計的一個(gè)主要部分，特別是對于那些要求高性能、低功耗和長(cháng)壽命的應用。從開(kāi)啟到再次開(kāi)啟(ToT)的過(guò)程中，校準過(guò)的傳感器偏移和比例因子的穩定性成為長(cháng)時(shí)間內確保數據精度的關(guān)鍵。ToT穩定性要求對傳感器、封裝和系統設計備加關(guān)注。
更加智能的傳感器應用
目前許多傳感應用不要求全天候進(jìn)行高分辨率測量和分析。例如，監視結構健康狀況的時(shí)間間隔通常很長(cháng)；人工檢查橋梁的間隔時(shí)間是一至兩年。而采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )代替人工檢查并不需要每毫秒都提供數據更新。
針對這些參數，設計人員可以調整到更加合理的時(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(cháng)系統的電池壽命，同時(shí)捕獲必要的數據以警示重大的意外事件，例如地震或撞船。
另外一個(gè)節能環(huán)節是決定哪些數據最重要，并需要捕獲和發(fā)送。在開(kāi)始時(shí)就仔細設計可以讓節點(diǎn)提供少量但高分辨率的數據捕獲，降低創(chuàng )建良好信息所需的性能和功耗等級�？捎糜趦�(yōu)化的兩個(gè)候選對象是本地分析和定性檢測。
確定數據處理方案可能是極具挑戰性的工作。例如，在無(wú)人看守的地面傳感器應用中(這種裝置可用于周邊安全監視或只是簡(jiǎn)單地計算經(jīng)過(guò)的車(chē)輛)，需要記錄全部信號、花費功率存儲數據、并將數據發(fā)送給云進(jìn)行分析嗎？或者執行本地濾波和分析、并發(fā)送“……汽車(chē)、汽車(chē)、卡車(chē)、自行車(chē)……”這類(lèi)信號給云而不是發(fā)送很多個(gè)“零”？
在云案例中，存儲資源和增加的處理功率，以及關(guān)聯(lián)來(lái)自多個(gè)傳感器的結果將需要更深的理解，并存檔潛在事件以供長(cháng)期研究。然而，我們不應忽視“每個(gè)傳感器節點(diǎn)是一個(gè)內核”這個(gè)事實(shí)。
在分布式系統中進(jìn)行數據預處理可以降低在云中發(fā)送和計算的功耗。云中可用的內核數量雖然更加巨大，但很可能遠小于大規模無(wú)線(xiàn)傳感器應用的數量。理解延時(shí)和數據使用可以幫助你從傳感器網(wǎng)絡(luò )部署中獲得最長(cháng)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，即使數據是定性的。雖然我們都希望檢測節點(diǎn)中盡可能多的變量——只要它不影響成本、尺寸和功耗預算——但通往真正全功能無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的路徑可能存在于傳感器性能的現實(shí)要求中。
即使是使用低性能傳感器，低成本也能實(shí)現部署的冗余化。更多數量的傳感器可提高數據質(zhì)量。由于鄰近傳感器都應提供相似的讀數，如果分析判斷數據沒(méi)有意義，那么反常數據點(diǎn)可以當作故障而被丟棄。這將顯著(zhù)減少系統中的假陽(yáng)性，提高操作的可靠性。例如，你可以使用GPS標簽監視食品運輸。
定性檢測方法為增加環(huán)境傳感器組合而不影響標簽的功耗和成本開(kāi)啟了大門(mén)。智能檢測允許傳感器節點(diǎn)提供高分辨率結果，同時(shí)最大限度地延長(cháng)電池壽命，更好地觀(guān)察測量?jì)热�，并幫助用�?hù)根據了解到的知識作出實(shí)時(shí)決策。
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