浅谈无线传感器网络应用于深空探测的一些关键技术(2)

    外层空间是一个非常恶劣的环境，由于没有地球大气层和臭氧层的保护，空间温差变化很大，各种辐射强烈，大大小小的流星横行，用于深空探测的无线传感器网络必须能够在恶劣环境(振动、加速度、高真空、低温、粒子辐射等)下工作。因此用于深空探测的无线传感器网络物理层一个极其重要的研究方向是:研究抗强电磁干扰、抗大冲击、高过载、能够适应极高、极低的温度环境的无线传感器网络电路设计方法。
　　2. 2传输层
    现阶段对传输控制的研究主要集中于错误恢复机制。参考文献分析了端到端错误恢复机制在无线多跳网络中的性能。仿真表明，随着无线信道质量的下降(信道错误率从I%上升到50%),端到端错误恢复机制的性能下降很快(发送成功率从90%下降到接近0)。
    目前，用于深空探测的无线传感器网络传输层的研究迫切需要解决的间题有:如何在深空振动、加速度、高真空、低温、粒子辐射等恶劣环境下，在拓扑结构、信道质量动态变化的条件下，为上层应用提供节能、可靠、实时性高的数据传输服务。
　　2. 3能量问题
    能源问题是无线传感器网络面临的最大挑战，传感器节点的小尺寸限制了其携带的能量，进而限制了网络的使用寿命。用于深空探测的无线传感器节点处于无法接近的场所，导致无法频繁的更换节点的电源。
    深空环境下能源问题的解决有以下两个研究方向:
    第一个方向是采用再生能源为节点供电。但是节点所处的环境对再生能源的获取有很大的影响，必须根据不同的环境设计不同的获取再生能源的方法。
    ①对于围绕恒星运转，无阴阳面之分的星球和如月球等有阴阳面之分的星球的阳面，可以考虑利用太阳能电池和温差效益发动机来为节点提供能量。
    ②对于布散在有阴阳面之分的星球阴面的节点，由于不能接受到恒星的能量、常年温度很低，前面所说的太阳能源和温差效益在这种情况下无法利用，可以考虑如图2的一种获取能量的方法:

    如示意图2所示，布散在阴面的节点，可以利用人造行星反射恒星能量，然后利用太阳能源来获得节点的供电。    另外一个方向是从系统的角度采用采取节能措施，可以从以下两方面考虑:
   ①考虑到深空环境的温差变化很大，最低温度可能接近绝对零度。在这种情况下，可以考虑利用半导体材料的超导现象，节约能量。
    ②采用低功耗的能源高效器件、节能措施，从物理层面上延长节点使用寿命。低功耗与能源高效的区别是:低功耗用于度量每种时钟器件所消耗的功率，能源高效则用于度量执行每条指令器件所消耗的功率。
    从系统角度出发节省功耗，需要实现的关键技术有:
    (1)动态功率管理(dynamic power manage-ment，简称DPM)。
    在多数传感器网络的应用中，监测事件具有很强的偶然性，节点上所有的工作单元没有必要时刻保持正常工作状态，处于休眠状态，甚至完全关闭，必要时加以唤醒是一种有效的系统节能方案。
    (2)动态电压调度
    在文献中，有C. Lm等人提出的动态电压调度策略的主要原理是基于负载状态动态调节供电电压来减少系统功耗，并被应用到PDA之类的个人移动设备上。在文献中，提出了如图3所示的功率控制原理图。节点上的嵌人式操作系统负责调度来自不同任务队列的请求接受任务，并实时监控处理器的利用率和任务队列的长度，负载观测器依据这两参数的序列计算负载的标称值W，直流/直流变换器参照该值输出幅度为A的电压，支持处理器的正常工作。这构成了一个典型的闭环反馈系统。控制理论中成熟的方法可以为该系统各个模块的设计提供有力的支持。