1 引言

作为全球未来十大技术之一的网络传感器技术已受到人们的广泛重视。将成百上千的低成本、低功耗、多功能的微型传感器装置组成adhoc微传感器节点，散布在一定的地理区域，协同工作，构成了一个无线传感器网络。无线传感器网络具有自组织、微型化和对外部世界的感知能力，综合了传感器、嵌入式系统、通信和电源等多项新技术。无线传感器网络节点通常由传感器、通信电路和数据处理电路构成，可以放置于工厂设备、农田或战场等危险或人类不便到达的地方完成定位、测量、控制等多种功能，可以在任何时候、任何地点通过数据的收集、处理、分析、散播提供一种崭新的信息通道，使人们获得较为详细、可靠的信息，在工业控制与监测、家庭、电子消费、国家安全、军事领域、交通管理、商业、智能农业、环境监测、医疗健康监测、空间探索等领域有着潜在和广泛的应用需求。

无线传感器网络节点一般是静止不动的，并可能处在野外恶劣环境中，不允许更换电池，因此，无线传感器网络节点的能源管理问题是延长无线网络传感器应用寿命和降低成本的关键，成为无线传感器网络的研究的核心问题之一，涉及到两个方面问题，即供能与耗能问题。因此，要解决无线传感器网络节点的能源管理问题也必须从这两个方面进行深入细致的研究。目前，在解决耗能问题方面研究较多，例如为了有效利用现有能量资源，延长网络的生命周期，研究各种优化的路由通信协议等。像所有生物系统不可能只通过无限地降低自身消耗不补充能量而能够长久维持系统正常状态一样，无线传感器网络节点也不可能仅靠各种优化降耗的方法使得节点长期正常工作下去，当各种措施使得能耗已经降低到一定限度后，人们再努力也将得不到更好的效果。因此，我们必须从能量供应的角度进行研究，采取有效的方法为无线网络传感器提供源源不断的能量供应。如同任何生物系统都能够从周围环境中获取并储存能量那样，无线传感器网络节点也可以从其所处环境中获取并储存能量，所以研究如何从环境中有效地采集和储存能源能量的收集方法越来越受到研究者的重视。

2 对能量收集的要求

无线传感器网络一般由数量庞大的传感器节点组成，并散布于一定区域内，通常采用电池提供能量。但是，由于受到节点体积的限制，所配置的电池能够提供的能量是非常有限的。同时，由于传感器节点经常处在恶劣环境或人员不能到达的环境中，另外传感器节点数量也非常大，因此无法为每个节点更换电池。所以，一个设计全面周到能够长久使用的传感器节点，必须从截流和挖潜两方面采取有效措施，以改善节点的能源供应。所谓截流，就是要采取各种节能机制尽量减少节点的能量消耗，延长节点和网络的寿命。所谓挖潜，就是要采取各种方法为传感器节点补充能量。从一定意义上讲，挖潜比截流更能从根本上解决问题。挖潜的方法就是要从传感器节点所在的环境中获取一切可以利用的能源，即所谓的能量收集。

如图1所示为无线传感器网络节点的能量收集与使用原理框图。能量收集与储存单元从节点所处的环境中收集各种可资利用的能源并储存起来。当节点需要能源时，将能量从储存单元中取出经过变换得到节点上所需使用的总电源VCC，通过VCC供电，节点上的各个元器件获得电源，例如模数转换器、微控制器、射频收发器等，保证传感器的电源需求，实现长期有效的供电。

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