隨著基于無線傳感器節(jié)點的應用不斷增多，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(shù)據(jù)存儲和發(fā)送甚至檢測的內容進行明確選擇。對于無線傳感器節(jié)點應用而言，關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(jiān)視，可以采用較大的傳感器節(jié)點，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現(xiàn)更小、更便宜的無線傳感器節(jié)點的關鍵。
為了最大限度提高功效，需要專注于檢測的時間和內容。識別必須要測量的特定數(shù)據(jù)，并圍繞這些準則配置電源參數(shù)。策略性地數(shù)據(jù)捕獲將允許傳感器節(jié)點只記錄需要的數(shù)據(jù)。盡量避免記錄并發(fā)送大量無用的數(shù)據(jù)。
至于何時進行檢測，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)——每個節(jié)點中的低功耗、低性能傳感器——可以在預定的閾值內觀察信號。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返回到信號觀察模式，直到下一個事件發(fā)生。這樣就允許無線傳感器節(jié)點系統(tǒng)在節(jié)能的同時保持其測量與分析覆蓋率。
低功耗方案
許多供應商已經發(fā)布了適合執(zhí)行步哨任務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一個無線節(jié)點來實現(xiàn)冗余，因為有時需要不同功耗/性能等級的加速度計在同一軸中進行測量。
另外一種低功耗方案是使用處于簡單閾值模式的高性能傳感器。基于電容的加速度計可以與單個運放電荷檢測器一起使用。傳感器節(jié)點的運動將使電荷積累到一定閾值，然后自動觸發(fā)高性能電子設備啟動并以全分辨率捕獲。一旦事件完成后，延時電子設備可以使節(jié)點返回到睡眠模式。
最后，遠程步哨機制可以在不顯著降低性能的前提下實現(xiàn)節(jié)能。在這種“團隊”方法中，傳感器節(jié)點輪流運行在滿功率模式下運作。當領頭節(jié)點運行時，其它節(jié)點就處于睡眠模式，但以特定間隔檢查告警信號。當發(fā)生告警時，所有節(jié)點將被喚醒，并以滿分辨率捕獲數(shù)據(jù)，然后再恢復到睡眠模式，從而達到節(jié)能的目的。
在所有上述這些方案中，快速系統(tǒng)喚醒響應時間是電子設計的一個主要部分，特別是對于那些要求高性能、低功耗和長壽命的應用。從開啟到再次開啟(ToT)的過程中，校準過的傳感器偏移和比例因子的穩(wěn)定性成為長時間內確保數(shù)據(jù)精度的關鍵。ToT穩(wěn)定性要求對傳感器、封裝和系統(tǒng)設計備加關注。
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行高分辨率測量和分析。例如，監(jiān)視結構健康狀況的時間間隔通常很長；人工檢查橋梁的間隔時間是一至兩年。而采用無線傳感器網(wǎng)絡代替人工檢查并不需要每毫秒都提供數(shù)據(jù)更新。
針對這些參數(shù)，設計人員可以調整到更加合理的時間間隔——1小時1次，1天1次，1周1次——并增加一種步哨方法來延長系統(tǒng)的電池壽命，同時捕獲必要的數(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。在開始時就仔細設計可以讓節(jié)點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。可用于優(yōu)化的兩個候選對象是本地分析和定性檢測。
確定數(shù)據(jù)處理方案可能是極具挑戰(zhàn)性的工作。例如，在無人看守的地面?zhèn)鞲衅鲬弥?這種裝置可用于周邊安全監(jiān)視或只是簡單地計算經過的車輛)，需要記錄全部信號、花費功率存儲數(shù)據(jù)、并將數(shù)據(jù)發(fā)送給云進行分析嗎？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……”這類信號給云而不是發(fā)送很多個“零”？
在云案例中，存儲資源和增加的處理功率，以及關聯(lián)來自多個傳感器的結果將需要更深的理解，并存檔潛在事件以供長期研究。然而，我們不應忽視“每個傳感器節(jié)點是一個內核”這個事實。
在分布式系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)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(shù)量雖然更加巨大，但很可能遠小于大規(guī)模無線傳感器應用的數(shù)量。理解延時和數(shù)據(jù)使用可以幫助你從傳感器網(wǎng)絡部署中獲得最長的電池使用時間。
分辨率要求
優(yōu)化傳感器功耗的最后一個領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)生的事件要比沒有覺察更有價值，即使數(shù)據(jù)是定性的。雖然我們都希望檢測節(jié)點中盡可能多的變量——只要它不影響成本、尺寸和功耗預算——但通往真正全功能無線傳感器節(jié)點的路徑可能存在于傳感器性能的現(xiàn)實要求中。
即使是使用低性能傳感器，低成本也能實現(xiàn)部署的冗余化。更多數(shù)量的傳感器可提高數(shù)據(jù)質量。由于鄰近傳感器都應提供相似的讀數(shù)，如果分析判斷數(shù)據(jù)沒有意義，那么反常數(shù)據(jù)點可以當作故障而被丟棄。這將顯著減少系統(tǒng)中的假陽性，提高操作的可靠性。例如，你可以使用GPS標簽監(jiān)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啟了大門。智能檢測允許傳感器節(jié)點提供高分辨率結果，同時最大限度地延長電池壽命，更好地觀察測量內容，并幫助用戶根據(jù)了解到的知識作出實時決策。
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