The sensor node energy consumption

The sensor node energy consumption can be divided into:

• RF communication, for data and network maintenance;

• processing, e.g., transducer data, self-checks, RTC;

• sensing, e.g., transducer supply, calibration;

• safety devices, e.g., watchdog timer, brown-out detector;

• power down energy required by the node components in

their lowest power consumption mode.

The last three (sensing, safety, and power down) depend mostly

on component selection, while the energy for RF communica-
tion and processing depend mostly on the communication pro-
tocol and the application, respectively.

For the selection of the communication protocol it should

be considered that the sensor nodes of event-driven environ-
mental monitoring applications typically need to periodically

report their health status and to notify alters of field events right

after their detection. Thus, the simplest form of sensor node

communication requirements can be implemented energy- and

cost-effective using a transmit-only radio device.

However, having no radio receive capabilities the sensor

nodes cannot form mesh networks and need to communicate di-
rectly with the receiver (gateway), in a star topology. They also

cannot receive acknowledgments or prevent packet conflicts.

Consequently, the protocol has to include redundant retrans-
missions at the source to keep the message loss acceptable for

the application.

Note the distinction between packet and message. A message

is the data to be conveyed and fits into a packet. Due to packet

loss, the same message can be repeatedly sent using different

packets. The message is received if at least one packet carrying

it is properly received and the receiver should discard message

duplicates.

To examine the redundancy necessary for such a network,

Fig. 3 shows the simulation results for the number of lost “alive”

messages by a gateway monitoring up to 5000 sensor nodes in a

star topology over one year time. Each node sends one heartbeat

packet per hour and the gateway considers that a node is missing

if no heartbeat message is received within a given timeout (the

graph includes plots for timeouts from 30 min to almost 6 h).

It can be seen that with enough transmission redundancy the

false node missing reports due to message loss can be kept very

low. For instance, if the application can accept a 6 h detection

delay of missing (faulty) nodes, then the false report rate (report

normally operating nodes as missing) due to message loss can

be around 1/year for a field with about 1000 sensor nodes.

More generally, a message loss rate of about 1/year can be as-
sumed for an RF space utilization, due to concurrent transmis-
sions, of about 8% packets s packet s

if the message is sent with a redundancy of 6 (the number of

packets that repeat the same message).

In this scenario, the duty cycle of the radio is very low, less

than 0.01% (1 packet of 0.28 s sent every hour). Note that this

assumes a long packet duration for a few bytes payload to min-
imize the receiver error rate (e.g., using 24 bytes preamble, 4

bytes sync word, 4 data bytes, 1200 Baud symbol rate, FEC and

CRC for the packet structure of the widely used Texas Instru-
ments CC1150 device, see Fig. 4).

If the application requires bidirectional sensor node commu-
nications, these need a transceiver. This increases their cost

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เซนเซอร์โหนพลังงานสามารถแบ่งออกเป็น:การสื่อสาร• RF การบำรุงรักษาข้อมูลและเครือข่าย•การประมวลผล เช่น พิกัดข้อมูล ตรวจสอบด้วยตนเอง RTC•ตรวจจับ เช่น พิกัดซัพพลาย สอบเทียบ•อุปกรณ์ความปลอดภัย เช่น เวลาจ้องจับผิด จับน้ำตาลออกพลังงานที่จำเป็น โดยคอมโพเนนต์โหนในปิด•ตนต่ำเปลืองพลังงานสามตัวสุดท้าย (ตรวจ จับ ความปลอดภัย และอำนาจลง) ขึ้นอยู่เป็นส่วนใหญ่ในคอมโพเนนต์เลือก ในขณะที่พลังงานสำหรับ RF communica-ทางการค้าและการประมวลผลส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการสื่อสารโปร-tocol และการประยุกต์ ใช้ ตามลำดับสำหรับการเลือกโพรโทคอลในการสื่อสารควรถือว่า โหนเซ็นเซอร์ของควบคุมเหตุการณ์ environ-การใช้งานการตรวจสอบทางจิตมักต้องเป็นระยะ ๆรายงานสถานะสุขภาพ และแจ้งการเปลี่ยนแปลงของเหตุการณ์ของฟิลด์หลังจากการตรวจจับของพวกเขา ดังนั้น รูปแบบที่ง่ายที่สุดของโหนเซ็นเซอร์ความต้องการการสื่อสารสามารถจะนำพลังงาน - และคุ้มค่าใช้อุปกรณ์วิทยุส่งเท่านั้นอย่างไรก็ตาม มีวิทยุไม่ได้รับความสามารถของเซนเซอร์โหนไม่สามารถรูปแบบเครือข่ายตาข่าย และต้องสื่อสาร di-rectly กับตัวรับ (เกตเวย์), ในโทโพโลยีแบบดาว พวกเขายังไม่ได้รับ acknowledgments หรือป้องกันความขัดแย้งของแพคเก็ตดังนั้น โพรโทคอลมีการรวม retrans ซ้ำซ้อน-ภารกิจที่ต้นทางเพื่อให้การสูญเสียข้อความยอมรับได้แอพลิเคชันหมายเหตุความแตกต่างระหว่างแพคเก็ตกับข้อความ ข้อความข้อมูลเพี้ยนไป และเหมาะกับในแพคเก็ต เนื่องจากแพคเก็ตขาดทุน ข้อความเดียวกันสามารถซ้ำส่งใช้แตกต่างกันแพคเก็ต รับข้อความถ้าหนึ่งน้อยแบกแพคเก็ตอย่างถูกต้องได้รับ และตัวรับสัญญาณควรละทิ้งข้อความซ้ำการตรวจสอบการสำรองสิ่งจำเป็นสำหรับเครือข่ายดังกล่าวรูป 3 แสดงผลการจำลองสำหรับจำนวนที่หายไป "มีชีวิต"ข้อความ โดยเกตเวย์ 5000 ถึงโหนเซ็นเซอร์ในการตรวจสอบการดาวยีปีมากกว่าหนึ่งครั้ง แต่ละโหนส่งหนึ่งเต้นแพคเก็ตต่อชั่วโมงและเป็นประตูที่พิจารณาว่า โหนที่หายไปถ้าไม่มีข้อความ heartbeat ได้รับภายในกำหนดหมดเวลาที่กำหนด(กราฟรวมแปลงสำหรับเอาต์จาก 30 นาทีไปเกือบ 6 ชม.)จะเห็นได้ที่พร้อมด้วยการส่งเพียงพอสามารถเก็บไว้ได้เท็จโหนรายงานเนื่องจากสูญเสียข้อความที่ขาดหายไปมากต่ำ เช่น ถ้าแอพลิเคชันสามารถยอมรับการตรวจหา 6 hความล่าช้าขาดโหน (ชำรุด) จากนั้นรายงานเท็จอัตรา (รายงานปกติการทำงานโหนเป็นขาด) เนื่องจากสูญเสียข้อความสามารถรอบ 1 ปีสำหรับฟิลด์กับโหนเซ็นเซอร์ 1,000 ได้โดยทั่วไป ข้อความสูญเสียในอัตรา 1 ปีเกี่ยวกับสามารถ-sumed สำหรับตัว RF การใช้พื้นที่ เนื่องจากเกิดขึ้นพร้อมกัน transmis-sions ประมาณ 8% แพ็คเก็ต s s แพ็คเก็ตถ้ามีส่งข้อความกับสำรอง 6 จำนวนแพคเก็ตที่ทำซ้ำข้อความเดียวกัน)ในสถานการณ์นี้ รอบหน้าที่ของวิทยุจะต่ำมาก น้อยกว่า 0.01% (๑ 0.28 s ส่งทุกชั่วโมง) หมายเหตุว่านี้สันนิษฐานเป็นระยะเวลานานแพคเก็ตสำหรับน้ำหนักบรรทุกไบต์กี่นาที-imize อัตราข้อผิดพลาดตัวรับสัญญาณ (เช่น โดยใช้การเริ่มนำ 24 ไบต์ 4ไบต์ที่ซิงค์ word ไบต์ข้อมูล 4, 1200 สัญลักษณ์ อัตราบอด FEC และสำหรับโครงสร้างของแพคเก็ตของที่ใช้กันแพร่หลายเท็กซัสเป็นตราสารอนุพันธ์ - CRCโฆษณาอุปกรณ์ CC1150 ดูรูปที่ 4)ถ้าโปรแกรมประยุกต์ต้องแบบสองทิศทางเซ็นเซอร์โหนสารสนเทศ-nications เหล่านี้ต้องการตัวรับส่งสัญญาณ เพิ่มทุน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การใช้พลังงานเซ็นเซอร์โหนดสามารถแบ่งออกเป็น: •การสื่อสาร RF สำหรับข้อมูลและการบำรุงรักษาเครือข่าย•การประมวลผลเช่นข้อมูล transducer ตรวจสอบตนเอง RTC; •ตรวจจับเช่นอุปทาน transducer สอบเทียบ; •อุปกรณ์ความปลอดภัยเช่น เวลาจ้องจับผิดตรวจจับสีน้ำตาลออก•กำลังลงพลังงานที่จำเป็นโดยส่วนประกอบโหนดในโหมดต่ำสุดของพวกเขาใช้พลังงาน. ล่าสุดสาม (การตรวจจับความปลอดภัยและการใช้พลังงานลง) ขึ้นอยู่ส่วนใหญ่ในการเลือกองค์ประกอบในขณะที่พลังงานสำหรับคลื่นความถี่วิทยุสื่อสารการ และการประมวลผลขึ้นอยู่ส่วนใหญ่ในการสื่อสารโปรโปรโตคอลและการประยุกต์ใช้ตามลำดับ. สำหรับการเลือกของโปรโตคอลการสื่อสารที่มันควรจะได้รับการพิจารณาว่าโหนดเซ็นเซอร์ของเหตุการณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยสภาพแวดล้อมการใช้งานการตรวจสอบทางจิตมักจะต้องเป็นระยะรายงานสถานะสุขภาพของพวกเขาและเพื่อ แจ้ง alters ของเหตุการณ์ที่สนามด้านขวาหลังจากการตรวจสอบของพวกเขา ดังนั้นรูปแบบที่ง่ายของเซ็นเซอร์โหนดต้องการการสื่อสารสามารถดำเนินการพลังงานและค่าใช้จ่ายที่มีประสิทธิภาพโดยใช้อุปกรณ์วิทยุส่งเท่านั้น. แต่มีวิทยุไม่ได้รับความสามารถในการเซ็นเซอร์โหนดไม่สามารถฟอร์มเครือข่ายตาข่ายและต้องสื่อสารดิrectly กับ รับ (เกตเวย์) ในโครงสร้างดาว พวกเขายังไม่ได้รับการตอบรับหรือป้องกันความขัดแย้งแพ็คเก็ต. ดังนั้นโปรโตคอลมีการรวม retrans- ซ้ำซ้อนภารกิจที่แหล่งที่มาเพื่อให้การสูญเสียข้อความที่ยอมรับได้สำหรับแอพลิเคชัน. หมายเหตุ: ความแตกต่างระหว่างแพ็คเก็ตและข้อความ ข้อความที่เป็นข้อมูลที่จะถ่ายทอดและควรเป็นแพ็คเก็ต เนื่องจากแพ็คเก็ตสูญเสียข้อความเดียวกันสามารถส่งซ้ำ ๆ โดยใช้ที่แตกต่างกันแพ็คเก็ต ได้รับข้อความถ้าอย่างน้อยหนึ่งแพ็คเก็ตแบกที่ได้รับอย่างถูกต้องและรับควรทิ้งข้อความที่ซ้ำกัน. เพื่อตรวจสอบความซ้ำซ้อนที่จำเป็นสำหรับเครือข่ายดังกล่าวเป็นรูป 3 แสดงผลการจำลองสำหรับจำนวนที่หายไป "ยังมีชีวิตอยู่ที่" ข้อความโดยเกตเวย์การตรวจสอบถึง 5000 โหนดเซ็นเซอร์ในเป็นโครงสร้างดาวเมื่อเวลาผ่านไปหนึ่งปี แต่ละโหนดส่งหนึ่งในการเต้นของหัวใจแพ็คเก็ตต่อชั่วโมงและเกตเวย์พิจารณาแล้วเห็นว่าโหนดจะหายไปหากไม่มีข้อความเต้นของหัวใจจะได้รับภายในหมดเวลาที่กำหนด (คนกราฟรวมถึงการลงจุดหมดเวลา 30 นาทีถึงเกือบ 6 ชั่วโมง). มันจะเห็นได้ว่ามีมากพอ ส่งซ้ำซ้อนโหนดเท็จรายงานเนื่องจากการสูญเสียข้อความที่หายไปจะถูกเก็บไว้มากต่ำ ตัวอย่างเช่นถ้าแอพลิเคชันสามารถยอมรับการตรวจสอบ 6 ชั่วโมงความล่าช้าของการขาดหายไป (ผิดพลาด) โหนดแล้วอัตราการรายงานเท็จ (รายงานเนื่องจากการสูญเสียข้อความปกติโหนดเป็นที่ขาดหายไปในการดำเนินงาน) จะอยู่ที่ประมาณ 1 / ปีสำหรับเขตที่มีประมาณ 1000 เซ็นเซอร์ โหนด. โดยทั่วไปอัตราการสูญเสียข้อความประมาณ 1 / ปีสามารถจำาทุโภชนาการสำหรับการใช้พื้นที่ RF เนื่องจาก transmis- พร้อมกันsions ประมาณ 8% แพ็คเก็ตแพ็คเก็ต s s ถ้าข้อความจะถูกส่งไปพร้อมกับความซ้ำซ้อนของ 6 (จำนวนแพ็คเก็ตที่ทำซ้ำข้อความเดียวกัน). ในสถานการณ์สมมตินี้รอบการทำงานของวิทยุต่ำมากน้อยกว่า 0.01% (1 แพ็คเก็ตของ 0.28 s ส่งทุกชั่วโมง) โปรดทราบว่านี้ถือว่าระยะเวลานานสำหรับแพ็คเก็ตน้ำหนักบรรทุกไม่กี่ไบต์ min- imize อัตราความผิดพลาดรับ (เช่นการใช้ 24 ไบต์คำนำ 4 ไบต์คำซิงค์, 4 ไบต์ข้อมูล 1200 Baud Rate สัญลักษณ์ FEC และซีอาร์ซีโครงสร้างแพ็คเก็ต ใช้กันอย่างแพร่หลายเท็กซัสเป็นเครื่องอุปกรณ์ ments CC1150 ดูรูป. 4). ถ้าสมัครต้องมีแบบสองทิศทางเซ็นเซอร์โหนดแล้วแต่nications เหล่านี้ต้องส่งสัญญาณ นี้จะเพิ่มค่าใช้จ่ายของพวกเขา

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เซ็นเซอร์โหนดพลังงานสามารถแบ่งออกเป็น :- การสื่อสาร RF สำหรับข้อมูลและการบำรุงรักษาเครือข่ายบริการประมวลผล เช่น ตัวแปลงสัญญาณข้อมูล , ตรวจสอบ , RTC ตนเองบริการตรวจวัด เช่น ทรานสดิวเซอร์จัดหาสอบเทียบ ;อุปกรณ์ความปลอดภัย , - เช่น เตือนภัย สีน้ำตาลออกตรวจจับ ;- พลังงานที่ต้องใช้พลังงานลงโดยโหนดองค์ประกอบการใช้พลังงานต่ำโหมดล่าสุดสาม ( sensing , ความปลอดภัย , และพลังงานลง ) ขึ้นอยู่เป็นส่วนใหญ่ในการเลือกส่วนประกอบ ขณะที่พลังงาน RF การสื่อสาร -tion และการประมวลผลขึ้นอยู่กับการสื่อสารมืออาชีพโทคอลและโปรแกรมตามลำดับสำหรับการเลือกของโปรโตคอลการสื่อสารมันควรจะพิจารณาว่าเซ็นเซอร์โหนดของสิ่งแวดล้อม - เหตุการณ์ขับเคลื่อนโปรแกรมการตรวจสอบทางจิตมักจะต้องเป็นระยะ ๆรายงานสถานะสุขภาพของพวกเขาและการแจ้งเปลี่ยนแปลงเหตุการณ์ด้านขวาหลังจากการตรวจสอบของพวกเขา ดังนั้น รูปแบบที่ง่ายที่สุดของโหนดเซ็นเซอร์ความต้องการใช้พลังงานและการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพการส่งอุปกรณ์วิทยุเท่านั้นอย่างไรก็ตาม ไม่มีวิทยุ รับ ความสามารถ เซ็นเซอร์โหนดเครือข่ายตาข่ายไม่ได้ฟอร์ม และต้องการสื่อสารตี้rectly ให้กับผู้รับ ( Gateway ) ในดาวโทโพโลยี พวกเขายังไม่สามารถรับกิตติกรรมประกาศหรือป้องกันไม่ให้เกิดความขัดแย้งด้วยดังนั้นโปรโตคอลมีการรวม retrans - แทนภารกิจที่แหล่งที่มาเพื่อให้ข้อความสูญเสียที่ยอมรับได้สำหรับโปรแกรมทราบความแตกต่างระหว่างแพ็กเก็ตและข้อความ ข้อความเป็นข้อมูลที่จะถ่ายทอด และเหมาะกับเป็นแพ็คเก็ต เนื่องจากแพ็กเก็ตการสูญเสีย , ข้อความเดียวกันสามารถใช้ซ้ำ ๆส่งที่แตกต่างกันแพ็กเก็ต ข้อความที่ได้รับอย่างน้อยหนึ่งซอง แบกมันเป็นที่ได้รับอย่างถูกต้อง และผู้รับก็ควรจะทิ้งข้อความซ้ำกันตรวจสอบความซ้ำซ้อนจำเป็นเช่นเครือข่ายรูปที่ 3 แสดงผลสำหรับหมายเลขของหาย " มีชีวิตอยู่ "ข้อความโดยสามารถติดตามได้ถึง 5 , 000 เซนเซอร์โหนดในระดับโครงสร้างในช่วงเวลาหนึ่งปี แต่ละโหนดจะส่งหนึ่งของการเต้นของหัวใจซองต่อชั่วโมงและเกตเวย์เห็นว่าปม หายไปถ้าไม่เต้นข้อความจะได้รับภายในให้หมดเวลา (กราฟประกอบด้วยแปลงหมดเวลา 30 นาทีเกือบ 6 ชั่วโมง )จะเห็นได้ว่า มีเพียงพอ การส่งซ้ำซ้อนที่รายงานเท็จโหนดที่ขาดหายไปเนื่องจากการสูญเสียข้อความสามารถเก็บไว้มากต่ำ ตัวอย่างเช่น ถ้าโปรแกรมสามารถรับ 6 ชม. การตรวจจับการขาดหายไป ( ผิดพลาด ) โหนดแล้วเท็จรายงานคะแนน ( รายงานปกติใช้โหนดเป็นหายไป ) เนื่องจากการสูญเสียข้อความสามารถรอบ 1 / ปี สนามมีประมาณ 1000 เซนเซอร์โหนดโดยทั่วไปข้อความอัตราการสูญเสียประมาณ 1 ปีได้ -สุเมดสำหรับ RF การใช้พื้นที่ เนื่องจากการ transmis -sions ประมาณ 8 % S , แพ็คเก็ตแพ็คเก็ตของถ้าข้อความที่ส่งไปกับความซ้ำซ้อนของ 6 ( จำนวนแพ็คเก็ตที่ย้ำข้อความเดียวกัน )ในสถานการณ์สมมตินี้ หน้าที่วงจรวิทยุน้อยมาก น้อยกว่ากว่า 0.01 ( 1 ซองเท่ากับ s ส่งทุกชั่วโมง ) หมายเหตุว่าถือว่ายาว packet payload ระยะเวลาไม่กี่ไบต์เพื่อมินimize ตัวรับอัตราความผิดพลาด เช่น การใช้คำนำ , 24 ไบต์ 4ซิงค์ข้อมูล 4 ไบต์ไบต์คำ 1200 baud อัตราเรื่องสัญลักษณ์ , และสเปรย์สำหรับแพ็คเก็ตโครงสร้างของชุดอุปกรณ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย - เท็กซัสments cc1150 อุปกรณ์ ดูรูปที่ 4 )ถ้าใช้ต้องใช้สองโหนดกา - เซ็นเซอร์nications เหล่านี้ต้องการทรานซีฟเวอร์ นี้จะเพิ่มค่าใช้จ่ายของพวกเขา