LTE傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù)研究

1、 編編 號(hào)：號(hào)： 審定成績(jī)：審定成績(jī)： 重慶郵電大學(xué)重慶郵電大學(xué)自考本科畢業(yè)論文自考本科畢業(yè)論文專專 業(yè)：業(yè)： 通信工程通信工程 論文題目：論文題目：LTE 傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù)研究傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù)研究準(zhǔn)考證號(hào)：準(zhǔn)考證號(hào)： 01181 姓姓 名：名： . 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 工作單位或家庭地址：工作單位或家庭地址： 聯(lián)系電話：聯(lián)系電話： 13.3 重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 1 -摘摘 要要功率控制技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)面向?qū)嶋H應(yīng)用的核心支撐技術(shù)，與網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥B通、能量效率、吞吐量、實(shí)時(shí)性等性能均有顯著影響，是當(dāng)前研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn),也是促使其實(shí)用化的重要支撐技術(shù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

2、獨(dú)特的性能特點(diǎn)和技術(shù)要求,使得許多傳統(tǒng)功率控制算法無(wú)法直接應(yīng)用于實(shí)際工程環(huán)境。分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制機(jī)制,歸納總結(jié)了設(shè)計(jì)原則和分類方法,詳細(xì)介紹了當(dāng)前典型功率控制算法的核心機(jī)制,并比較分析了這些算法的類別、特點(diǎn)和性能差異以及存在的缺陷。最后結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)的研究現(xiàn)狀以及作者的研究體會(huì),指出了限制無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)用化的問(wèn)題所在,提出了基于實(shí)驗(yàn)研究和統(tǒng)計(jì)分析方法建立自適應(yīng)功率控制模型與實(shí)現(xiàn)策略的重要性。 【關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 自組織網(wǎng)絡(luò) 功率控制 協(xié)議設(shè)計(jì) 實(shí)用化重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 2 -ABSTRACTPower control is one of the suppo

3、rting technologies in wireless sensor networks, and has become the research focus because of its multiple benefits on topology control, network connectivity, energy-efficient, throughput, latency-sensitive and etcSince the performance traits and technique request, many traditional power control prot

4、ocols can not be adapted for wireless sensor network directly. After analyzing the power control mechanisms in wireless sensor networks, the design principles and the classification standards are presented in this paper. Then the fundamental mechanism of existing representative power control protoco

5、ls are analyzed in detail, and their classifications, characteristics and performance are compared adequately. Finally, by including the status of current research development and the authors research experience, the restrictions to the practical applications of wireless sensor networks are summariz

6、ed, and the importance of establishing the adaptive power control model which based on empirical studies and data analysis method are pointed out.【Key words】：wireless sensor networks ad hoc networks power control protocol design practicality重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 3 -目目 錄錄前 言.1第一章 傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù)解析.2第一節(jié) 功率控制對(duì)

7、網(wǎng)絡(luò)能量有效性的影響.2第二節(jié) 功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響.2第三節(jié) 功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)平均競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度的影響.3第四節(jié) 功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的影響.3第五節(jié) 功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性的影響.3第二章 典型的功率控制協(xié)議與算法.6第一節(jié) 網(wǎng)絡(luò)級(jí)功率控制 .7一、CPC 協(xié)議 .7二、COMPOW 協(xié)議.7第二節(jié) 鄰居節(jié)點(diǎn)級(jí)功率控制.8一、CLUSTERPOW 和 CLUSTERPOW-DSDV .8二、LAPC 和 RPAR 一些應(yīng)用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能要求.9三. 優(yōu)化鄰居節(jié)點(diǎn)選取的功率控制協(xié)議.10第三節(jié) 獨(dú)立節(jié)點(diǎn)級(jí)功率控制.11一、BASIC 和 PARO .11二、PCM 和 DPC.11三

8、、PCDC .12四、PCMA.13五、DEMAC .13六、SHUSH.14七、POWMAC.14八、PCSMAC.15第三章 功率控制對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?、網(wǎng)絡(luò)層和 MAC 層的影響分析.17第四章 基于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù).19重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 4 -第五章 算法比較與分析.22結(jié) 論.24致 謝.26參考文獻(xiàn).27重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1前前 言言當(dāng)今世界，各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，給人們的生活帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響，它極大的改善我們的生活方式。綜合了無(wú)線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless

9、sensor networks,簡(jiǎn)稱 WSNs)已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。.近年來(lái)，隨著研究的深入，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)獲得了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,應(yīng)用針對(duì)性也越來(lái)越強(qiáng)，并衍生出了無(wú)線傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò) (wireless sensor and actor networks,簡(jiǎn)稱 WSANs)、多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò) (multimedia sensor networks,簡(jiǎn)稱 MSNs)等多種新型傳感器網(wǎng)絡(luò)體系.新型傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)于應(yīng)用相關(guān)的要求更加嚴(yán)格，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)了新的特點(diǎn)和方向，并為現(xiàn)階段及未來(lái)的研究工作提出了新的挑戰(zhàn)。

10、隨著集成工藝電路的進(jìn)步，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中處理器和傳感器模塊的功耗變得很低，絕大部分能量都消耗在通信模塊上，.功率控制技術(shù)可有效減少通信中的能量消是延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的有效手段。此外，它對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂婆c連通性、吞吐量、消息傳遞的實(shí)時(shí)性等系統(tǒng)性能具有顯著的影響，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層、MAC 層或跨層協(xié)議的設(shè)計(jì)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，為系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量(quality of service 簡(jiǎn)稱 QoS)的提升提供有效途徑.因此可以說(shuō)，功率控制技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能否成功應(yīng)用的核心支撐技術(shù)。本文分析總結(jié)了近年來(lái)這一領(lǐng)域所取得的研究進(jìn)展和成果，第 1 章闡述解析了傳感器網(wǎng)絡(luò)中的功率控制技，.第 2 章詳細(xì)介紹和討

11、論了一些典型的功率控制算法，第 3 章總結(jié)了功率控制技術(shù)對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?、網(wǎng)絡(luò)層和 MAC 層的影響，第 4 章介紹了實(shí)際環(huán)境中的功率控制技術(shù)和應(yīng)用成果，第 5 章對(duì)現(xiàn)有的典型功率控制協(xié)議算法進(jìn)行了比較分析，結(jié)論對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)并指出了未來(lái)研究的發(fā)展方向和面臨的挑戰(zhàn)。重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2第一章第一章 傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù)解析傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù)解析 無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的功率控制問(wèn)題是指分布式系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)在無(wú)線通信過(guò)程中選擇最恰當(dāng)?shù)墓β始?jí)發(fā)送分組,以此達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相關(guān)性能的目的.由于節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率級(jí)的選擇對(duì)于網(wǎng)絡(luò)多方面的性能均會(huì)產(chǎn)生影響,因此,網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)采用多大的功率級(jí)發(fā)

12、送分組是一個(gè)非常復(fù)雜并具有挑戰(zhàn)性的課題,功率控制對(duì)于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的性能影響顯著。第一節(jié)第一節(jié) 功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)能量有效性的影響功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)能量有效性的影響功率控制對(duì)于網(wǎng)絡(luò)能量有效性的影響包括降低節(jié)點(diǎn)發(fā)射功耗和減少網(wǎng)絡(luò)整體能量消耗。在節(jié)點(diǎn)分組傳遞過(guò)程中，功率控制可通過(guò)信道估計(jì)或反饋控制信息,在保證信道連通的條件下策略性地降低發(fā)射功率的富余量，從而減少發(fā)射端節(jié)點(diǎn)的能量消耗。隨著發(fā)送端節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率降低，其所能影響到的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量也隨之減少，從而節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)中與此次通信不相關(guān)節(jié)點(diǎn)的接收能量消耗，達(dá)到減少網(wǎng)絡(luò)整體能量消耗的目的。第二節(jié)第二節(jié) 功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性和拓

13、撲結(jié)構(gòu)的影響網(wǎng)絡(luò)的連通性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均與發(fā)射功率的大小有關(guān).節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率過(guò)低,則會(huì)使部分節(jié)點(diǎn)無(wú)法建立通信連接,造成網(wǎng)絡(luò)的割裂;而發(fā)送功率過(guò)大,雖然保證了網(wǎng)絡(luò)的連通,但會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度增大,從而使得網(wǎng)絡(luò)不僅在節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率上消耗過(guò)多能量,還會(huì)因?yàn)楦吒?jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟包或重傳造成網(wǎng)絡(luò)整體能耗的增加及性能的降低.網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可通過(guò)功率控制和骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)選擇,剔除節(jié)點(diǎn)之間不必要的通信鏈路,形成一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),或者在滿足網(wǎng)絡(luò)連通重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3度的前提下,選擇節(jié)點(diǎn)最優(yōu)的單跳可達(dá)鄰居數(shù)目.通過(guò)功率控制技術(shù)來(lái)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮匦?主要就是通過(guò)尋求最優(yōu)的傳送功率及相應(yīng)的控制策略

14、,在保證網(wǎng)絡(luò)通信連通的同時(shí)優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從而達(dá)到滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相關(guān)性能的要求。第三節(jié)第三節(jié) 功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)平均競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度的影響功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)平均競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度的影響 節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率大小影響著網(wǎng)絡(luò)的平均競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度.設(shè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)密度為 ,發(fā)射半徑為 r,則發(fā)射節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量為 r2,由于任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)的流量與 1/r 成正比,因此可得網(wǎng)絡(luò)的平均競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度與節(jié)點(diǎn)的發(fā)射半徑 r 成正比.功率控制則可通過(guò)降低網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率減小網(wǎng)絡(luò)中的沖突域,降低網(wǎng)絡(luò)的平均競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度。第四節(jié)第四節(jié) 功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的影響功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的影響功率控制對(duì)于網(wǎng)絡(luò)容量的影響一方面表現(xiàn)在可有效減少數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)所能影響的鄰居節(jié)

15、點(diǎn)的數(shù)量,允許網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行更多的并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸;另一方面,由于節(jié)點(diǎn)通信的傳輸范圍越大,網(wǎng)絡(luò)中的沖突就會(huì)越多,節(jié)點(diǎn)通信更容易發(fā)生數(shù)據(jù)丟包或重傳,通過(guò)功率控制技術(shù)可有效減小網(wǎng)絡(luò)中的沖突域,從而降低通信沖突的概率.功率控制在這兩方面的作用均有助于網(wǎng)絡(luò)容量的提升。第五節(jié) 功率控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性的影響無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)采用多跳路由的方式對(duì)消息進(jìn)行傳遞,分組的每一跳均會(huì)經(jīng)歷處理延時(shí)、傳播延遲和隊(duì)列延遲等 3 個(gè)階段.處理延時(shí) Tproc 包括接收機(jī)接收分組、解碼以及重傳分組所需要的時(shí)間,傳播延時(shí) Tprop 是分組在介質(zhì)中傳播所消耗的時(shí)間,隊(duì)列延時(shí) Tqueu 則是分組由于在隊(duì)列中排隊(duì)等待所造成的延時(shí).設(shè)網(wǎng)絡(luò)中分組

16、傳遞所需的路由跳數(shù)為 N,則端到端(end-to-end)的分組延時(shí)如公式重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4(1)所示：Tend=(Tproc+Tprop+Tqueu)N (1) 在網(wǎng)絡(luò)中較低的發(fā)射功率需要較多的路由跳數(shù)才能到達(dá)目的節(jié)點(diǎn);而較高的發(fā)射功率則可有效減少源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間分組傳遞所需的跳數(shù).分組的處理延時(shí)正比于路由的跳數(shù),隊(duì)列延時(shí)反比于網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度,而傳播延時(shí)受網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的影響較小.由此可見,高發(fā)射功率會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)的隊(duì)列延時(shí),而低發(fā)射功率則會(huì)增長(zhǎng)分組的處理延時(shí).文獻(xiàn)7對(duì)不同功率級(jí)下的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性表現(xiàn)作出了實(shí)驗(yàn)分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在高負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中,分組的處理延時(shí)占主導(dǎo)地位,低發(fā)射功率網(wǎng)絡(luò)

17、具有較好的實(shí)時(shí)性;而在低負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中,隊(duì)列延時(shí)將占主導(dǎo)地位,應(yīng)用高發(fā)射功率的網(wǎng)絡(luò)則會(huì)取得較好的實(shí)時(shí)性.基于上述分析,功率控制可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),策略性的改變節(jié)點(diǎn)的發(fā)射距離,從而使網(wǎng)絡(luò)具有較好的實(shí)時(shí)性能。功率控制技術(shù)可運(yùn)用于多種通信網(wǎng)絡(luò)中(如蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、WLAN、MANET、傳感器網(wǎng)絡(luò)等),但由于系統(tǒng)的應(yīng)用目的不同,功率控制所起的作用也不盡相同.Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的研究工作起步相對(duì)較早,研究者們對(duì)于功率控制在Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用已經(jīng)開展了大量的研究工作,并取得了許多階段性的研究成果.Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)是一種面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò),因此,功率控制在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用主要以提高系統(tǒng)容量,為用

18、戶提供數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量保證為目的和設(shè)計(jì)原則。 傳感器網(wǎng)絡(luò)在某種程度上可以被視為一種特殊的 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò),功率控制同樣可被引入到傳感器網(wǎng)絡(luò)中以改善網(wǎng)絡(luò)的性能.然而,兩者之間雖然存在著一些相似之處,但也同時(shí)存在著很大的差別4:傳感器網(wǎng)絡(luò)是集成了監(jiān)測(cè)、控制以及無(wú)線通信的資源受限型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),傳感器節(jié)點(diǎn)具有的能量、處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力等都十分有限,能源的高效使用是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo).資源受限、大規(guī)模使用、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)等傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的系統(tǒng)特性和現(xiàn)實(shí)約束使得一些為 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的功率控制協(xié)議和算法并不能直接適用.但是,由于功率控制對(duì)于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)多個(gè)方面的性能均具有顯著影

19、響,因此,國(guó)內(nèi)外不少研究已經(jīng)將功率控制引入到傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議設(shè)計(jì)中.表 1.1 列舉了近年來(lái) Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)絡(luò)中較為典型的部分功率控制協(xié)議。重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5表 1.1 無(wú)線 ad hoc/傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制協(xié)議傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域中出現(xiàn)的新特點(diǎn)和新方向,使以往主要針對(duì)網(wǎng)絡(luò)能量有效性的研究方法存在著較大的局限性,如果僅滿足網(wǎng)絡(luò)的能耗需求,而不能保證系統(tǒng)運(yùn)行的其他性能,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將不具有任何實(shí)用價(jià)值.在現(xiàn)階段的研究過(guò)程中,應(yīng)從系統(tǒng)的實(shí)用性要求出發(fā),對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)按應(yīng)用進(jìn)行分類,并針對(duì)不同應(yīng)用類別的特點(diǎn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)制，基于上述分析可以得出傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù)的設(shè)計(jì)

20、目的和原則,即針對(duì)具體應(yīng)用分類,通過(guò)策略性的改變節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率,在保證系統(tǒng)性能要求的前提下,盡可能地降低網(wǎng)絡(luò)的通信能耗,提高能量效率,延長(zhǎng)系統(tǒng)的生存時(shí)間。重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6第二章第二章 典型的功率控制協(xié)議與算法典型的功率控制協(xié)議與算法由于單一的協(xié)議無(wú)法滿足系統(tǒng)各種應(yīng)用的需求,人們研究了眾多的功率控制協(xié)議，功率控制算法是一個(gè)典型的網(wǎng)絡(luò)控制論問(wèn)題,故可按照以下方法進(jìn)行分類： 1.開環(huán)控制、閉環(huán)控制和開環(huán)閉環(huán)混合控。開環(huán)功率控制是指網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)以反比于接收到的平均功率水平的參數(shù)量調(diào)整發(fā)射功率值;閉環(huán)功率控制是指發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收節(jié)點(diǎn)的反饋控制信息動(dòng)態(tài)的改變發(fā)射功率;開環(huán)閉環(huán)混合功率控制

21、則是將兩種控制機(jī)制結(jié)合應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中。 2. 集中控制和分布式控制在集中功率控制機(jī)制中,存在一個(gè)管理中心集中調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率水平;而在分布式功率控制中則不存在具有集中控制能力的管理中心,每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)局部信息調(diào)整自身的發(fā)射功率值。 3. 基于 RSSI 指標(biāo)、基于 SIR 指標(biāo)和基于 BER 指標(biāo)。功率控制可分別以接收信號(hào)強(qiáng)度 RSSI、信擾比 SIR 或誤碼率 BER 為指標(biāo),控制調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率值。4. 定步長(zhǎng)控制和自適應(yīng)步長(zhǎng)控。定步長(zhǎng)功率控制是指節(jié)點(diǎn)策略性地以確定的調(diào)整步長(zhǎng)量控制發(fā)射功率值;而自適應(yīng)步長(zhǎng)功率控制則是指節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道變化的估計(jì)量自適應(yīng)地調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率。5. 連

22、續(xù)控制和離散控制.功率控制過(guò)程可以是連續(xù)量,也可以是離散量,因此可分為連續(xù)功率控制和離散功率控制。 6. 單信道控制和多信道控制。單信道功率控制是指網(wǎng)絡(luò)使用單一共享信道,多信道功率控制則是指采用多個(gè)信道完成網(wǎng)絡(luò)控制和消息傳遞。 7. 統(tǒng)一控制和獨(dú)立控制。統(tǒng)一功率控制是指網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率可調(diào)整,但所有節(jié)點(diǎn)均采用同一發(fā)射功率值;獨(dú)立功率控制是指每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可獨(dú)立調(diào)整自身的發(fā)射功率值,網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的發(fā)射功率水平不盡相同。 8. 網(wǎng)絡(luò)級(jí)控制、鄰居節(jié)點(diǎn)級(jí)控制和獨(dú)立節(jié)點(diǎn)級(jí)控制。它基于分組級(jí)分析方法,從網(wǎng)絡(luò)本身問(wèn)題的角度出發(fā)對(duì)功率控制算法進(jìn)行分類。網(wǎng)絡(luò)級(jí)功率控制是指重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7網(wǎng)

23、絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)均使用統(tǒng)一的功率控制值發(fā)送分組；鄰居節(jié)點(diǎn)級(jí)功率控制是指每個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)均使用可覆蓋所有鄰居節(jié)點(diǎn)的功率值發(fā)送分組,節(jié)點(diǎn)之間的發(fā)射功率值并不相同；獨(dú)立節(jié)點(diǎn)級(jí)功率控制則是指發(fā)送節(jié)點(diǎn)可以針對(duì)每個(gè)單一的目的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)的調(diào)整發(fā)射功率水平。 傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究大致經(jīng)過(guò)了兩個(gè)階段:第 1 階段主要偏重利用 MEMS 技術(shù)設(shè)計(jì)小型化的節(jié)點(diǎn)設(shè)備;對(duì)于網(wǎng)絡(luò)本身問(wèn)題的關(guān)注和研究則被認(rèn)為是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的第 2 個(gè)階段,目前已經(jīng)成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，基于此,本文從網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題層面的角度出發(fā),對(duì)功率控制問(wèn)題各種協(xié)議和算法進(jìn)行分類和總結(jié),詳細(xì)介紹一些典型的功率控制協(xié)議算法研究成果,并對(duì)各種協(xié)議算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行深入分析

24、。 第一節(jié)第一節(jié) 網(wǎng)絡(luò)級(jí)功率控制網(wǎng)絡(luò)級(jí)功率控制一一、CPC協(xié)議協(xié)議 在 CPC 協(xié)議中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)本地信息確定與鄰居節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)發(fā)射功率,并通過(guò)洪泛機(jī)制將所有節(jié)點(diǎn)最大的最優(yōu)發(fā)射功率值確定為全網(wǎng)統(tǒng)一發(fā)送功率。CPC協(xié)議的核心思想是取保證網(wǎng)絡(luò)連通的最小發(fā)射功率值作為全網(wǎng)的發(fā)射功率,以此達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能耗,擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量的目的。但是,通過(guò)理論分析得出,保證全網(wǎng)連通的最小傳輸功率雖然在高密度網(wǎng)絡(luò)中能取得較好的性能表現(xiàn),但這并不具有典型性。網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)傳輸功率往往與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)密度、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和流量負(fù)載密切相關(guān)。二、二、COMPOW協(xié)議協(xié)議COMPOW 協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中使用統(tǒng)一的發(fā)射功率,旨在保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在有效連通的狀態(tài)

25、下,以最低的發(fā)射功率完成消息的傳遞。每個(gè)節(jié)點(diǎn)上以多個(gè)使用不同發(fā)射功率級(jí)的路由代理(agent)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探測(cè),每個(gè)路由代理維護(hù)一個(gè)路由列表。完成全網(wǎng)探測(cè)后,比較各個(gè)路由代理最后得到的路由表項(xiàng)數(shù),取其中發(fā)射功率最小且所形成的網(wǎng)絡(luò)路由表項(xiàng)數(shù)和以最大發(fā)射功率所得的路由表項(xiàng)數(shù)一致的那個(gè)發(fā)射功率作為全網(wǎng)統(tǒng)一發(fā)射功率。COMPOW 可以降低網(wǎng)絡(luò)能耗、擴(kuò)大吞吐量,并重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8且不存在不對(duì)稱發(fā)射功率導(dǎo)致的隱蔽站問(wèn)題嚴(yán)重的現(xiàn)象。然而,COMPOW 在全網(wǎng)內(nèi)仍然使用統(tǒng)一的發(fā)射功率,而不是針對(duì)不同目的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)地調(diào)整到最優(yōu)發(fā)射功率,因此還是不可避免地引入了不必要的能量消耗和信道噪聲,多個(gè)路由

26、代理在探測(cè)網(wǎng)絡(luò)路由時(shí)也會(huì)給帶來(lái)大量的額外開銷。第二節(jié)第二節(jié) 鄰居節(jié)點(diǎn)級(jí)功率控制鄰居節(jié)點(diǎn)級(jí)功率控制 一一、CLUSTERPOW和和CLUSTERPOW-DSDV當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)分布不均時(shí),為了與其他稀疏區(qū)域的節(jié)點(diǎn)通信,集中區(qū)域中的發(fā)送節(jié)點(diǎn)往往會(huì)提高自身的發(fā)射功率。這種情況將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)發(fā)射功耗過(guò)高,網(wǎng)絡(luò)容量也會(huì)受到影響。CLUSTERPOW 是一個(gè)針對(duì)非均勻分布網(wǎng)絡(luò)的功率控制路由協(xié)議.協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同的傳輸功率級(jí)進(jìn)行一種隱式分簇,各簇內(nèi)并不存在簇首或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，每條路由則是由形成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各種簇結(jié)構(gòu)的不同功率級(jí)所組成,節(jié)點(diǎn)以不同的功率級(jí)別發(fā)送 HELLO 消息對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探測(cè),并為每個(gè)功率級(jí)維護(hù)一個(gè)路由列表.

27、在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí),節(jié)點(diǎn)查找這些路由列表,以能夠到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最小功率級(jí)別的下一跳節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn).CLUSTERPOW 協(xié)議能夠針對(duì)目的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)地調(diào)整到最優(yōu)發(fā)射功率,而不是全網(wǎng)使用統(tǒng)一的發(fā)射功率,如圖 2.1 所示.它在非均勻分布網(wǎng)絡(luò)中具有更好的能量效率.然而,每個(gè)節(jié)點(diǎn)為多個(gè)功率等級(jí)都需要維護(hù)一個(gè)路由列表,這無(wú)疑會(huì)增加節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)負(fù)擔(dān).針對(duì) CLUSTERPOW 中多個(gè)路由代理在探測(cè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)大量額外開銷從而增加網(wǎng)絡(luò)能耗的問(wèn)題,文獻(xiàn)17將DSDV 路由與 CLUSTERPOW 相結(jié)合,提出適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的 CLUSTERPOW-DSDV 路由協(xié)議,從而通過(guò)減少路由開銷降低網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。重

28、慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9圖 2.1 CLUSTERPOW 在一個(gè)典型網(wǎng)絡(luò)中的路由路徑二二、LAPC和和RPAR一些應(yīng)用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能要求一些應(yīng)用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能要求針對(duì)這類應(yīng)用的性能要求,提 33.33%,節(jié)點(diǎn)調(diào)整發(fā)射功率級(jí)為 P1.隨著 值的增長(zhǎng)分別超過(guò) 37.5%和 43.75%,這表明周圍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈,發(fā)送節(jié)點(diǎn)增大發(fā)射功出了以降低網(wǎng)絡(luò)端到端延時(shí)為目的的功率控制協(xié)議LAPC.在協(xié)議中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有固定數(shù)目的傳輸功率級(jí),并對(duì)于每個(gè)功率級(jí)維護(hù)一個(gè)路由列表.LAPC 引入了“安全比率”概念?！鞍踩嚷省敝?與鄰居節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)有關(guān),參與競(jìng)爭(zhēng)通信的鄰居節(jié)點(diǎn)越多, 值越大,反之則

29、越小。節(jié)點(diǎn)可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載狀態(tài)估計(jì)出 值,并根據(jù) 值大小通過(guò)動(dòng)態(tài)地調(diào)整發(fā)射功率大小來(lái)降低通信端到端的延時(shí).如圖 2 所示,當(dāng)節(jié)點(diǎn)估計(jì)得到的 值小于 33.33%時(shí),這表明圖 2.2 中的 3 個(gè)發(fā)射功率均不滿足 LAPC 的條件,節(jié)點(diǎn)采用可保證網(wǎng)絡(luò)連通的最低發(fā)射功率傳遞消息，當(dāng) 值超過(guò)率,分別以發(fā)射功率級(jí) P2,P3 進(jìn)行消息的傳遞，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,通過(guò)估計(jì)網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)調(diào)整發(fā)射功率大小的 LAPC 協(xié)議,與不同級(jí)的定發(fā)射功率網(wǎng)絡(luò)相比,在具有較好能量效率的同時(shí),有效地降低了通信的端到端延時(shí)。該協(xié)議也存在一些不足之處,如未考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)和拓?fù)涓淖儗?duì)于協(xié)議性能的影響等。terfering(%)RP

30、AR 是一個(gè)針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)相關(guān)功率控制路由協(xié)議。基于實(shí)際平臺(tái)測(cè)試得到的數(shù)據(jù),分析得出發(fā)射功率大小、鏈路質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量對(duì)于消息的傳遞速率具有直接影響。根據(jù)得到的分析結(jié)果,RPAR 結(jié)合動(dòng)態(tài)速率分配、延時(shí)估計(jì)、轉(zhuǎn)發(fā)選擇和鄰居節(jié)點(diǎn)管理等 4 種策略,在保證消息實(shí)施傳遞的同時(shí),盡可能地降低網(wǎng)絡(luò)能耗。網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)后,發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先估算出到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的要求傳遞速率,同時(shí)對(duì)于高要求速率的分組優(yōu)先發(fā)送。在分組轉(zhuǎn)發(fā)時(shí),針對(duì)每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)距離和所需發(fā)射功率計(jì)算出傳遞速率,選出高于要求傳遞速率的鄰居節(jié)點(diǎn),此后,根據(jù)通信能耗以及延時(shí)估計(jì)器得到的傳遞延時(shí)選出最優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。若現(xiàn)有鄰居列表中的節(jié)點(diǎn)都無(wú)法滿足性

31、能要求,發(fā)送節(jié)點(diǎn)則通過(guò)增大發(fā)射功率選擇新的符合條件的鄰居節(jié)點(diǎn)。在 Prowler 仿真平臺(tái)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)性和能量有效性方面具有良好的性能表現(xiàn)。但是,RPAR 設(shè)定每個(gè)節(jié)點(diǎn)知道自身位置,并且在布置后不再移動(dòng),這使得協(xié)議的應(yīng)用具有較大的局限性。重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10圖 2.2 LAPC 的基本機(jī)制三三. 優(yōu)化鄰居節(jié)點(diǎn)選取的功率控制協(xié)議優(yōu)化鄰居節(jié)點(diǎn)選取的功率控制協(xié)議網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茖?duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)性能影響很大,網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)功率控制機(jī)制調(diào)節(jié)發(fā)射功率,以均衡節(jié)點(diǎn)的單跳可達(dá)鄰居數(shù)據(jù)的方式優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),改進(jìn)系統(tǒng)的相關(guān)性能.文獻(xiàn)20提出了本地平均算法 LM

32、A 和本地鄰居平均算法 LMN 這兩種基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制算法。該算法的核心思想就是給定節(jié)點(diǎn)度的上限和下限,動(dòng)態(tài)的調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率,使節(jié)點(diǎn)的度數(shù)始終維持在度數(shù)的上限和下限之間。這種算法利用局部信息來(lái)調(diào)整相鄰節(jié)點(diǎn)的連通性,從而在保證網(wǎng)絡(luò)連通的同時(shí)使得節(jié)點(diǎn)間的鏈路具有一定的冗余性和擴(kuò)展性。仿真結(jié)果顯示,這種策略在保證網(wǎng)絡(luò)連通的同時(shí),通過(guò)少量的局部信息使網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到了一定程度的優(yōu)化效果。但是,這兩種算法缺乏嚴(yán)格的理論推倒。在一些理論成果上總結(jié)出了自組織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)鄰居數(shù)量,提出的 PSP 算法通過(guò)基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制策略,使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的維持一個(gè)最優(yōu)的鄰居列表,從而達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)

33、果顯示,該算法有效地?cái)U(kuò)大了信道復(fù)用率,使得網(wǎng)絡(luò)容量得到了提升。重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11第三節(jié)第三節(jié) 獨(dú)立節(jié)點(diǎn)級(jí)功率控制獨(dú)立節(jié)點(diǎn)級(jí)功率控制一一、BASIC和和PARO發(fā)送節(jié)點(diǎn)以最大傳輸功率向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送 RTS,目的節(jié)點(diǎn)接收到 RTS 后,根據(jù)接收到的分組能量以及接收門限計(jì)算出成功發(fā)送分組所需的最小發(fā)射功率值,并將該值通過(guò) CTS 以最大功率返回給發(fā)送節(jié)點(diǎn)。此后,通信節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包DATA 使用計(jì)算所得的最小值進(jìn)行傳送。該機(jī)制以最大功率發(fā)送 RTS/CTS,通知鄰居節(jié)點(diǎn)退避至本次通信結(jié)束,以最優(yōu)功率發(fā)送 DATA,從而達(dá)到降低節(jié)點(diǎn)通信能耗的目的。這是早期的一種典型獨(dú)立節(jié)點(diǎn)級(jí)功率控制,

34、人們將這種算法稱為 BASIC協(xié)議。不少研究成果也采用了與之相類似的功率控制機(jī)制中,J. Gomez 等人提出了 PARO 協(xié)議,該協(xié)議以一條路由上每一單跳的發(fā)射功率作為標(biāo)準(zhǔn),在一對(duì)通信節(jié)點(diǎn)間選擇一條所需總能耗最低的路由路徑。發(fā)送分組時(shí),如圖 2.3 所示,以最大功率發(fā)送 RTS/CTS,以計(jì)算得到的到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)所需最低功率發(fā)送 DATA/ACK.這類功率控制機(jī)制,在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)可以有效降低傳輸能耗。但是如圖 2.4 所示,它會(huì)導(dǎo)致在載波偵聽環(huán)帶中的節(jié)點(diǎn),在退避了 EIFS 向量后,由于偵聽不DATA/ACK 的傳輸,從而與正在發(fā)送的 DATA/ACK 發(fā)生通信碰撞。這會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)中隱蔽站問(wèn)

35、題變得比較嚴(yán)重,由于過(guò)多的沖突導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)重傳,同樣會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的總體耗。BASIC 類協(xié)議主要關(guān)注于通過(guò)功率控制降低節(jié)點(diǎn)通信能耗,對(duì)于其他網(wǎng)絡(luò)性能并沒(méi)有改進(jìn). 二二、PCM和和DPC為了解決 BASIC 協(xié)議中存在的隱蔽站問(wèn)題,提出了 PCM 協(xié)議.PCM 與 BASIC的方法相似,不同之處在于 PCM 利用了載波偵聽環(huán)帶中節(jié)點(diǎn)存在的 EIFS 向量來(lái)避免隱蔽站問(wèn)題。通信節(jié)點(diǎn)之間的 RTS 和 CTS 仍以最大功率發(fā)送.為了使載波偵聽環(huán)帶中的節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中一直能夠偵聽到通信的存在,發(fā)送節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)包 DATA 時(shí)以小于 EIFS 的時(shí)間間隔,周期性地將發(fā)射功率增到最大。這種機(jī)制使得載波

36、偵聽環(huán)帶中的節(jié)點(diǎn)在退避 EIFS 向量后仍能夠偵聽到 DATA 信號(hào)的存在,從而退避至本次通信結(jié)束。PCM 在降低通信能耗的同時(shí),有效地改進(jìn)了隱蔽重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12站的存在所帶來(lái)的問(wèn)題。然而,PCM 協(xié)議在提高信道利用率、擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面并沒(méi)有改進(jìn)。針對(duì)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的不確定因素,如路徑損耗、shadowing 效應(yīng)、瑞利衰落等,提出了一種分布式的功率控制 MAC 協(xié)議DPC.該算法通過(guò)快速地估算信道的時(shí)變特性,根據(jù)獲得的信息計(jì)算出滿足目的節(jié)點(diǎn)接收信擾比 SIR 要求的最優(yōu)發(fā)射功率。為了避免隱蔽站的問(wèn)題,DPC 也采用了與 PCM 相類似的機(jī)制。與PCM 不同之處在于,D

37、PC 只是在最初的 RTS/CTS 握手時(shí)采用完整的發(fā)射功率,之后的控制幀均只在幀頭處擴(kuò)大發(fā)射功率,從而進(jìn)一步的減少節(jié)點(diǎn)的通信能耗。圖 2.3 PARO 發(fā)射功率水平圖 2.4 BASIC 功率控制策略三三、PCDC多信道機(jī)制結(jié)合到功率控制中,把原始信道劃分為控制信道和數(shù)據(jù)信道這兩類信道，提出的基于網(wǎng)絡(luò)層和 MAC 層交互作用的雙信道功率控制協(xié)議 PCDC 是這類協(xié)議的典型代表。它以控制信道得到的信息指導(dǎo)數(shù)據(jù)信道中消息傳遞的功率控制,協(xié)議通過(guò) RTS-CTS 或 HELLO 分組的交互,可計(jì)算出保證網(wǎng)絡(luò)連通的每個(gè)節(jié)點(diǎn)最小鄰居節(jié)點(diǎn)集,從而確定對(duì)于每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的最小成功發(fā)射功率。在數(shù)據(jù)信道以計(jì)算得

38、到的最小發(fā)射功率進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳遞,以此達(dá)到降低能耗、增加網(wǎng)絡(luò)重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13容量的目的。則是使用了多個(gè)數(shù)據(jù)信道,在通信時(shí)與鄰居節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)商獲得信道的使用。多信道技術(shù)可有效減輕功率調(diào)整所帶來(lái)的碰撞沖突。但是,這些協(xié)議仍然以最大功率的 RTS/CTS 來(lái)解決隱蔽站問(wèn)題,因此會(huì)帶來(lái)不必要的能量開銷。此外，PCDC 在確定節(jié)點(diǎn)連接后,就固定使用此功率等級(jí),從而無(wú)法適應(yīng)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)變化。四四、PCMA提出使用忙音信號(hào)避免通信沖突的功率控制 MAC 協(xié)議 PCMA.該協(xié)議采用了雙信道機(jī)制,一條信道用來(lái)發(fā)送忙音信號(hào),而另一條信道則以 RPTS-APTS-DATA-ACK 的握手機(jī)制完成消息

39、的傳遞.PCMA 中的節(jié)點(diǎn)通過(guò) RPTS(request-power-to-send)和 APTS(acceptable-power-to-send)兩種控制幀的交互獲得成功傳遞消息所需的最小發(fā)射功率,從而以此最小發(fā)射功率進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳遞。為了避免通信沖突碰撞,協(xié)議定義每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)時(shí),在忙音信道上發(fā)送忙音信號(hào)來(lái)聲明自身的沖突功率閾值,其他節(jié)點(diǎn)則通過(guò)監(jiān)聽到的忙音信號(hào)強(qiáng)度界定發(fā)射功率值,在發(fā)送信號(hào)時(shí)不超過(guò)該功率。以此避免與正在發(fā)送數(shù)據(jù)的鄰居節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生沖突,提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量。則采用了雙忙音信號(hào)策略,發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)都能夠在忙音信道內(nèi)發(fā)射忙音信號(hào),從而在實(shí)現(xiàn)功率控制的同時(shí)避免不對(duì)稱發(fā)射功率所造成

40、的沖突惡化問(wèn)題。這類協(xié)議的缺點(diǎn)在于,忙音信號(hào)自身會(huì)造成新的競(jìng)爭(zhēng),并且它會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的公平性降低,協(xié)議更有利于較小功率的短距離通信,而較大功率的長(zhǎng)距離通信由于較容易受到忙音信號(hào)的限制,往往難以成功開展。 五五、DEMAC由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)、加入和失效等原因,使得網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)動(dòng)態(tài)地發(fā)生變化。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性特點(diǎn),提出了一種能夠自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓墓β士刂芃AC 協(xié)議DEMAC.協(xié)議基于 Honey Grid 模型得出了網(wǎng)絡(luò)能耗和吞吐量的最優(yōu)發(fā)射功率計(jì)算值,通過(guò) RTS 獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息,CTS,DATA,ACK 則通過(guò)計(jì)算得出最優(yōu)發(fā)送值.DEMAC 中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維持有記錄列表(recording ta

41、ble,簡(jiǎn)稱 RT)和查找列表(checking table,簡(jiǎn)稱 CT)這兩個(gè)列表.記錄列表是一個(gè)信息列表,它包含了當(dāng)前最新的鄰居節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息；而查找列表則是一個(gè)功率列表,它維持了 6個(gè)等級(jí)的發(fā)射功率水平。當(dāng)通信開始時(shí),發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先在記錄列表中查找接收節(jié)點(diǎn)。若查找到接收節(jié)點(diǎn),發(fā)送節(jié)點(diǎn)以當(dāng)前功率級(jí)發(fā)送 RTS；未查找到接收節(jié)點(diǎn),重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14發(fā)送節(jié)點(diǎn)則根據(jù)查找列表,通過(guò)擴(kuò)大 RTS 發(fā)送功率級(jí)的方式繼續(xù)查找,直至到達(dá)最高發(fā)射功率值為止。DEMAC 在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)中仍能夠取得較好的性能表現(xiàn),但是兩個(gè)列表的動(dòng)態(tài)維護(hù)會(huì)增加節(jié)點(diǎn)計(jì)算和存儲(chǔ)的負(fù)擔(dān)。 六六、SHUSH功率控制中不對(duì)

42、稱的發(fā)射距離會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)中隱蔽站引起的問(wèn)題更加嚴(yán)重,而一些協(xié)議中的最大功率發(fā)射控制幀或突發(fā)數(shù)據(jù)幀也會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)過(guò)多的能量消耗。為了使這些問(wèn)題得到改善,文獻(xiàn)34提出了一種反應(yīng)式功率控制 MAC 協(xié)議SHUS 節(jié)點(diǎn)在最初的通信過(guò)程中,所有的控制分組和數(shù)據(jù)分組均采用最優(yōu)發(fā)射功率進(jìn)行傳送,以此最大化的降低通信能耗。當(dāng)節(jié)點(diǎn)通信受到干擾時(shí),SHUSH 采用一種“中斷恢復(fù)”機(jī)制中斷本次通信,并從干擾節(jié)點(diǎn)的 DATA 或 ACK 處獲得干擾節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。當(dāng)干擾節(jié)點(diǎn)完成通信后,被干擾節(jié)點(diǎn)立即接入信道。如圖 2.5所示,協(xié)議也采用擴(kuò)大發(fā)射功率的方式,以到達(dá)干擾節(jié)點(diǎn)的最小功率通知干擾節(jié)點(diǎn)不再干擾本次通信,并完成余下

43、的消息傳遞。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,SHUSH 在降低網(wǎng)絡(luò)能耗、改善網(wǎng)絡(luò)吞吐量、公平性等性能上較一些典型功率控制協(xié)議具有更好的表現(xiàn)。然而,隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大,協(xié)議對(duì)于網(wǎng)絡(luò)吞吐量、能量效率等性能較其他典型協(xié)議已無(wú)明顯優(yōu)勢(shì),這是由于該協(xié)議中不對(duì)稱發(fā)射功率造成的各類數(shù)據(jù)幀之間沖突仍然存在,并隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大變得更加惡劣。 七七、POWMAC POWMAC 是一種針對(duì)單收發(fā)機(jī)、單信道系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的,利用接入窗口機(jī)制(access window,簡(jiǎn)稱 AW)擴(kuò)大信道復(fù)用率、提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量的功率控制 MAC 協(xié)議。POWMAC 在傳統(tǒng)的 RTS/CTS 交談機(jī)制中加入了一個(gè)特殊的控制幀DTS(decide-to

44、-send)，協(xié)議控制幀中的沖突避免信息 CAI(collision avoidance information)可以被其他潛在的干擾節(jié)點(diǎn)用來(lái)判斷自身的通信是否會(huì)干擾到正在進(jìn)行傳輸以及使用多大的發(fā)射功率才不會(huì)影響正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。如圖 2.6 所示,如果節(jié)點(diǎn) A 準(zhǔn)備向目的節(jié)點(diǎn) B 傳遞消息,在節(jié)點(diǎn) A 發(fā)送的RTS 幀中除了包含源節(jié)點(diǎn) ID 號(hào)、目的節(jié)點(diǎn) ID 號(hào)、本次通信所需時(shí)間外,還會(huì)注明接入窗口大小和使用的最大發(fā)射功率等信息。節(jié)點(diǎn) B 在接收到節(jié)點(diǎn) A 發(fā)送的RTS 后,通過(guò)接收到的信息計(jì)算出兩點(diǎn)間成功通信所需的最優(yōu)發(fā)射功率值,并將該值和沖突避免信息包含在 CTS 中回復(fù)給節(jié)點(diǎn) A

45、節(jié)點(diǎn)，A 在接收到 CTS 后,發(fā)送重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15DTS 控制幀通告鄰近節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸所使用的發(fā)射功率及時(shí)間,避免產(chǎn)生通信碰撞?？刂茙?CTS 和 DTS 均以能夠到達(dá)所有潛在干擾節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率傳送。此后,節(jié)點(diǎn)A 將退避接入窗口大小的時(shí)間,等待其他需要傳遞消息的節(jié)點(diǎn)(例如節(jié)點(diǎn) E,F)完成控制幀 RTS/CTS/DTS 的交換后,以最優(yōu)的發(fā)射功率傳遞數(shù)據(jù)包及 ACK 幀。POWMAC 通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)包的發(fā)送功率,使得附近滿足干擾限制的節(jié)點(diǎn)能夠并發(fā)傳遞消息,以此提升信道復(fù)用率,擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)吞吐量。八八、PCSMAC將功率控制與傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型 MAC 協(xié)議 SMAC 相結(jié)合,提

46、出了 PCSMAC 協(xié)議。在 SMAC 中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)用 SYNC 消息通告自身的調(diào)度信息,同時(shí)維護(hù)一個(gè)調(diào)度列表.PCSMAC 利用 SMAC 的這個(gè)機(jī)制,每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的 SYNC 消息計(jì)算出節(jié)點(diǎn)自身到各相鄰節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率,并將所有相鄰節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息(包括自身節(jié)點(diǎn)到相鄰節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)發(fā)射功率調(diào)度)保存在調(diào)度列表中.數(shù)據(jù)傳輸仍采用李方敏的 RTS/CTS/DATA/ACK 等。通信形式(廣播包除外)，在傳輸?shù)拿總€(gè)分組中都有一個(gè)時(shí)間域值表示剩余通信過(guò)程所需要的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度,鄰居節(jié)點(diǎn)偵聽到分組時(shí),記錄這個(gè)時(shí)間域值,同時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)至本次通信結(jié)束，節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率控制依據(jù)自身的發(fā)射功率表調(diào)度,RT

47、S/CTS/ACK 以到達(dá)最遠(yuǎn)相鄰節(jié)點(diǎn)的最小發(fā)射功率傳送,從而以最小的功耗確保所有相鄰節(jié)點(diǎn)在通信過(guò)程中進(jìn)入睡眠狀態(tài),如圖 2.7 所示，PCSMAC 改進(jìn)了數(shù)據(jù)包 DATA 的幀結(jié)構(gòu),節(jié)點(diǎn)在傳送消息時(shí)以兩種不同的發(fā)射功率在物理層發(fā)射,幀頭以到達(dá)最遠(yuǎn)相鄰節(jié)點(diǎn)的最小發(fā)射功率發(fā)射,而數(shù)據(jù)幀則以到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最小發(fā)射功率發(fā)射,以此確保在以最優(yōu)功率傳送數(shù)據(jù)的同時(shí),載波偵聽環(huán)帶中或新近蘇醒、加入的節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)通信產(chǎn)生沖突。PCSMAC 協(xié)議將功率控制運(yùn)用到了 SMAC 協(xié)議中,降低了網(wǎng)絡(luò)的能耗,但由于其使用的功率控制技術(shù)與 PCM 協(xié)議較為相似,因而在網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面并沒(méi)有改進(jìn)。重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

48、）16圖 2.5 SHUSH 發(fā)射功率水平 圖 2.6 POWMAC 的基本機(jī)制圖 2.7 PCSMAC 發(fā)射功率水平重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17第三章第三章 功率控制對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?、功率控制?duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂啤⒕W(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)層和 MAC 層的影響分析層的影響分析功率控制和無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的許多協(xié)議層都緊密相關(guān),它影響物理層的鏈路質(zhì)量、MAC 層的帶寬和空間重用度、網(wǎng)絡(luò)層的可選路由和轉(zhuǎn)接跳數(shù)、傳輸層的擁塞事件等。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)往往規(guī)模龐大、節(jié)點(diǎn)分布密集、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟鬃?并且對(duì)于能量效率的要求也十分嚴(yán)格.基于此,功率控制對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化主要集中在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?、網(wǎng)絡(luò)層和 MAC

49、層這 3 個(gè)方面。 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂坪蛢?yōu)化有著十分重要的意義,影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間；減小節(jié)點(diǎn)間通信干擾,提高網(wǎng)絡(luò)通信效率；為路由協(xié)議提供基礎(chǔ);影響數(shù)據(jù)融合，彌補(bǔ)節(jié)點(diǎn)失效的影響等方面。功率控制可在滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋度和連通度的前提下,通過(guò)改變節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率大小,選擇最優(yōu)的鄰居節(jié)點(diǎn),并刪除不必要的通信鏈路,從而針對(duì)應(yīng)用要求優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從理論上得出了保持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連通的最小功率?；诠?jié)點(diǎn)度數(shù)的控制算法,通過(guò)調(diào)整發(fā)射功率的大小,每個(gè)節(jié)點(diǎn)維持一個(gè)合理度數(shù)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量,從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提升信道復(fù)用率,降低競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度。還從理論上總結(jié)出最優(yōu)的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，對(duì)于節(jié)點(diǎn)分布不均勻的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,C

50、LUSTERPOW 則采用三級(jí)功率控制策略維護(hù)鄰居列表,根據(jù)區(qū)域節(jié)點(diǎn)密度自適應(yīng)的調(diào)整發(fā)射功率.在一些層次型的拓?fù)淇刂扑惴ㄖ幸矐?yīng)用了功率控制策略，最典型的成簇算法 LEACH 中,推選出的簇首節(jié)點(diǎn)通過(guò)擴(kuò)大發(fā)射功率直接與 Sink 節(jié)點(diǎn)通信，提出的成簇算法則采用大、小兩級(jí)發(fā)射功率進(jìn)行簇間和簇內(nèi)的通信連接. 網(wǎng)絡(luò)層中的功率控制與拓?fù)淇刂坡?lián)系非常緊密,并且對(duì)于消息的多跳傳輸影響顯著。它通過(guò)動(dòng)態(tài)地改變發(fā)射功率大小,在保證網(wǎng)絡(luò)連通的前提下優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),選擇最優(yōu)的路由傳播路徑,從而在滿足性能要求的同時(shí),盡可能提高網(wǎng)絡(luò)的能量效率。COMPOW 在保證最大功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同時(shí),將傳輸功率降到最低,從而減少整個(gè)

51、網(wǎng)絡(luò)的通信開銷.LAPC 和 RPAR 則是側(cè)重于改善網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能。功率控制對(duì)于路由協(xié)議的設(shè)計(jì)影響顯著,許多研究也是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層中的功率控制技術(shù)改善傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用相關(guān)性能。重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18網(wǎng)絡(luò)層功率控制是一種全局性的優(yōu)化策略,而 MAC 層中的功率控制則是根據(jù)局部信息優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。 MAC 層功率控制在 TDMA 網(wǎng)絡(luò),CDMA 網(wǎng)絡(luò)中的目的主要是根據(jù)控制信息,盡可能地減少節(jié)點(diǎn)間的傳輸能耗；而在基于競(jìng)爭(zhēng)的 CSMA 網(wǎng)絡(luò)中,其主要目的則是降低網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度,擴(kuò)大信道復(fù)用率,滿足優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能要求 PCM,DPC 等算法采用周期性的擴(kuò)大發(fā)射功率避免不對(duì)稱發(fā)射功率的碰撞問(wèn)題。

52、PCDC 等算法則引入了多信道技術(shù)；SHUSH 為最優(yōu)功率傳輸?shù)男阅鼙ＷC提供了解決方案；PCSMAC 則將功率控制與 SMAC 結(jié)合,應(yīng)用到傳感器網(wǎng)絡(luò)中?；?MAC層的功率控制研究相對(duì)較多,圍繞克服功率控制中理論上存在的局限也取得了一些階段性的成果，傳感器網(wǎng)絡(luò)由于資源和應(yīng)用要求的限制,因此更關(guān)注于提升網(wǎng)絡(luò)的能量效率。 功率控制還是一個(gè)典型的跨層優(yōu)化問(wèn)題，基于功率控制的跨層優(yōu)化可以通過(guò)各層之間全局性能信息的交互和協(xié)作,根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用目標(biāo)、約束條件和網(wǎng)絡(luò)特征策略性的調(diào)整發(fā)射功率大小,提升網(wǎng)絡(luò)相關(guān)性能,從而滿足用戶對(duì)于不同服務(wù)目的和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求，傳感器網(wǎng)絡(luò)中的功率控制跨層優(yōu)化研究也已取得一些初步

53、性的成果。重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19第四章第四章 基于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的傳感器網(wǎng)絡(luò)功基于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù)率控制技術(shù)隨著研究領(lǐng)域工作的開展和深入,純粹的理論研究已經(jīng)很難滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要,國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)也正逐步向基于實(shí)際環(huán)境的應(yīng)用研究轉(zhuǎn)變。現(xiàn)有的大部分功率控制算法均是基于仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行的理論研究。雖然仿真實(shí)驗(yàn)具有周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn),但由于現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)基本上并未考慮現(xiàn)實(shí)環(huán)境中時(shí)空域因素對(duì)于節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信質(zhì)量的影響,因此,節(jié)點(diǎn)的鏈路環(huán)境是一個(gè)靜態(tài)量,這顯然與實(shí)際應(yīng)用中的鏈路狀況不相符合,使得基于理論環(huán)境設(shè)計(jì)出的協(xié)議算法是否還能在實(shí)踐環(huán)境中取得期望的性能效

54、果成為研究領(lǐng)域中必須面對(duì)的問(wèn)題。不少研究者已經(jīng)注意到傳感器網(wǎng)絡(luò)中仿真環(huán)境與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境鏈路存在的差異,圍繞這一課題展開了大量的工作?；趯?shí)測(cè)平臺(tái)分析研究了不同實(shí)際環(huán)境中定發(fā)射功率下節(jié)點(diǎn)的鏈路狀態(tài).測(cè)試結(jié)果表明,在節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率恒定、通信距離不變的條件下,接收節(jié)點(diǎn)處所收到的信號(hào)強(qiáng)度和鏈路質(zhì)量是一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化量,并且隨著時(shí)間的推移和環(huán)境的改變,往往還會(huì)發(fā)生較大的變動(dòng)。這與仿真平臺(tái)中的鏈路環(huán)境存在著很大的差異,從而使得現(xiàn)有的一些理論上的協(xié)議算法在實(shí)踐應(yīng)用環(huán)境中并不能取得期望的性能表現(xiàn)。然而,這些成果都是在節(jié)點(diǎn)定發(fā)射功率狀態(tài)下進(jìn)行的,對(duì)于節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率在動(dòng)態(tài)變化,即真實(shí)環(huán)境中應(yīng)用了功率控制技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)

55、所受到時(shí)空域的影響并未探討分析。較早地開展了傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù)在真實(shí)環(huán)境中的應(yīng)用研究，Son 等人基于包含了 Mica2 傳感器節(jié)點(diǎn)的 PC104 測(cè)試平臺(tái),首先分析了鏈路狀態(tài)對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的影響,發(fā)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境中不穩(wěn)定的通信鏈路較無(wú)鏈路連接對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能所造成的損害更大.。接著在多種測(cè)試條件下,分析了節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率變動(dòng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量的影響，基于所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,提出了將功率控制與“黑名單”機(jī)制相結(jié)合,以提高鏈路可靠性和降低通信能耗為目的的 PCBL 算法。該算法通過(guò)策略性的改變發(fā)射功率大小維護(hù)有效鏈路的可靠性,并將余下不可靠的鏈路信息列入“黑名單”,從而在網(wǎng)絡(luò)中通信中去除不可靠通信鏈

56、路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20證明,該算法有效地保證了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信鏈路的健壯性。然而,該研究成果所采用的測(cè)試平臺(tái)并不存在能量供給上的限制,因此與工程應(yīng)用中的傳感器網(wǎng)絡(luò)還是存在著差異?；诖?采用由 78 個(gè)能源有限的 Mica2 節(jié)點(diǎn)所組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)作為測(cè)試平臺(tái),并針對(duì)多種網(wǎng)絡(luò)流量模式提出了以改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)吞吐量、公平性和能耗等性能的鄰居節(jié)點(diǎn)優(yōu)化功率控制算法。該算法基于 RSSI 指標(biāo)通過(guò)功率控制機(jī)制優(yōu)化選擇鄰居節(jié)點(diǎn),保證網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量?；趯?shí)際網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)研究分析了真實(shí)環(huán)境應(yīng)用中的傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制機(jī)制,并提出了改進(jìn)方法.然而,這些研究成果僅關(guān)注于確保通信連通,維護(hù)網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量

57、,對(duì)于功率控制通過(guò)網(wǎng)絡(luò)策略調(diào)度改進(jìn)系統(tǒng)性能的作用并未深入探討。深入探討了時(shí)空域因素對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制的影響。Lin 等人分別在草地、停車場(chǎng)、室內(nèi)等不同場(chǎng)景(如圖 4.1 所示)使用 MICAz 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)時(shí)空域因素對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制的應(yīng)用性能影響顯著。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果,總結(jié)分析了發(fā)射功率變化時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路的特性和變化規(guī)律,并建立了更加接近實(shí)際狀態(tài)的傳輸鏈路模型。在模型基礎(chǔ)上,提出了一種基于反饋控制的,能夠自適應(yīng)鏈路環(huán)境變化的輕量級(jí)傳輸功率控制算法ATPC。在由43 個(gè) MICAz 節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上,經(jīng)過(guò) 72 小時(shí)的測(cè)試顯示,在時(shí)空域變化的真實(shí)環(huán)境中,該算法

58、較靜態(tài)傳輸功率具有更好的通信鏈路質(zhì)量和能量效率。然而,ATPC 也是將工作重點(diǎn)放在了維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的鏈路質(zhì)量上,并且該算法僅是針對(duì) TDMA這種不存在競(jìng)爭(zhēng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì),無(wú)法直接適用于 CSMA 網(wǎng)絡(luò),因此,算法仍存在許多有待改進(jìn)的地方。對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的并發(fā)通信導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題,基于由 Mica2 節(jié)點(diǎn)組成的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析,指出“捕獲效應(yīng)(capture effect)”技術(shù)可在實(shí)踐環(huán)境中有效改善網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題,并在其基礎(chǔ)上做出了改進(jìn)工作。在未來(lái)改進(jìn)工作中也提及了“捕獲效應(yīng)”技術(shù)。重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21圖 4.1 ATPC 中的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景 目前,實(shí)用化的傳感器網(wǎng)絡(luò)功率

59、控制技術(shù)研究尚處于起步階段。已有的一些成果僅停留在改善網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量的層面上，對(duì)于在網(wǎng)絡(luò)策略層面改進(jìn)系統(tǒng)性能，尤其是在實(shí)踐環(huán)境中改善功率控制本身具有的理論缺陷等方面的研究工作開展仍然較少，一些已有的實(shí)用化功率控制算法由于采用的是最基本的功率控制理論，使得算法只能在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的 TDMA 網(wǎng)絡(luò)適用，無(wú)法應(yīng)用于 CSMA 網(wǎng)絡(luò),從而在實(shí)踐中具有較大的應(yīng)用局限性，距離實(shí)際需求還有相當(dāng)?shù)木嚯x。實(shí)用化的性能改善研究將是未來(lái)傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，因此，需要研究者們進(jìn)一步的關(guān)注、開展和深入。重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22第五章第五章 算法比較與分析算法比較與分析綜上所述，我們看到了許多圍繞網(wǎng)絡(luò)性

60、能優(yōu)化而提出的功率控制算法。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)具有應(yīng)用相關(guān)的特點(diǎn)，并且功率控制對(duì)于網(wǎng)絡(luò)多個(gè)方面的性能均能產(chǎn)生顯著影響，因此，基于不同應(yīng)用環(huán)境和設(shè)計(jì)目標(biāo)，所采用的策略以及在系統(tǒng)中的表現(xiàn)也不盡相同，這也使得功率控制協(xié)議具有多樣性的特點(diǎn)，難以通過(guò)簡(jiǎn)單的比較說(shuō)明哪個(gè)協(xié)議更加優(yōu)越。為了能夠進(jìn)行比較全面的說(shuō)明，我們采用列表的方式對(duì)上述列舉的各種典型功率控制算法進(jìn)行了綜合比較分析。表5.1 對(duì)重點(diǎn)討論的功率控制協(xié)議進(jìn)行了分類比較；表 5.2 對(duì)協(xié)議的性能從多個(gè)性能評(píng)價(jià)參數(shù)上進(jìn)行了總結(jié)分析。表 5.1 功率控制協(xié)議的分類比較重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23表 5.2 功率控制協(xié)議的性能比較重慶郵電大學(xué)自考畢業(yè)