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【seo营销】Ad Hoc网络功率控制与跨层优化

北京seo 2022-11-16 00:25 seo技术 74次

  Ad Hoc网络具有无中心、自组织、布网灵活、快速展开、抗毁性强等特点,在移动计算、分布式计算、搜索救援、军事行动、环境污染监测等许多领域具有广泛的应用前景。同时由于其移动终端的能量限制等固有缺陷也给自组网带来了网络资源(容量及功耗等)的缺乏。功率控制技术是Ad Hoc网络中的一种重要的节能策略,是降低网络能耗,延长节点寿命的一种非常重要的方法。AdHoc网络的功率控制主要是通过调整发送节点的信号发射功率,在保证一定通信质量的前提下尽量降低信号发射功率。Ad Hoc。网络功率控制的意义与作用如下:

1.1 降低节点能耗,延长网络寿命

  在保证网络连通的情况下,调整Ad Hoc网络节点的传输功率可显著增加网络吞吐量、减小功耗。无线信道对信号的衰减与传输距离成指数增长,因此减小节点的传输半径可以使发射节点的传输能量减少,大大地降低节点的能耗,延长网络寿命。

  无线网络节点的能量消耗通常可以分为与通信有关的能量消耗和与计算有关的能量消耗。与通信有关的能量消耗是无线网络接口所消耗的能源,即节点在收、发分组以及作为路由器进行分组转发时所消耗的能量。与计算有关的能量消耗是指节点在处理分组和参与网络管理执行网络协议、算法等其他任务时消耗的能量,例如CPU、内存等其他硬件,数据压缩、前向纠错算法等软件(程序)消耗的能量。随着技术的提高和发展,计算方面消耗将会越来越小,通信方面的比例将会加大,而研究表明通信方面节点的发射状态能耗最大,所以发射节点进行功率控制就显得非常重要。

1.2 提高网络空间复用度

  采用功率控制,减少节点的传输半径可降低干扰,使同一邻居区域内可有更多的传输,减小MAC层竞争冲突,提高通信质量,提高信道的空间复用度,扩大网络容量。考虑IEEE 802.11 DCF握手机制,以他作为网络MAC层协议,适当地调整控制信号和数据信号的发射功率,以节省能量。这样因为传输的半径变小,覆盖的周边节点数也变少,而且在相同的条件下,可以同时建立比IEEE 802.11标准更多的通讯对,这对于源节点与目的节点距离很近的情况非常有利,如图1所示,信道利用率是IEEE 802.11协议的3倍。

  现有Ad Hoc网络的功率控制技术研究主要集中在2个方面,即链路层的功率控制和网络层的功率控制。链路层的功率控制主要通过MAC协议完成,根据每个分组的下一跳节点的距离、信道状况等条件来动态调整发射功率。网络层的功率控制是通过改变发射功率来动态调整网络的拓扑结构和路由选择,而使全网的性能达到最优。链路层的功率控制是一种经常性的调整,每发送一个数据分组都可能要进行功率调整,而网络层的功率控制则可在一个较长的时间内调整一次,调整频率较低。这两种功率控制机制也可以结合起来应用,用网络层的功率控制调整网络拓扑结构,而在发送分组时根据目的节点的远近调整发送所用的功率。

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2 MAC层的功率控制

  MAC(Medium Access Control)层是数据链路层的一个子层,决定节点如何接入共享的无线信道,并负责向上层提供可靠的点到点连接服务。在MAC层,这类协议在发送数据前都要利用控制分组RTS/CTS交换信息,控制分组的交互为功率控制提供了极大的方便,如可以在控制分组中携带发送功率或本节点的信噪比等参数,以便为对方进行功率控制提供参考依据,进行功率调整。最初,该领域的研究是在IEEE 802.11的标准上进行的,该标准采用CSMA/CA(载波侦听多址接人/冲突避免)机制来预约信道以进行报文的传输,一个报文的发送流程为:RTS-CTS-DATA-ACK。目前Ad Hoc网络中的信道接入协议按具体的工作方式可分为单信道协议、双信道协议和多信道协议。

2.1 单信道功率控制协议

  MAC协议的控制分组和数据分组都在同一个信道上传送时,称为单信道协议。在单信道功率控制协议中,控制分组可以用最大功率来发送,也可以根据目的节点的相关信息用相对较小的功率来发送。发送节点可以在控制分组RTS中携带发射功率等参数信息,接收节点可在CTS中向对方提供本节点的信噪比等信息,为对方发送数据分组时选择发送功率提供参考依据。这类协议是最常见的一类MAC功率控制协议。

  文献[5]中提出的功率控制算法,发射机可从10个发射等级中选取1个值,每个节点都维护1个最近进行过通信的节点的功率控制表,表中记录了到各邻居节点的功率参数信息,并且算法对RTS,CTS的分组头进行修改,加入有关功率的参数。此协议可提高网络吞吐率达15%,同时还可以节省部分能量。

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