文獻標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2012)03-0124-03
在無線網(wǎng)絡(luò)中采用功率控制技術(shù)可根據(jù)發(fā)送節(jié)點與目的節(jié)點之間的距離及當(dāng)前的信道狀況，以適當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率發(fā)送來減少不必要的能量消耗，而且可降低信號傳輸過程中的相互干擾[1]。參考文獻[2]提出了一種節(jié)點發(fā)射功率隨機分布在某個功率區(qū)間的無線自組織網(wǎng)功率控制方法，使得在獲得與固定功率控制相當(dāng)?shù)某晒鬏敻怕蕰r可節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量消耗以延長網(wǎng)絡(luò)生存周期。參考文獻[3]分析了隨機功率控制方法對無線自組織網(wǎng)的性能影響，并驗證了該方法在高節(jié)點密度的網(wǎng)絡(luò)中可提高網(wǎng)絡(luò)的連接性并緩解節(jié)點碰撞問題。在分簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點密度較大，往往會有多個傳感器節(jié)點感知同一監(jiān)測區(qū)域的數(shù)據(jù)，從而引起同一簇內(nèi)中多個節(jié)點向簇頭節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換情況[4]。采用隨機功率控制可在保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸成功概率基本不變的情況下節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的能量消耗[5]。本文分析了分簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機功率控制的節(jié)點間傳輸成功概率，并提出在滿足網(wǎng)絡(luò)對成功傳輸概率需求的條件下來合理設(shè)置簇內(nèi)通信時節(jié)點的最大發(fā)射功率和最小發(fā)射功率。
3 仿真結(jié)果與分析
采用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件GloMoSim分析隨機功率控制和固定功率控制對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸成功概率的影響。傳感器節(jié)點均勻分布在以dc=200 m為半徑的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，目標(biāo)節(jié)點置于中心。節(jié)點能耗為First Order改進模型[6]，參數(shù)dc和d0分別設(shè)為0.1 m和87.7 m，且節(jié)點的通信距離對應(yīng)的最大發(fā)送功率為-16.7 dBW。圖1為不同SNR門限下節(jié)點平均成功通信概率情況，其中固定功率采用的通信距離為200 m，隨機功率采用的最大通信距離Dmax為200 m，而其采用的最小通信距離Dmin分別為80 m和100 m。在不同SNR門限的要求下固定功率控制和隨機功率控制的傳輸成功概率都隨著節(jié)點密度的提高而相應(yīng)降低。當(dāng)節(jié)點的SNR要求越低時，隨機功率控制與固定功率控制性能間的差異相對較大，但隨著SNR門限的增大,兩種功率控制算法在平均成功通信概率上的差異將逐漸縮小。
為了分析兩種功率控制策略在傳輸成功概率上的差異，使用相對差值E[(?祝ij′-?祝ij)/?祝ij′]描述方法來比較隨機功率控制策略與固定功率控制策略的網(wǎng)絡(luò)性能。圖2(a)給出了在SNR門限為-30 dB時采用最小通信距離Dmin分別為80 m和100 m時隨機功率策略和固定功率控制策略的節(jié)點平均能耗曲線，其中采用的最大通信距離為200 m，仿真時間為1 h。由該圖可知，上述三種情況隨著節(jié)點數(shù)量的增加導(dǎo)致節(jié)點間報文碰撞問題的加劇及引發(fā)節(jié)點重發(fā)次數(shù)的增加，從而使節(jié)點平均能耗相應(yīng)提高。兩種隨機功率控制方式的節(jié)點平均能耗明顯低于固定功率控制的情況,有利于降低網(wǎng)絡(luò)的總體能量消耗，以延長節(jié)點的使用壽命和網(wǎng)絡(luò)的生存周期。圖2(b)給出了上述條件下隨機功率策略與固定功率控制策略在節(jié)點傳輸成功概率平均相對差值的比較,且SNR門限為-30 dB。在固定SNR門限下，隨著節(jié)點密度的提高，兩種隨機功率控制方式的節(jié)點傳輸成功概率平均相對差值都相應(yīng)降低，而且當(dāng)節(jié)點密度達到一定程度時，可視為隨機功率控制接近于固定功率控制的成功傳輸概率。當(dāng)采用更高的最小發(fā)射功率時，隨機功率控制與固定功率控制在成功傳輸概率的差異相對更小。
本文將隨機功率控制技術(shù)應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通過合理選擇簇頭節(jié)點的最大發(fā)射功率和最小發(fā)射功率來滿足網(wǎng)絡(luò)對成功傳輸概率的需求。仿真表明,隨機功率控制在保持與固定功率控制相當(dāng)?shù)某晒鬏敻怕实那闆r下，可降低發(fā)射功率以提高簇頭節(jié)點能量效率和延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。在以后的研究工作中將把重點放在該方法與數(shù)據(jù)鏈路層隨機接入技術(shù)相結(jié)合方面。
參考文獻
[1] Shu Tao, KRUNZ M. Coverage-time optimization for clustered wireless sensor networks: a power-balancing approach Networking[J]. IEEE/ACM Transactions on Networking, 2010,18(1):202-215.
[2] TAESUK K, SEONGLYUN K. Random power control in wireless ad hoc networks[J]. IEEE Communications Letters, 2005,9(12):1046-1048.
[3] 文凱,郭偉,黃廣杰.無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的隨機功率控制[J].電子學(xué)報,2008,36(7):1304-1308.
[4] KRUNZ M, MUQATTASH A, LEE S J. Transmission power control in wireless Ad Hoc networks: Challenges, solutions and open issues[J]. IEEE Networks, 2004,18(9):8-14.
[5] MOHAMMED E, NASER T, RIKU J. Random power control for uncorrelated Rayleigh fading channels[C]. 2007 IEEE International Conference on Signal Processing and Communications, Dubai, United Arab Emirates, 2007:360-363.
[6] GOMEZ J, CAMPBELL A T. Variable-range transmission power control in wireless Ad Hoc networks[J]. IEEE Trans. Mobile Computing, Jan. 2007,6(1):87-99.