文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 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(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)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(hào)傳輸過程中的相互干擾[1]。參考文獻(xiàn)[2]提出了一種節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率隨機(jī)分布在某個(gè)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(shí)可節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量消耗以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期。參考文獻(xiàn)[3]分析了隨機(jī)功率控制方法對(duì)無線自組織網(wǎng)的性能影響，并驗(yàn)證了該方法在高節(jié)點(diǎn)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(diǎn)碰撞問題。在分簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)密度較大，往往會(huì)有多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)感知同一監(jiān)測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)，從而引起同一簇內(nèi)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)向簇頭節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換情況[4]。采用隨機(jī)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(jī)功率控制的節(jié)點(diǎn)間傳輸成功概率，并提出在滿足網(wǎng)絡(luò)對(duì)成功傳輸概率需求的條件下來合理設(shè)置簇內(nèi)通信時(shí)節(jié)點(diǎn)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(jī)功率控制和固定功率控制對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸成功概率的影響。傳感器節(jié)點(diǎn)均勻分布在以dc=200 m為半徑的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)置于中心。節(jié)點(diǎn)能耗為First Order改進(jìn)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(diǎn)的通信距離對(duì)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(diǎn)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(jī)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(jī)功率控制的傳輸成功概率都隨著節(jié)點(diǎn)密度的提高而相應(yīng)降低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的SNR要求越低時(shí)，隨機(jī)功率控制與固定功率控制性能間的差異相對(duì)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(duì)差值E[(?祝ij′-?祝ij)/?祝ij′]描述方法來比較隨機(jī)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(shí)采用最小通信距離Dmin分別為80 m和100 m時(shí)隨機(jī)功率策略和固定功率控制策略的節(jié)點(diǎn)平均能耗曲線，其中采用的最大通信距離為200 m，仿真時(shí)間為1 h。由該圖可知，上述三種情況隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)間報(bào)文碰撞問題的加劇及引發(fā)節(jié)點(diǎn)重發(fā)次數(shù)的增加，從而使節(jié)點(diǎn)平均能耗相應(yīng)提高。兩種隨機(jī)功率控制方式的節(jié)點(diǎn)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(zhǎng)節(jié)點(diǎn)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(jī)功率策略與固定功率控制策略在節(jié)點(diǎn)傳輸成功概率平均相對(duì)差值的比較,且SNR門限為-30 dB。在固定SNR門限下，隨著節(jié)點(diǎn)密度的提高，兩種隨機(jī)功率控制方式的節(jié)點(diǎn)傳輸成功概率平均相對(duì)差值都相應(yīng)降低，而且當(dāng)節(jié)點(diǎn)密度達(dá)到一定程度時(shí)，可視為隨機(jī)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(shí)，隨機(jī)功率控制與固定功率控制在成功傳輸概率的差異相對(duì)更小。
本文將隨機(jī)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(diǎn)的最大發(fā)射功率和最小發(fā)射功率來滿足網(wǎng)絡(luò)對(duì)成功傳輸概率的需求。仿真表明,隨機(jī)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(diǎn)能量效率和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。在以后的研究工作中將把重點(diǎn)放在該方法與數(shù)據(jù)鏈路層隨機(jī)接入技術(shù)相結(jié)合方面。
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