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正文摘录:

林碧娇等：无线自组网的功率控制与节能主要讨论网络层及链路层的功率控制。无线自组织网的节能是一个大问题，他也牵涉到协议栈的各个层次。2.1物理层过去对移动节点节能问题的研究主要集中在物理层，包括选择合适的硬件以及编码调制方式等。此外，在物理层也可以通过功率控制来调节传输功耗，考虑到过高的传输功耗会增加干扰，因此应在能够维护链路连通性的基础上尽量以最低的功耗发送和接收数据。其中，如何合理地采用网卡动态关闭机制是一个重要的研究课题。2.2MAC层链路层功率控制主要通过MAC协议完成，其目的是在给定最大发送功率条件下，根据每个报文目的节点的距离、信道状况等条件来动态调整发射功率，以达到尽量节省节点能耗和提高信道的空间复用度的目的。下面介绍几种MAC协议：IEEE802.11MAC协议他是无线自组织网络中MAC层的一种事实上的标准，支持两种功率模式：活跃模式和功率节省(PS)模式。但是各节点的时钟不同步问题和不准确的邻居信息问题使整个网络被分隔为几个不相连的子网络，造成路由算法的失效，使得该协议乃至后来对其功率控制进行改进的协议DPSM算法n0，EC—MAC协议”’仍然难以适用于多跳Ad}toe网络。(“SMA的MAC协议他是基于任一节点的发送都能被其他节点听到这样的事实，但由于无线自组织网中通信距离的限制，不是所有节点都能听到，他带来了两个问题：隐终端问题和裸终端问题。解决的办法是采用冲突避免机制，形成冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA／CD)MAC层协议。PCMA的MAC协议”’他提出了利用功率控制的多址接入的机制实现冲突避免，将开关型的固定功率发射模型推广为功率可变的发射模型。实现这种模式的核心问题就是正确估计传输功率可调整的范围，保证新的传输的建立既不会干扰正在进行的其他传输，又可以尽可能地限制传输所占的区域。链路层功率控制机制不会影响网络拓扑结构，因此也不会增加报文在转发过程中所经历的平均跳数。节能并不等同于功率控制，节能的手段并不是调整发射功率大小，而是通过适时关闭无线网卡(NI(：)或其他方法来节省能量。目前，关于节能协议的研究主要集中在链路层，研究的重点是在哪些情况下可以关闭NIC，同时又不会过多影响网络性能。通常情况下，无线网卡加电工作时按功率消耗由小到大的顺序有4种模式：睡眠模式(sleep)、空闲模式(idle)、接收模式(receive)以及发送模式(’transmit)。当无线网卡工作于睡眠模式时称结点处于睡眠状态，而当无线网卡46工作在其他3种式时称结点处于活跃状态。当结点既不发送也不接收时无线网卡通常处于空闲模式，此时他要随时监听信道上发送的报文并随时对发给本结点的报文做出反应，其电路仍然是活跃的，因此功耗仍然很高。相反，睡眠模式的NIC处于一种低功耗状态，功率消耗非常低，此时即使有报文到达也不能立即开始接收。根据研究者对I。ucent公司wave[，AN无线网卡功率消耗的实测结果以及产品规范中给出的参考值”]，我们可得出：无线网卡发送模式功耗与其空闲模式相比差别并不是特别大，只有无线网卡在处于睡眠模式时才能显著降低能量消耗。因此尽可能将节点无线网卡置于睡眠状态是降低节点功耗的关键。无线网卡动态关闭机制可分为MAC层关闭机制和2.5层关闭机制。前者包括报文驱动、时间驱动和混合驱动3种方式，而后者是工作在MAC层之上，可根据路由协议的某些路由信息做出相应的关闭处理，他在节点能耗、分组发送时延、吞吐率、公平性等方面提供了更大的灵活性。所以在2.5层采取一些节能机制往往会比仅在MAC层采用节能机制具有更好的整体性能“]。目前2.5层节能机制主要分为保留连通主干集的节能机制和按需节能机制2种。此外，在无线自组织网中运用NIC动态关闭机制需要解决好如下几个方面的问题：如何获得全网刚‘钟同步；如何判断当前存在哪些邻居节点；如何发送广播报文；如何与路由协议协同工作。另外节能机制必须不影响路由协议的正常工作等，这些问题都需要仔细考虑哺]。2.3网络层路由是网络层的主要功能，在路由协议中考虑功率的因素，可以提高功率的有效性，这就是功率路由。因此网络层功率控制所关心的问题是如何通过改变发射功率动态调整网络的拓扑结构和选路，最终使全网性能得到优化。但是，当功率调整后，相邻结点间的链路通、断状态可能会发生改变，这通常会导致许多路由协议发起路由更新过程。如果功率调整次数较多，则随之产生的路由信息可能会消耗大量网络带宽资源。R.Ramanathan等人运用图论方法，研究了网络全连通条件下的节点最小发射功率问题凹’，节点每一次功率调整都是在节点当前的发射功率基础上进行的，尽量减小了路由更新所带来的额外开销，较好地解决了这一问题。为了节省功耗，路由算法应该将功耗作为一个约束条件来选择最佳路由，同时应将转发负载平均分配到各个节点，从而使得网络寿命和出现网络分割的时间尽可能地延长‘“。下面介绍几种网络层的节能路由协议：最小总传输功率路由(MTPR)是从所有可能的路由集合中选择总传输功率最小的路由；最小电池消耗路由(MBCR)是从使用最小