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无线自组网的功率控制与节能林碧娇;肖明波【摘要】随着无线通信的日益发展,无线自组织网络正逐渐从军用扩大到民用等诸多领域.但是无线自组织网络一般由电池供电,由于提高电池容量的技术进步缓慢,功率控制是一个重要的研究课题.无线自组织网络中的功率控制机制研究主要集中在3个方面,即网络层功率控制、链路层功率控制以及混合功率控制.重点是从分层的角度对功率控制进行阐述,主要介绍了网络层及链路层的功率控制,并介绍了一些节能协议.跨层设计综合考虑了各层性能能更好地为功率控制与节能服务.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)005【总页数】4页(P45-47,50)【关键词】无线自组织网;功率控制;节能;跨层设计【作者】林碧娇;肖明波【作者单位】厦门大学,福建,厦门,361005;厦门大学,福建,厦门,361005【正文语种】中文【中图分类】TN9151 引言无线自组织网由一组带有无线收发装置的移动节点组成，是一个多跳临时性无中心网络，可以在任何时刻、任何地点快速构建起一个移动通信网络，并且不需要现有信息基础网络设施的支持，网中的每个终端可以自由移动，地位相等[1]。
随着无线通信的日益发展，无线自组织网络正逐渐从军用扩大到民用等诸多领域。
但是在无线自组织网中，节点的能量有限，一般利用电池来提供能源，与普通的网络设备使用电源线供电有着显著差异。
而且在当前技术条件下，电池的容量每10年只能提高约20%左右[2]。
因此，对于无线节点来说，电池能量是一种宝贵的资源，功率控制问题是一个重要的研究课题。
具体来说，研究Ad Hoc 网络中的功率控制问题的主要目标是降低节点的能量消耗，延长节点和网络的寿命；调整节点的发射功率，减少对邻居节点的干扰，提高网络的吞吐量。
通常这两个目标是相辅相成、不可分割的。
功率控制是一个非常复杂的问题，涉及到无线网络协议栈的各个层。
在提高电池容量的技术没有取得突破性进展前，减少无线终端的能量消耗是一个现实可行的途径。
802.15.4协议802.15.4是一种低功耗无线个人局域网（WPAN）协议，由IEEE（国际电气电子工程师协会）制定。
该协议为低功耗设备之间提供了一种简单、低成本的通信解决方案，适用于各种物联网（IoT）应用。
协议概述802.15.4协议定义了物理层和媒体访问控制（MAC）层规范，用于在低功耗、低速率的无线网络中实现设备之间的通信。
该协议支持多种网络拓扑结构，如星型、树型和网状网络。
物理层规范802.15.4协议使用ISM频段（Industrial, Scientific and Medical，工业、科学和医疗频段），包括2.4GHz频段和868/915MHz频段。
其中2.4GHz频段是最常用的频段，具有全球范围内的可用性。
协议支持多种调制方式和数据速率，例如O-QPSK调制和250kbps的数据速率。
MAC层规范802.15.4协议的MAC层规范定义了一套用于媒体访问控制和网络管理的协议。
MAC层使用了CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波监听多点接入/冲突避免）机制来实现多节点之间的无冲突数据传输。
协议规定了两种不同的MAC层工作模式：非信标模式和信标模式。
非信标模式中，节点可以根据需要自由发送和接收数据；信标模式中，网络中存在一个信标节点，用于同步和调度其他节点的通信。
网络拓扑结构802.15.4协议支持多种网络拓扑结构，以满足不同应用场景的需求。
1.星型网络：所有节点直接连接到一个中心节点，中心节点负责网络的管理和调度。
2.树型网络：节点之间以层级结构组织，根节点负责网络管理，并通过中间节点转发数据。
3.网状网络：节点之间可以直接通信，没有中心节点，数据可以通过多个路径传输。
适用场景802.15.4协议在物联网应用中具有广泛的应用前景。
1.家庭自动化：通过无线传感器和执行器，实现家庭设备的智能控制，如灯光、温度、安防等。
简述s-mac协议的基本内容S-MAC协议是一种用于无线传感器网络中的节能协议，它的全称是Sensor-MAC协议。
该协议旨在通过优化传感器节点的能量消耗，延长网络的生命周期。
下面将简要介绍S-MAC协议的基本内容。
1. 节能机制：S-MAC协议采用了一种分时睡眠机制，将节点分为活动期和睡眠期。
在活动期，节点进行数据传输和接收；在睡眠期，节点进入低功耗模式以节省能量。
节点会周期性地进行活动期和睡眠期的切换，以平衡能量消耗和数据传输需求。
2. 时钟同步：为了保证节点之间的协调工作，S-MAC协议使用了时钟同步机制。
节点通过周期性地进行时间同步，保证整个网络的时间一致性。
这样可以避免因时间差异导致的数据冲突和能量浪费。
3. 碰撞避免：为了避免数据传输过程中的碰撞，S-MAC协议引入了一种分布式协调机制。
节点在进行数据传输之前，会先进行信道监听，如果信道空闲则进行传输，否则等待一段随机时间后再次监听。
这样可以有效避免多节点同时传输导致的碰撞问题。
4. 数据预取：为了减少数据传输时的能量消耗，S-MAC协议采用了数据预取机制。
节点可以主动向周围节点获取一些预取数据，并进行缓存。
当需要传输数据时，可以直接从缓存中获取，避免了额外的数据传输和能量消耗。
5. 睡眠调度：S-MAC协议通过灵活的睡眠调度机制，根据节点的实时负载情况和通信需求调整睡眠期的长度。
这样可以根据网络的实际情况，动态地调整节点的能量消耗，进一步延长网络的生命周期。
6. 路由选择：S-MAC协议还包括了一种基于链路质量的路由选择机制。
节点通过监测周围节点的信号强度和传输质量，选择最优的路径进行数据传输。
这样可以避免能量消耗过大和数据传输过程中的丢包问题。
7. 休眠唤醒：为了进一步降低能量消耗，S-MAC协议引入了一种休眠唤醒机制。
节点在睡眠期间可以周期性地唤醒，进行一些必要的工作，如时钟同步、邻居节点更新等。
这样可以保证网络的正常运行，同时避免了长时间的能量浪费。
