无线自组网功率控制MAC协议研究

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无线自组网是一种由多个无线节点组成的不需要固定设备支持的自治网络。网络中节点之间关系对等,并且由于其配置部署简易,使得无线自组网越来越被广泛地应用于各种军事和民用的场合。同时,不同需求的出现也极大地促进了无线自组网的研究和发展,使得无线自组网成为当前的研究热点之一。无线节点往往携带能量有限的电源,而通信能耗往往占节点能量损耗的大部分,因此需要考虑降低无线节点的通信能耗来延长网络的寿命,无线自组网MAC层的功率控制技术是一种降低节点通信能耗的方式。一方面,功率控制可以决定信号的接收质量以及信号的传输范围,从而影响MAC层的冲突水平以及网络的吞吐量和端到端的延迟;而另一方面,尽管无线信号在理想情况下传输的能量衰减满足平方反比定律,但是在实际应用环境中信号的衰减却会受到遮挡物、地形以及空气湿度等的影响,使得信号能量的衰减具有不确定性,直接影响接收者能否正确接收。这些都使得发送功率的控制变得十分复杂。本文在分析功率控制对网络性能影响以及无线信号传播特点的基础之上,针对在路径损耗变化下,PCM功率控制协议可能存在的数据丢包问题设计了一种路径损耗自适应的轻量级功率控制MAC协议,该自适应功率控制策略可用于其它基于IEEE 802.11数据传输过程的“静态”功率控制MAC协议;针对功率控制会引入更多隐藏终端的问题设计了一种基于冲突解决的功率控制MAC协议。前者基于无线信道的不确定性,根据计算得到的RSSI的指数平均值预测信道链路损耗的变化,动态调整节点的发送功率,以提高通信连接的稳定性,减少数据重传。仿真实验表明,协议较PCM协议在网络吞吐量以及能量效率上有所提高。后者规定数据传输过程中的各帧均采用最优发送功率,当冲突发生时,协议根据干扰节点是否欲与被干扰节点通信将冲突划分为两类,据此协调节点的数据传输过程。仿真实验表明,协议较功率控制SHUSH协议在网络端到端延迟以及网络吞吐量上都有所提高。
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