Ａｄ ｈｏｃ網絡功率控制策略研究

摘要:該文對MAC層需要引入功率控制進行了分析和研究，詳細介紹了采用功率控制的原因及可行性，同時對功率控制的理論依據和準則進行了探討。

關鍵詞:自組網;功率控制

中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)15-3901-02

Ad hoc Network Power Control Strategy

ZHANG Zhi

(Information Engineering Department， Chongqing City Management College， Chongqing 400055， China)

Abstract: This paper introduced the MAC layer need power control are analyzed and studied， detailed introduces the reasons and the feasibility of power control of power control， the theoretical basis and standard is discussed.

Key words: Ad hoc; power control

1 引言

在無線自組網的MAC協議中引入功率控制并不能完全照搬CDMA蜂窩移動通信系統中的功率控制方法，這是由二者的特點決定的。在CDMA蜂窩移動通信系統中，有基站進行控制且基站位置是固定的，通信方式是全雙工的;而在自組網中，各節點是功能相同、地位平等、隨機移動的，采用分布式控制，通信方式是半雙工的。因此，在自組網的MAC協議中引入功率控制技術，其原則是在保證目的節點能夠正確接收分組的基礎上盡可能的減小發射功率。同時，在自組網中的數據傳輸是以分組為單位的，因此功率控制是基于分組的，發送一個分組所用的功率是發送前已經確定好的，在一個分組的傳輸過程中，功率是不可改變的。

2 采用功率控制的原因

無線802.11信道接入協議中，不管與目的節點距離的遠近，源節點始終以最大功率發射，這會帶來如圖1的問題。

考慮如圖1所示的情況:

節點A要向節點B發送數據，那么根據協議的規則，A先要向B發送RTS分組，B回復A一個CTS分組，A收到此CTS分組后開始向B發送數據，若此時:

1) 節點C要向節點D發送數據，C會向D發一個RTS分組，但由于D在A的覆蓋范圍內，D肯定會收到A的RTS分組并進入延遲狀態，因此在延遲時間內，D不會回復給C一個CTS分組，這樣，C和D之間的通信不會建立起來。

2) 節點E有數據要向F發送，但因為E在B的覆蓋范圍內，E會收到B的CTS分組并進入延遲狀態，在延遲時間內，E不會向F發送RTS分組，二者之間的通信不會建立。

若采用功率控制技術，使源節點的發送功率能保證目的節點正確接收數據即可，這樣的話，如圖1中(b)所示，D已不在A的覆蓋范圍內，C和D之間的通信可正常進行;同理，B不在E的覆蓋范圍內，E和F之間的通信也可正常進行。這樣，不但節省了節點的能量消耗，也增加了同時進行通信的節點對的數量，并且互不干擾，提高了信道利用率。

3 采用功率控制的可行性

在IEEE802.11DCF協議中采用功率控制技術的設計思想是通過RTS分組和CTS分組的交換，來獲得進行功率控制所必需的信息。在802.11協議中，控制分組和數據分組使用同一頻段，信道的衰減是相關的，通過控制分組得到的控制信道的信息可以用在數據傳輸的功率控制上，因此，在802.11協議中使用功率控制技術是完全可行的。

4 功率控制的理論依據

為了進行功率控制，有以下前提條件:

1) 一個節點可以選擇用多大功率來發送分組，這要由物理層來提供支持。

2) 在接收到一個分組后，物理層可以向MAC層報告該分組是以多大的功率被接收的。

設有一個源節點向一個目的節點發送一個分組，則有以下公式成立[1]:

式中，Pt是發射機發送分組時傳遞給發射天線的功率;Pr是分組到達接收機混頻器輸入端的功率;λ是載波波長;d是源節點和目的節點間的距離;n是路徑衰減系數;Gt是發射機天線增益;Gr是接收機天線增益。

通常情況下，λ、Gt和Gr為常數;n典型值為2，根據空間環境的不同可在2~6之間變化。

雖然自組網中的各節點都是移動的，但在發送一個分組的非常短的時間內，可將d和n看作常數，這在實際應用中是成立的。

設源節點以功率Pt向目的節點發送RTS分組，目的節點收到RTS分組的功率為Pr，若源節點以功率Pdata向目的節點發送數據，使得目的節點收到數據分組的功率為Pmin，由式(1)，有下式成立:

式(8)計算出來的Pmin就是接收機靈敏度Ps，這樣，根據式(4)在進行功率控制時，只要知道了Pt、Pr的大小，就可以根據接收機靈敏度Ps計算出Pdata的大小。目前提出的使用功率控制的MAC協議基本都采取接收機靈敏度準則來計算節點發射功率[2]。

5.2 實際信噪比準則

當接收機外部噪聲環境變化較大時，為了保證功率控制的效果，可以在測得接收機外部噪聲Ne和接收機內部噪聲Ni的基礎上，根據式(6)直接計算Pmin的大小，再通過式(4)算出發射功率Pdata的大小。

兩種功率控制準則相比較，接收機靈敏度準則實現起來比較容易，但不能用于外部噪聲強度起伏較大的情況;實際信噪比準則的實現比較復雜，需要接收機能夠實時估計外界干擾強度，但不論外部噪聲的起伏情況如何，它都能適應[3]。

參考文獻:

[1] Qiang H，Witold A K.Performance Improvement of Closed-Loop Power Control in CDMA Cellular Mobile Communication Systems[C].Online Public Access Catalogue.IEEE Vehicular Technology Conference，1996:56-60.

[2] Wu S L，Tseng Y C，Sheu J P.Interlligent Medium Access for Mobile on Selected Areas in Communications[J].IEEE Journal，2000，18(9):1647-1657.

[3] Lahiri K，Ragbunathm A，Dcy S，et al.Battery-Driven System Design: A New Frontier in Low Power Design[C].Bangalore，India:Process International Conference on VLSI Design，2002:261-267.