無線傳感器網絡功率控制算法研究綜述

矯 樂 苗 卓 郝興浩

（沈陽理工大學，遼寧 沈陽 110159）

無線傳感器網絡功率控制算法研究綜述

矯 樂 苗 卓 郝興浩

（沈陽理工大學，遼寧 沈陽 110159）

在無線傳感器網絡能量的研究中，功率控制技術是節省能量的核心技術之一，本文首先介紹了功率控制算法的分類，其次給出了幾種典型的算法并簡要說明其優缺點，最后簡述目前功率控制技術存在的不足以及未來的發展形勢。

網絡能量；功率控制；算法

0.引言

無線傳感器網絡（WSN）是一種用于觀察、檢測、感知并采集信息的監測管理網絡，被稱為 21 世紀最重要的技術之一。隨著WSN的興起，人們可以隨時隨地、以任何方式獲取以及處理信息，從而真正實現了“普適計算”模式。

傳感器網絡節點由電池供電，常用于環境監測、健康護理、智能家居等領域，一般不能更換電池，能量有限。功率控制技術是目前節約網絡能量的一個主要方法。網絡常采用功率控制算法提升網絡性能。從網絡層角度分析，可以將算法分為3種，一是網絡級功率控制算法；二是鄰居節點級功率控制算法；三是獨立節點級功率控制算法。其三者的區別主要在于節點發射功率是否統一，是否可以根據實際改變大小。

1.典型的功率控制算法

1.1 網絡級功率控制算法

（1）COMPOW（Common Power）算法

采用COMPOW算法的網絡節點首先以大小不同的發射功率對網絡進行連通并探測網絡環境，然后選擇適合當前環境的最小的發射功率作為所有節點統一的發射功率。其優點是可以使網絡平衡并解決網絡不對稱引起的隱蔽終端問題等；缺點是不能根據實際情況進行功率的調整，浪費能量。

（2）CPC （Common Power Control）算法

采用CPC算法的網絡節點首先要確定自身節點與每一個相鄰節點之間的發射功率，將功率大小進行比較，選擇其中能保證網絡連通的最佳發射功率，然后采用洪泛的方式通知所有節點將最佳功率做為全網統一接收發送功率。其優點是適合應用在大規模網絡中；缺點是最佳功率的選擇過程比較復雜。

1.2 鄰居節點級功率控制算法

（1）CLUSTERPOW（CLUSTER POWER）算法

采用CLUSTERPOW算法的網絡節點首先為自身設定3個不同大小的發射功率。然后節點根據自身與鄰居節點位置的遠近建立路由表，當傳輸信息時，查詢路由表選擇最合適的下一跳節點并選擇3個功率中最適當的發射功率進行數據傳輸。其優點是功率之間可以相互切換，減少能量消耗，提高網絡吞吐量；缺點是節點負擔過重，容易退出網絡。

（2）基于節點度的算法

基于節點度的算法最典型的是LMA（local mean algorithm）算法和LMN（local mean of neighbors algorithm）算法。算法中節點要根據傳輸的信息或采集信息不斷更改自身節點的發射功率，一要保證網絡節點的度數在允許的范圍內，二要保證網絡節點相互連通。兩個算法除了節點度數的計算方式不同，其余均相同。其優點是優化網絡拓撲，節約網絡能量；缺點是節點之間的鏈路存在冗余性，網絡連通復雜度高。

1.3 獨立節點級功率控制算法

（1）BASIC算法

采用BASIC算法的網絡節點首先以自身節點允許的最大發射功率向目的節點發射請求發送幀RTS（Request To Send），目的節點收到RTS后，計算其與信息源節點之間的最小發射功率，以最小發射功率向信息源節點發送允許發送幀CTS（Clear To Send），然后節點之間均采用最小發射功率完成信息傳輸。其優點是網絡節點采用不同的發射功率，減少能量浪費；缺點是載波偵聽環帶中的節點可能收不到請求發送或允許發送的數據幀，容易與正在傳輸的數據幀發生沖突。

（2）SSEC（Sensor Stable Efficient Clustering）算法

SSEC算法是一種動態處理網路節點變化的分簇路由算法。采用SSEC算法的網絡節點首先為自身節點設定一個時間值，在時間段內向其他鄰居節點發送能量請求消息RTE（Request to Energy），然后將收到的能量消息與自身剩余能量比較，若自身能量高，將設為簇首節點，否則設為該簇的子節點，每一輪的工作都將以能量為參考，實行簇首節點輪換制。該算法的優點是有效處理BASIC算法中不能解決的隱蔽終端問題，網絡連通度高；其缺點是節點發射功率固定，相互傳輸信息時會造成干擾，傳輸路徑選擇性大，節點間消耗能量不均等問題。

結語

本文簡單地介紹了無線傳感器網絡功率控制算法的分類以及幾種典型算法，簡述算法原理并說明其優缺點。近年來，WSN功率控制技術無論在理論上還是實際應用中都得到高度重視，也取得了一定的成果，但是仍然存在一些問題需要進一步研究。如某些算法的應用范圍局限于自身條件不能普遍使用。某些算法的系統分析和工作原理過于理想化。鑒于WSN功率控制技術的發展，未來的研究熱點可能為：算法與其他功能機制的結合，考慮實際應用的環境，提高網絡的自適應性以及系統的穩定性。

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