無線網絡節點通信干擾情況分析研究

(沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159)

無線網絡節點通信干擾情況分析研究

劉釗

(沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159)

在無線網絡節點通信的過程中，無論是外部的干擾還是內部節點之間的干擾都是不可忽視的問題。本文首先介紹了采用層次型網絡拓撲結構的節點功率設定方案，其次給出了幾種當節點內部之間產生相互干擾的情況并分析此時節點功率該如何設定，最后簡述目前網絡干擾技術存在的不足以及未來的發展形勢。

網絡干擾；層次拓撲；功率設定

一、引言

無線網絡是一種利用無線電波傳輸信息的大型網絡，相比于有線網絡覆蓋面積廣且發展速度較快。隨著無線網絡的興起和普及，人們可以隨時隨地、以任何方式獲取以及處理信息。

無線網絡發展的十分迅速但是依舊存在一些問題。其中網絡干擾就是其不可避免的問題之一。無論是平面型的還是層次型的網絡都會存在干擾，但是層次型的網絡可以通過其簇首節點與子節點的功率調節來適當避免干擾。從當前環境分析，可以分為兩種：由網絡外部噪聲引起的外部干擾；內部節點同時傳輸信息引起的內部干擾。本文主要對后者做主要分析。

二、發射功率的設定

常見的網絡分簇算法一般將發射節點和接收節點的發射功率和接收功率設成單一的大小。網絡中使用這樣單一的功率可以有效的保持網絡穩定，但是一旦采用大型的分簇算法作為網絡通信基礎，往往出現簇首節點和簇內節點因傳輸距離長短不一出現能量浪費或者能量不足的問題。因此結合本文采用的層次型網絡算法中簇間傳輸距離與簇內傳輸距離滿足條件：所有的簇首節點采用較高的發射功率，簇內節點采用較低的發射功率，這樣可以有效避免上述問題。但具體的節點發射功率大小由實際環境決定，只需將兩類功率做相應調整即可。

(一)簇首節點發射功率的設定。由自由空間電磁波的傳輸公式分析推導。即使當d表示發送端到接收端的距離，亦為發射節點到接收節點的距離。也存在很多種位置情況，第一種情況是節點A為簇首節點，是發送端節點，節點B為簇內子節點，節點P為A簇內普通節點，是接收端節點，RA為簇首節點A的通信半徑，RB為子節點B的通信半徑，D1為節點A與節點P的距離，但此時D1應稱為發送端與接收端的距離，D2為子節點B與節點P的距離。由此可見，與發送端有關的距離長度，其間的大小關系應為：D1>D2且RA-D1

此時，自動調節簇首節點A的發射功率大小，如公式所示：

計算后得知節點A的發射功率為PA，在節點A允許使用的最大發射功率范圍內，所以符合實際，具有實際意義。

第二種情況與發送端有關的距離長度，其間的大小關系應為： D1

因為D2

(二)子節點發射功率的設定。簇內子節點之間相互傳輸信息時的功率設定沒有簇首節點的設定過程復雜，源于其自身的通信半徑小且自身能量有限。因此，如上述兩種情況分別如上述分析，與此時的發射端節點B有關的距離長度除上述條件外，且都滿足D2≤RB。則此時子節點B向簇內節點P傳輸信息時的發射功率大小，都將如公式所示：

因為D2≤RB，所以仍然在節點B允許使用的最大發射功率范圍內，所以符合實際，具有實際意義。

三、通信干擾時功率大小的調節

通信過程中會出現各種各樣的問題，干擾問題一直都是研究的重點方向。對于發送節點a和接收節點b，下面給出了節點間常見的幾種干擾情況。

(一)發射節點被干擾。發射節點a向接收節點b發送信息時，節點A可能同時向其他節點發送信息，此時節點A稱為節點a的干擾節點。此時，節點a通過對周圍環境的簡單監測，發現存在外界干擾，并計算節點a到干擾節點A若發送信息時的發射功率的大小，記為P。隨后，節點a通過自身的控制信道向其接收節點b發送一個暫時停止的控制幀，即睡眠控制幀，接收節點b接到控制幀后與節點a一同進入睡眠。為盡快完成傳輸任務，節點a即使與節點b處于睡眠狀態，但每隔一個2Tw時間，節點a蘇醒一次，檢測干擾節點A是否仍然處于傳輸信息的狀態。一旦節點a檢測到干擾節點A完成信息傳輸時，節點a立即通知節點b蘇醒，繼續完成傳輸任務。但蘇醒后的節點a向節點b傳輸信息的發射功率不是再原來大小，而是以功率P大小向節點b發送信息。即便此時干擾節點A再次傳輸信息，但由于功率P應大于或等于干擾節點A的發射功率，節點A再發送信息時也不會干擾節點a。

(二)接收節點被干擾。即使節點A不再對發射節點a產生干擾，但是相對的，接收節點b也有可能在接收信息時受到周圍正在傳輸信息的節點的干擾，如節點C，此時，節點C亦稱為節點b的干擾節點。此時，節點b通過控制信道向節點a傳輸睡眠控制幀，兩個節點一起進入睡眠，節點b采用與節點a相同的方式等待干擾節點C傳輸完畢。與發送節點受到干擾不同之處在于，當節點b通知節點a蘇醒繼續通信時，節點a向節點b發送信息的發射功率不變，節點b接收信息時向節點a返回數據確認幀時采用的功率大小為節點b計算到達干擾節點C的發射功率大小。即便此時干擾節點C再次傳輸信息，但由于功率小于或等于接收節點b的傳輸功率，因此也不會再次干擾節點b。

(三)同時被干擾。同時被干擾的情況主要有兩種：第一種情況是當發射節點a和接收節點b在一個共有的簇內時，節點a和節點b都處于以節點B為簇首的簇內，假設節點a向節點b發送信息時，簇首節點B也在發送信息，此時不可避免的會對節點a和節點b的通信產生干擾，稱簇首節點B為公共干擾節點。第二種情況是假設簇首節點B沒有傳輸信息，而節點A和節點C同時向不同的節點傳輸信息，這時不僅對節點a的發射過程產生干擾，同時還對節點b的接收過程產生干擾。綜合以上兩種情況，稱為同時干擾。這種情況發生時， 節點a通過控制信道向節點b發送睡眠控制幀，兩節點同時進入睡眠狀態，同時，節點a和節點b分別計算達到干擾節點的發射功率大小，并記為P1和P2。當檢測到干擾節點都傳輸完畢后，節點a以功率P1和P2中較大的功率大小最為自身的發射功率，與節點b繼續完成信息傳輸。

四、結語

本文簡單的介紹了幾種無線網絡節點通信時可能會產生的干擾情況，并簡單分析采用分簇算法時簇首與子節點對應的發射功率調節方案。近年來，對無線網絡的干擾問題，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。往往對待平面型網絡的分析和設計都是基于理想化環境的。鑒于對現代抗干擾技術的發展，未來的研究熱點可能為：考慮實際應用的環境，改進平面路由算法，引進功率控制機制等。

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[3]邱永紅.通信抗干擾技術的激活與決策分析[J].電視技術，2005,5:14-17.

劉釗，男，沈陽理工大學信息科學與工程學院，計算機技術專業碩士研究生，研究方向計算機技術。