Ad Hoc網絡能量問題及節能策略

方勝吉

摘要 人們通常希望移動設備在接入網絡中的工作時間越長越好。但是，一方面，由于Ad Hoc網絡中的移動節點只能使用容量有限的電池供電，大幅度提高電池的單位容量從技術方面來說比較困難;另一方面，隨著網絡終端性能的提升、功能的加強，設備硬件自身產生的能耗會越來越大，對能量的需求也越來越高。因此，采取各種節能機制就成為了延長移動設備在Ad Hoc網絡中工作時間的一個主要手段，也是本文研究的主要內容。

【關鍵詞】Ad Hoc 節能機制 節能策略

1 Ad Hoc網絡節點能耗分析

移動Ad Hoc網絡中的無線節點由網絡接口和內部器件這兩部分組成，這兩部分在數據傳輸時分別有各自的能量消耗，即通信能耗和內部器件工作處理能耗。2002年，DeborahEstrin在Mobicom國際會議上做的特邀報告中指出，所謂節點的能耗，與網絡規模有關，大范圍的網絡中，消耗主要是通信能耗;小范圍的則是以內部的相關零部件的工作能量消耗為主體。

一般情況下有4種工作模式（無線接口設備類），如果按照能量消耗的多少，從低到高可分為：睡眠、空閑、接收和發送，除去第一種外稱為活動狀態，活動狀態下的節點有一個特點，那就是對在信道上的傳輸的數據，會隨時做出反應，而非活動狀態的節點，是在設計中融入了節能的因素。

在Ad Hoc網絡中，節點即使處于空閑狀態，它的能耗也是很大的，基本與接收狀態相當。這是由于設備中無線網卡在空閑狀態雖無數據發送，但是需要時刻監聽信道，并對發送給本節點的數據做出反應。所以，只有節點處于睡眠狀態下才能保證節點能耗最低。

2常見的Ad Hoc節能措施

2.1網絡層處理策略

該層的節能辦法主要從兩方面入手：

（1）功率因素，我們要在路由協議中有所參考;

（2）通過修改路由協議影響路由路徑，延長網絡壽命。

功率控制是Ad Hoc網絡的一種節能方式，為了使整個網絡的節能效果得到明顯的上升，我們可以選擇動態的調整路由器對路徑的選擇方式以及整個網絡鋪設的拓撲結構，從而降低通信節點的發射功率。目前，通過修改路由協議延長網絡壽命的研究很多，以下給出的幾種節能策略均屬于該方向：

（1）能量均衡策略：以網絡節點電池剩余電量為基準，均衡使用網絡中各節點能量，路由選擇時盡量避免低能量的節點，盡可能延長網絡生存時間。

（2） MBCR策略：路由上所有節點剩余能量之和稱為節點剩余總電量，并將其作為度量標準，而從出發點到目的地所經過的節點，需要由剩電量最多的點形成。

（ 3）MMBCR策略先找到最小電量的點，以此為標記，再找與其相關聯的最大能量節點為路徑選擇。

（4） CMMBCR： 一種綜合MBCR和MMBCR產生的策略，就是預先設置一能量閾值，節點上的能量剩余值與閾值比較，大于時，就使用MBCR;否則就用MMBCR.。

2.2 MAC層節能策略

目前，針對MAC層能耗問題的研究很多，本文著重介紹此類研究中比較集中的兩種機制。

2.2.1功率控制

在Ad Hoc中，能量消耗，主要體現在數據傳輸，而消耗最大的就是節點發送。所以，降低節點發送功率，減輕節點間的相互影響和沖突，是一種有效的降耗辦法。

功率控制又可分為兩種，一個是以網絡拓撲結構為基礎的整體控制，通過調整整個節點的功率，實現功率利用率最大化;另一種是以單節點為基礎的局部控制，主要以節點間距離和噪聲為依據，來控制發射功率，從而實現信道復用與節能。

2.2.2無線網卡動態關閉機制

無線網卡動態關閉機制就是盡量使節點處于睡眠狀態，這樣做可以減少節點空閑偵聽及串音狀態的能耗。網卡的關閉策略，在不同的協議間，在不影響全網性能的情況下，基本都使用同一種方法，就是盡可能長時間休眠。無線網卡關閉機制一般可分為

報文時間復合、時間驅動和報文驅動是無線網卡常見的三種關閉機制，它們各有優缺點，可根據具體的網絡環境分別使用。報文驅動機制在負荷較大的網絡中使用效果較好，這是由于此時進入睡眠狀態的節點較多，節能效果較明顯;時間驅動機制與之相反，適用于負荷較小的Ad Hoc網絡中，這是由于在小負荷網絡的每一個beacon周期中，網絡的流量較小，無用的節點均在睡眠，所以，效果較好。

2.3越層處理策略

為了取得更多的信息來決定操作動向，越層協議一般都會被設置在MAC層上，在這層上，更方便根據網絡層傳來的路由信息做出相應處理，SPAN、GAF、PARO、COMPOW等都是此類的協議。

目前，越層策略主要分為兩種，一種是通過讓無任務的節點進入睡眠，實現節能，只留下部分節點來轉發報文的“保留聯通主干”的機制;另一種就是按需節能機制，它針對在網絡中并非所有情況下都需要全局連通性這一情況提出的，避免了連通集中存在大量與通信無關的節點，造成的不必要的能耗。

3結束語

本文首先分析了Ad Hoc網絡中節點的能量消耗特性，然后，介紹了Ad Hoc網絡中的主要節能策略，包括網絡層節能策略、MAC層節能策略及跨層節能策略，為Ad Hoc網絡節能提供參考。

參考文獻

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