功率控制技術(shù)
發(fā)布時(shí)間:2012/3/30 19:31:13 訪(fǎng)問(wèn)次數(shù):6091
功率控制技術(shù)是指在滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)連通度 BD235 的前提下，通過(guò)節(jié)點(diǎn)功率控制或動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，精簡(jiǎn)節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線(xiàn)通信鏈路，保留生成一個(gè)高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連通的基礎(chǔ)上，使得網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗最小。典型的功率控制技術(shù)主要研究關(guān)鍵傳輸距離( Critical Transmitting Range，CTR)問(wèn)題，相關(guān)研究成果包括COMPOW[27]、CTRS[28]等統(tǒng)一功率分配算法；基于鄰近圖研究最小能量單播組播問(wèn)題的RNG、DRNG和DLSS[29]等近似算法；基于位置的LMST[301、基于方向的CBTC[31，3糾和基于鄰居的LINT/LILT[331、KNeigh[341等各種拓?fù)淇刂茀f(xié)議。下面分別介紹功率控制的典型的一些方案。
1．統(tǒng)一功率分配算法COMPOW
COMPOW (COMMON POWER)協(xié)議是一種簡(jiǎn)單的將功率控制與路由協(xié)議相結(jié)合的解決方案，其基本思想是：所有的傳感器節(jié)點(diǎn)使用一致的發(fā)射功率，在保證網(wǎng)絡(luò)連通的前提下將功率最小化。COMPOW建立各個(gè)功率級(jí)的路由表，在功率Pi級(jí)時(shí)，通過(guò)使用功率Pi交換HELLO消息建立路由表RTpi，所有可達(dá)節(jié)點(diǎn)都是路由表中的表項(xiàng)。COMPOW選擇最小的發(fā)射功率使得與最大發(fā)射功率具有相同數(shù)量的表項(xiàng)，于是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用公共的發(fā)射功率但該協(xié)議只適用于節(jié)點(diǎn)分布均勻的情況，缺陷較為明顯。
2．基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制LMN/LMA
LMN/LMA是基于節(jié)點(diǎn)度數(shù)的算法。一個(gè)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)是指所有距離該節(jié)點(diǎn)一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)目�；诠�(jié)點(diǎn)度的算法一般動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，使得節(jié)點(diǎn)的度數(shù)處于一個(gè)合理的區(qū)間。局部平均算法LMN( Local Mean Algorithm)和本地鄰居平均算法LMA (Local MeanofNeighbors Algorithm)是兩種周期性動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的算法。
LMA算法的主要思想是：給定節(jié)點(diǎn)度的上下限，動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，使得節(jié)點(diǎn)的度落在要求區(qū)間內(nèi)。具體步驟如下。
①節(jié)點(diǎn)以相同的初始功率廣播包含自己ID的LifMsg。
③節(jié)點(diǎn)收到LifMsg信息，發(fā)出應(yīng)答信息LifAckMsg，該信息包含LifMsg信息中的ID。
③節(jié)點(diǎn)在下次發(fā)LifMsg時(shí)，檢查收到的應(yīng)答信息LifAckMsg，并根據(jù)此統(tǒng)計(jì)自己的鄰居數(shù)。
④如果鄰居數(shù)小于節(jié)點(diǎn)度下限，增大發(fā)射功率；大于節(jié)點(diǎn)度上限，減少發(fā)射功率。
LMN與LMA相似，區(qū)別在于LMN將所有鄰居的鄰居數(shù)求平均值作為自己的平均數(shù)。即每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息LifAckMsg時(shí)，將自己的鄰居數(shù)放入信息中，發(fā)送LifMsg信息的節(jié)點(diǎn)在收集完所有LifAckMsg信息后，將所有鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰居數(shù)求平均作為自己的鄰居數(shù)。
LMN算法和LMA算法對(duì)節(jié)點(diǎn)的要求不高，不需要嚴(yán)格的時(shí)間同步，可以保證算法的收斂性和網(wǎng)絡(luò)的連通性。但這兩種算法都缺少?lài)?yán)格的理論推導(dǎo)，還可以進(jìn)一步研究合理的鄰居節(jié)點(diǎn)判斷條件。
3．基于鄰近圖的功率控制
RNG、DRNG和DLSS等基于鄰近圖的近似算法在基于鄰近圖的算法中，所有節(jié)點(diǎn)以最大功率發(fā)射時(shí)形成的拓?fù)鋱D為圖G，定義為G=(n E)的形式，V代表圖中頂點(diǎn)的集合，E代表圖中邊的集合，E中的元素可以表示為(U.v)，按照一定的規(guī)則Q，求出該圖的鄰近圖G'，最后G’中每個(gè)節(jié)慮以自己所鄰接的最遠(yuǎn)通信節(jié)點(diǎn)來(lái)確定發(fā)射功率。經(jīng)典的鄰近圖模型有RNG（Relative Neighborhood Graph）、GG( Gabriel Graph)、YG (YaoGraph)以及MST (Minimum Spanning Tree)等。這是一種解決功率分配問(wèn)題的近似解法�？紤]到傳感器網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)形成的邊是有向的，為了避免形成單向邊，一般在運(yùn)用基于鄰近圖的算法形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲螅�要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的增刪，以使最后得到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫请p向連通的。
1．統(tǒng)一功率分配算法COMPOW
COMPOW (COMMON POWER)協(xié)議是一種簡(jiǎn)單的將功率控制與路由協(xié)議相結(jié)合的解決方案，其基本思想是：所有的傳感器節(jié)點(diǎn)使用一致的發(fā)射功率，在保證網(wǎng)絡(luò)連通的前提下將功率最小化。COMPOW建立各個(gè)功率級(jí)的路由表，在功率Pi級(jí)時(shí)，通過(guò)使用功率Pi交換HELLO消息建立路由表RTpi，所有可達(dá)節(jié)點(diǎn)都是路由表中的表項(xiàng)。COMPOW選擇最小的發(fā)射功率使得與最大發(fā)射功率具有相同數(shù)量的表項(xiàng)，于是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用公共的發(fā)射功率但該協(xié)議只適用于節(jié)點(diǎn)分布均勻的情況，缺陷較為明顯。
2．基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制LMN/LMA
LMN/LMA是基于節(jié)點(diǎn)度數(shù)的算法。一個(gè)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)是指所有距離該節(jié)點(diǎn)一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)目�；诠�(jié)點(diǎn)度的算法一般動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，使得節(jié)點(diǎn)的度數(shù)處于一個(gè)合理的區(qū)間。局部平均算法LMN( Local Mean Algorithm)和本地鄰居平均算法LMA (Local MeanofNeighbors Algorithm)是兩種周期性動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的算法。
LMA算法的主要思想是：給定節(jié)點(diǎn)度的上下限，動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，使得節(jié)點(diǎn)的度落在要求區(qū)間內(nèi)。具體步驟如下。
①節(jié)點(diǎn)以相同的初始功率廣播包含自己ID的LifMsg。
③節(jié)點(diǎn)收到LifMsg信息，發(fā)出應(yīng)答信息LifAckMsg，該信息包含LifMsg信息中的ID。
③節(jié)點(diǎn)在下次發(fā)LifMsg時(shí)，檢查收到的應(yīng)答信息LifAckMsg，并根據(jù)此統(tǒng)計(jì)自己的鄰居數(shù)。
④如果鄰居數(shù)小于節(jié)點(diǎn)度下限，增大發(fā)射功率；大于節(jié)點(diǎn)度上限，減少發(fā)射功率。
LMN與LMA相似，區(qū)別在于LMN將所有鄰居的鄰居數(shù)求平均值作為自己的平均數(shù)。即每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息LifAckMsg時(shí)，將自己的鄰居數(shù)放入信息中，發(fā)送LifMsg信息的節(jié)點(diǎn)在收集完所有LifAckMsg信息后，將所有鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰居數(shù)求平均作為自己的鄰居數(shù)。
LMN算法和LMA算法對(duì)節(jié)點(diǎn)的要求不高，不需要嚴(yán)格的時(shí)間同步，可以保證算法的收斂性和網(wǎng)絡(luò)的連通性。但這兩種算法都缺少?lài)?yán)格的理論推導(dǎo)，還可以進(jìn)一步研究合理的鄰居節(jié)點(diǎn)判斷條件。
3．基于鄰近圖的功率控制
RNG、DRNG和DLSS等基于鄰近圖的近似算法在基于鄰近圖的算法中，所有節(jié)點(diǎn)以最大功率發(fā)射時(shí)形成的拓?fù)鋱D為圖G，定義為G=(n E)的形式，V代表圖中頂點(diǎn)的集合，E代表圖中邊的集合，E中的元素可以表示為(U.v)，按照一定的規(guī)則Q，求出該圖的鄰近圖G'，最后G’中每個(gè)節(jié)慮以自己所鄰接的最遠(yuǎn)通信節(jié)點(diǎn)來(lái)確定發(fā)射功率。經(jīng)典的鄰近圖模型有RNG（Relative Neighborhood Graph）、GG( Gabriel Graph)、YG (YaoGraph)以及MST (Minimum Spanning Tree)等。這是一種解決功率分配問(wèn)題的近似解法�？紤]到傳感器網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)形成的邊是有向的，為了避免形成單向邊，一般在運(yùn)用基于鄰近圖的算法形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲螅�要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的增刪，以使最后得到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫请p向連通的。
功率控制技術(shù)是指在滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)連通度 BD235 的前提下，通過(guò)節(jié)點(diǎn)功率控制或動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，精簡(jiǎn)節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線(xiàn)通信鏈路，保留生成一個(gè)高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連通的基礎(chǔ)上，使得網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗最小。典型的功率控制技術(shù)主要研究關(guān)鍵傳輸距離( Critical Transmitting Range，CTR)問(wèn)題，相關(guān)研究成果包括COMPOW[27]、CTRS[28]等統(tǒng)一功率分配算法；基于鄰近圖研究最小能量單播組播問(wèn)題的RNG、DRNG和DLSS[29]等近似算法；基于位置的LMST[301、基于方向的CBTC[31，3糾和基于鄰居的LINT/LILT[331、KNeigh[341等各種拓?fù)淇刂茀f(xié)議。下面分別介紹功率控制的典型的一些方案。
1．統(tǒng)一功率分配算法COMPOW
COMPOW (COMMON POWER)協(xié)議是一種簡(jiǎn)單的將功率控制與路由協(xié)議相結(jié)合的解決方案，其基本思想是：所有的傳感器節(jié)點(diǎn)使用一致的發(fā)射功率，在保證網(wǎng)絡(luò)連通的前提下將功率最小化。COMPOW建立各個(gè)功率級(jí)的路由表，在功率Pi級(jí)時(shí)，通過(guò)使用功率Pi交換HELLO消息建立路由表RTpi，所有可達(dá)節(jié)點(diǎn)都是路由表中的表項(xiàng)。COMPOW選擇最小的發(fā)射功率使得與最大發(fā)射功率具有相同數(shù)量的表項(xiàng)，于是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用公共的發(fā)射功率但該協(xié)議只適用于節(jié)點(diǎn)分布均勻的情況，缺陷較為明顯。
2．基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制LMN/LMA
LMN/LMA是基于節(jié)點(diǎn)度數(shù)的算法。一個(gè)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)是指所有距離該節(jié)點(diǎn)一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。基于節(jié)點(diǎn)度的算法一般動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，使得節(jié)點(diǎn)的度數(shù)處于一個(gè)合理的區(qū)間。局部平均算法LMN( Local Mean Algorithm)和本地鄰居平均算法LMA (Local MeanofNeighbors Algorithm)是兩種周期性動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的算法。
LMA算法的主要思想是：給定節(jié)點(diǎn)度的上下限，動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，使得節(jié)點(diǎn)的度落在要求區(qū)間內(nèi)。具體步驟如下。
①節(jié)點(diǎn)以相同的初始功率廣播包含自己ID的LifMsg。
③節(jié)點(diǎn)收到LifMsg信息，發(fā)出應(yīng)答信息LifAckMsg，該信息包含LifMsg信息中的ID。
③節(jié)點(diǎn)在下次發(fā)LifMsg時(shí)，檢查收到的應(yīng)答信息LifAckMsg，并根據(jù)此統(tǒng)計(jì)自己的鄰居數(shù)。
④如果鄰居數(shù)小于節(jié)點(diǎn)度下限，增大發(fā)射功率；大于節(jié)點(diǎn)度上限，減少發(fā)射功率。
LMN與LMA相似，區(qū)別在于LMN將所有鄰居的鄰居數(shù)求平均值作為自己的平均數(shù)。即每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息LifAckMsg時(shí)，將自己的鄰居數(shù)放入信息中，發(fā)送LifMsg信息的節(jié)點(diǎn)在收集完所有LifAckMsg信息后，將所有鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰居數(shù)求平均作為自己的鄰居數(shù)。
LMN算法和LMA算法對(duì)節(jié)點(diǎn)的要求不高，不需要嚴(yán)格的時(shí)間同步，可以保證算法的收斂性和網(wǎng)絡(luò)的連通性。但這兩種算法都缺少?lài)?yán)格的理論推導(dǎo)，還可以進(jìn)一步研究合理的鄰居節(jié)點(diǎn)判斷條件。
3．基于鄰近圖的功率控制
RNG、DRNG和DLSS等基于鄰近圖的近似算法在基于鄰近圖的算法中，所有節(jié)點(diǎn)以最大功率發(fā)射時(shí)形成的拓?fù)鋱D為圖G，定義為G=(n E)的形式，V代表圖中頂點(diǎn)的集合，E代表圖中邊的集合，E中的元素可以表示為(U.v)，按照一定的規(guī)則Q，求出該圖的鄰近圖G'，最后G’中每個(gè)節(jié)慮以自己所鄰接的最遠(yuǎn)通信節(jié)點(diǎn)來(lái)確定發(fā)射功率。經(jīng)典的鄰近圖模型有RNG（Relative Neighborhood Graph）、GG( Gabriel Graph)、YG (YaoGraph)以及MST (Minimum Spanning Tree)等。這是一種解決功率分配問(wèn)題的近似解法�？紤]到傳感器網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)形成的邊是有向的，為了避免形成單向邊，一般在運(yùn)用基于鄰近圖的算法形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲�，還要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的增刪，以使最后得到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫请p向連通的。
1．統(tǒng)一功率分配算法COMPOW
COMPOW (COMMON POWER)協(xié)議是一種簡(jiǎn)單的將功率控制與路由協(xié)議相結(jié)合的解決方案，其基本思想是：所有的傳感器節(jié)點(diǎn)使用一致的發(fā)射功率，在保證網(wǎng)絡(luò)連通的前提下將功率最小化。COMPOW建立各個(gè)功率級(jí)的路由表，在功率Pi級(jí)時(shí)，通過(guò)使用功率Pi交換HELLO消息建立路由表RTpi，所有可達(dá)節(jié)點(diǎn)都是路由表中的表項(xiàng)。COMPOW選擇最小的發(fā)射功率使得與最大發(fā)射功率具有相同數(shù)量的表項(xiàng)，于是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用公共的發(fā)射功率但該協(xié)議只適用于節(jié)點(diǎn)分布均勻的情況，缺陷較為明顯。
2．基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制LMN/LMA
LMN/LMA是基于節(jié)點(diǎn)度數(shù)的算法。一個(gè)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)是指所有距離該節(jié)點(diǎn)一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。基于節(jié)點(diǎn)度的算法一般動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，使得節(jié)點(diǎn)的度數(shù)處于一個(gè)合理的區(qū)間。局部平均算法LMN( Local Mean Algorithm)和本地鄰居平均算法LMA (Local MeanofNeighbors Algorithm)是兩種周期性動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的算法。
LMA算法的主要思想是：給定節(jié)點(diǎn)度的上下限，動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，使得節(jié)點(diǎn)的度落在要求區(qū)間內(nèi)。具體步驟如下。
①節(jié)點(diǎn)以相同的初始功率廣播包含自己ID的LifMsg。
③節(jié)點(diǎn)收到LifMsg信息，發(fā)出應(yīng)答信息LifAckMsg，該信息包含LifMsg信息中的ID。
③節(jié)點(diǎn)在下次發(fā)LifMsg時(shí)，檢查收到的應(yīng)答信息LifAckMsg，并根據(jù)此統(tǒng)計(jì)自己的鄰居數(shù)。
④如果鄰居數(shù)小于節(jié)點(diǎn)度下限，增大發(fā)射功率；大于節(jié)點(diǎn)度上限，減少發(fā)射功率。
LMN與LMA相似，區(qū)別在于LMN將所有鄰居的鄰居數(shù)求平均值作為自己的平均數(shù)。即每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息LifAckMsg時(shí)，將自己的鄰居數(shù)放入信息中，發(fā)送LifMsg信息的節(jié)點(diǎn)在收集完所有LifAckMsg信息后，將所有鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰居數(shù)求平均作為自己的鄰居數(shù)。
LMN算法和LMA算法對(duì)節(jié)點(diǎn)的要求不高，不需要嚴(yán)格的時(shí)間同步，可以保證算法的收斂性和網(wǎng)絡(luò)的連通性。但這兩種算法都缺少?lài)?yán)格的理論推導(dǎo)，還可以進(jìn)一步研究合理的鄰居節(jié)點(diǎn)判斷條件。
3．基于鄰近圖的功率控制
RNG、DRNG和DLSS等基于鄰近圖的近似算法在基于鄰近圖的算法中，所有節(jié)點(diǎn)以最大功率發(fā)射時(shí)形成的拓?fù)鋱D為圖G，定義為G=(n E)的形式，V代表圖中頂點(diǎn)的集合，E代表圖中邊的集合，E中的元素可以表示為(U.v)，按照一定的規(guī)則Q，求出該圖的鄰近圖G'，最后G’中每個(gè)節(jié)慮以自己所鄰接的最遠(yuǎn)通信節(jié)點(diǎn)來(lái)確定發(fā)射功率。經(jīng)典的鄰近圖模型有RNG（Relative Neighborhood Graph）、GG( Gabriel Graph)、YG (YaoGraph)以及MST (Minimum Spanning Tree)等。這是一種解決功率分配問(wèn)題的近似解法�？紤]到傳感器網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)形成的邊是有向的，為了避免形成單向邊，一般在運(yùn)用基于鄰近圖的算法形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲�，還要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的增刪，以使最后得到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫请p向連通的。
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