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(jù)和準則進行了探討。

關(guān)鍵詞:自組網(wǎng);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(wǎng)的MAC協(xié)議中引入功率控制并不能完全照搬CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)中，各節(jié)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(wǎng)的MAC協(xié)議中引入功率控制技術(shù)，其原則是在保證目的節(jié)點能夠正確接收分組的基礎(chǔ)上盡可能的減小發(fā)射功率。同時，在自組網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸是以分組為單位的，因此功率控制是基于分組的，發(fā)送一個分組所用的功率是發(fā)送前已經(jīng)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?yún)f(xié)議中，不管與目的節(jié)點距離的遠近，源節(jié)點始終以最大功率發(fā)射，這會帶來如圖1的問題。

考慮如圖1所示的情況:

節(jié)點A要向節(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù)，那么根據(jù)協(xié)議的規(guī)則，A先要向B發(fā)送RTS分組，B回復(fù)A一個CTS分組，A收到此CTS分組后開始向B發(fā)送數(shù)據(jù)，若此時:

1) 節(jié)點C要向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)，C會向D發(fā)一個RTS分組，但由于D在A的覆蓋范圍內(nèi)，D肯定會收到A的RTS分組并進入延遲狀態(tài)，因此在延遲時間內(nèi)，D不會回復(fù)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(jié)點E有數(shù)據(jù)要向F發(fā)送，但因為E在B的覆蓋范圍內(nèi)，E會收到B的CTS分組并進入延遲狀態(tài)，在延遲時間內(nèi)，E不會向F發(fā)送RTS分組，二者之間的通信不會建立。

若采用功率控制技術(shù)，使源節(jié)點的發(fā)送功率能保證目的節(jié)點正確接收數(shù)據(jù)即可，這樣的話，如圖1中(b)所示，D已不在A的覆蓋范圍內(nèi)，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(nèi)，E和F之間的通信也可正常進行。這樣，不但節(jié)省了節(jié)點的能量消耗，也增加了同時進行通信的節(jié)點對的數(shù)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(xié)議中采用功率控制技術(shù)的設(shè)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(xié)議中，控制分組和數(shù)據(jù)分組使用同一頻段，信道的衰減是相關(guān)的，通過控制分組得到的控制信道的信息可以用在數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓β士刂粕希虼?，?02.11協(xié)議中使用功率控制技術(shù)是完全可行的。

4 功率控制的理論依據(jù)

為了進行功率控制，有以下前提條件:

1) 一個節(jié)點可以選擇用多大功率來發(fā)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(shè)有一個源節(jié)點向一個目的節(jié)點發(fā)送一個分組，則有以下公式成立[1]:

式中，Pt是發(fā)射機發(fā)送分組時傳遞給發(fā)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(jié)點和目的節(jié)點間的距離;n是路徑衰減系數(shù);Gt是發(fā)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(shù);n典型值為2，根據(jù)空間環(huán)境的不同可在2~6之間變化。

雖然自組網(wǎng)中的各節(jié)點都是移動的，但在發(fā)送一個分組的非常短的時間內(nèi)，可將d和n看作常數(shù)，這在實際應(yīng)用中是成立的。

設(shè)源節(jié)點以功率Pt向目的節(jié)點發(fā)送RTS分組，目的節(jié)點收到RTS分組的功率為Pr，若源節(jié)點以功率Pdata向目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，使得目的節(jié)點收到數(shù)據(jù)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(jù)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(jù)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(xié)議基本都采取接收機靈敏度準則來計算節(jié)點發(fā)射功率[2]。

5.2 實際信噪比準則

當(dāng)接收機外部噪聲環(huán)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(nèi)部噪聲Ni的基礎(chǔ)上，根據(jù)式(6)直接計算Pmin的大小，再通過式(4)算出發(fā)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(xiàn)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(xiàn)比較復(fù)雜，需要接收機能夠?qū)崟r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(yīng)[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.