(沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159)

無線網(wǎng)絡節(jié)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(wǎng)絡節(jié)點通信的過程中，無論是外部的干擾還是內(nèi)部節(jié)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(wǎng)絡拓撲結構的節(jié)點功率設定方案，其次給出了幾種當節(jié)點內(nèi)部之間產(chǎn)生相互干擾的情況并分析此時節(jié)點功率該如何設定，最后簡述目前網(wǎng)絡干擾技術存在的不足以及未來的發(fā)展形勢。

網(wǎng)絡干擾；層次拓撲；功率設定

一、引言

無線網(wǎng)絡是一種利用無線電波傳輸信息的大型網(wǎng)絡，相比于有線網(wǎng)絡覆蓋面積廣且發(fā)展速度較快。隨著無線網(wǎng)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(wǎng)絡發(fā)展的十分迅速但是依舊存在一些問題。其中網(wǎng)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(wǎng)絡都會存在干擾，但是層次型的網(wǎng)絡可以通過其簇首節(jié)點與子節(jié)點的功率調(diào)節(jié)來適當避免干擾。從當前環(huán)境分析，可以分為兩種：由網(wǎng)絡外部噪聲引起的外部干擾；內(nèi)部節(jié)點同時傳輸信息引起的內(nèi)部干擾。本文主要對后者做主要分析。

二、發(fā)射功率的設定

常見的網(wǎng)絡分簇算法一般將發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點的發(fā)射功率和接收功率設成單一的大小。網(wǎng)絡中使用這樣單一的功率可以有效的保持網(wǎng)絡穩(wěn)定，但是一旦采用大型的分簇算法作為網(wǎng)絡通信基礎，往往出現(xiàn)簇首節(jié)點和簇內(nèi)節(jié)點因傳輸距離長短不一出現(xiàn)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(wǎng)絡算法中簇間傳輸距離與簇內(nèi)傳輸距離滿足條件：所有的簇首節(jié)點采用較高的發(fā)射功率，簇內(nèi)節(jié)點采用較低的發(fā)射功率，這樣可以有效避免上述問題。但具體的節(jié)點發(fā)射功率大小由實際環(huán)境決定，只需將兩類功率做相應調(diào)整即可。

(一)簇首節(jié)點發(fā)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(fā)送端到接收端的距離，亦為發(fā)射節(jié)點到接收節(jié)點的距離。也存在很多種位置情況，第一種情況是節(jié)點A為簇首節(jié)點，是發(fā)送端節(jié)點，節(jié)點B為簇內(nèi)子節(jié)點，節(jié)點P為A簇內(nèi)普通節(jié)點，是接收端節(jié)點，RA為簇首節(jié)點A的通信半徑，RB為子節(jié)點B的通信半徑，D1為節(jié)點A與節(jié)點P的距離，但此時D1應稱為發(fā)送端與接收端的距離，D2為子節(jié)點B與節(jié)點P的距離。由此可見，與發(fā)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(diào)節(jié)簇首節(jié)點A的發(fā)射功率大小，如公式所示：

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

第二種情況與發(fā)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(jié)點發(fā)射功率的設定。簇內(nèi)子節(jié)點之間相互傳輸信息時的功率設定沒有簇首節(jié)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(fā)射端節(jié)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(jié)點B向簇內(nèi)節(jié)點P傳輸信息時的發(fā)射功率大小，都將如公式所示：

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

三、通信干擾時功率大小的調(diào)節(jié)

通信過程中會出現(xiàn)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(fā)送節(jié)點a和接收節(jié)點b，下面給出了節(jié)點間常見的幾種干擾情況。

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

(二)接收節(jié)點被干擾。即使節(jié)點A不再對發(fā)射節(jié)點a產(chǎn)生干擾，但是相對的，接收節(jié)點b也有可能在接收信息時受到周圍正在傳輸信息的節(jié)點的干擾，如節(jié)點C，此時，節(jié)點C亦稱為節(jié)點b的干擾節(jié)點。此時，節(jié)點b通過控制信道向節(jié)點a傳輸睡眠控制幀，兩個節(jié)點一起進入睡眠，節(jié)點b采用與節(jié)點a相同的方式等待干擾節(jié)點C傳輸完畢。與發(fā)送節(jié)點受到干擾不同之處在于，當節(jié)點b通知節(jié)點a蘇醒繼續(xù)通信時，節(jié)點a向節(jié)點b發(fā)送信息的發(fā)射功率不變，節(jié)點b接收信息時向節(jié)點a返回數(shù)據(jù)確認幀時采用的功率大小為節(jié)點b計算到達干擾節(jié)點C的發(fā)射功率大小。即便此時干擾節(jié)點C再次傳輸信息，但由于功率小于或等于接收節(jié)點b的傳輸功率，因此也不會再次干擾節(jié)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(fā)射節(jié)點a和接收節(jié)點b在一個共有的簇內(nèi)時，節(jié)點a和節(jié)點b都處于以節(jié)點B為簇首的簇內(nèi)，假設節(jié)點a向節(jié)點b發(fā)送信息時，簇首節(jié)點B也在發(fā)送信息，此時不可避免的會對節(jié)點a和節(jié)點b的通信產(chǎn)生干擾，稱簇首節(jié)點B為公共干擾節(jié)點。第二種情況是假設簇首節(jié)點B沒有傳輸信息，而節(jié)點A和節(jié)點C同時向不同的節(jié)點傳輸信息，這時不僅對節(jié)點a的發(fā)射過程產(chǎn)生干擾，同時還對節(jié)點b的接收過程產(chǎn)生干擾。綜合以上兩種情況，稱為同時干擾。這種情況發(fā)生時， 節(jié)點a通過控制信道向節(jié)點b發(fā)送睡眠控制幀，兩節(jié)點同時進入睡眠狀態(tài)，同時，節(jié)點a和節(jié)點b分別計算達到干擾節(jié)點的發(fā)射功率大小，并記為P1和P2。當檢測到干擾節(jié)點都傳輸完畢后，節(jié)點a以功率P1和P2中較大的功率大小最為自身的發(fā)射功率，與節(jié)點b繼續(xù)完成信息傳輸。

四、結語

本文簡單的介紹了幾種無線網(wǎng)絡節(jié)點通信時可能會產(chǎn)生的干擾情況，并簡單分析采用分簇算法時簇首與子節(jié)點對應的發(fā)射功率調(diào)節(jié)方案。近年來，對無線網(wǎng)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(wǎng)絡的分析和設計都是基于理想化環(huán)境的。鑒于對現(xiàn)代抗干擾技術的發(fā)展，未來的研究熱點可能為：考慮實際應用的環(huán)境，改進平面路由算法，引進功率控制機制等。

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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(yè)碩士研究生，研究方向計算機技術。