無線網(wǎng)狀網(wǎng)與協(xié)作中繼技術(shù)-文庫吧
2024-12-24 08:30 本頁面
【正文】 。 WMN 中的功率控制 在無線 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)中，由于移動性節(jié)點一般采用電池供電，所以需要通過功率控制來降低節(jié)點的能耗；而與 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)不同， WMN 中節(jié)點一般不存在供電限制，所以在 WMN 中，功率控制的目的是：節(jié)點控制共享信道的覆蓋范圍 ，從而減小鄰近無線鏈路干擾，增加網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用度，提高 WMN 的網(wǎng)絡(luò)容量。 在 WMN 中，節(jié)點可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境動態(tài)控制發(fā)送功率，也可以動態(tài)調(diào)整載波偵聽的門限參數(shù)以控制功率，或者是二者協(xié)同控制。功率控制仍需要解決一些技術(shù)問題，例如：如何在保持網(wǎng)絡(luò)連通性的前提下，提高網(wǎng)絡(luò)空間復(fù)用度；發(fā)射功率與載波偵聽門限在控制空間復(fù)用度方面存在何種關(guān)系；如何確定節(jié)點的發(fā)射功率以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)化。其中，確定每個節(jié)點的發(fā)射功率是一個難題。減小節(jié)點的發(fā)射功率可以提高信道的空間復(fù)用度，但是可能造成節(jié)點間數(shù)據(jù)傳輸率減小，數(shù)據(jù)流端到端時 延增加。如果增大發(fā)送功率，節(jié)點間通信距離隨之增加，數(shù)據(jù)流端到端時延可能降低，但這樣又會使信道的空間復(fù)用度減小，降低網(wǎng)絡(luò)容量；同時如何在 WMN 中實現(xiàn)分布式的功率控制也具有相當難度。 早期的功率控制研究大多集中在基于圖模型的拓撲控制方面。在圖模型中，如果兩個節(jié)點間的距離在其傳輸范圍之內(nèi)，那么這兩個節(jié)點就是鄰居節(jié)點，這兩個節(jié)點間就存在一條邊。而傳輸范圍取決于發(fā)射功率，路徑損耗，以及接收靈敏度等因素。在這種模型下，功率控制的目標是在保持連通性的前提下，盡量減小節(jié)點的度數(shù)。這一目標是建立在一個基本觀點之上：低節(jié)點 度數(shù)，意味著較小鏈路干擾。而最近研究 [34]認為：圖模型并不能完全刻畫無線鏈路間的相互干擾，轉(zhuǎn)而采用基于信干噪比值 (SINR)的物理模型研究功率控制。載波偵聽的門限值決定了通信節(jié)點能夠在多大覆蓋范圍內(nèi)不會因其他傳輸而干擾。文獻 [5]提出了一種能夠動態(tài)調(diào)整載波偵聽的門限值提高空間復(fù)用度的功率控制算法。 2 WMN 中的多信道技術(shù) 基于多信道的 WMN 組網(wǎng)技術(shù)是提高 WMN 容量的最有效的方法，受到研究者的高度重視。 多信道網(wǎng)絡(luò)模型 多信道 MAC 模型可以分為以下 3 種類型，如圖 2 所示： 單接口 (網(wǎng)卡 )多信道。只有一個收發(fā)器可用，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在同一時間只有一個信道是活動的。不同的節(jié)點在同一時間可以工作在不同的信道上，從而提高系統(tǒng)容量。 單接口多收發(fā)器多信道。一個接口上采用多個收發(fā)器共用一組信道。多個物理層實體通過一個 MAC 層來協(xié)調(diào)多信道的功能。 多接口多信道。一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點有多個具有獨立 MAC 和物理層的接口。這些接口的通信是相互完全獨立的。因此，需要虛擬一個子層協(xié)議，實現(xiàn)在多個 MAC 實體之上協(xié)調(diào)所有信道的通信。 在實際的研究和應(yīng)用中，單接口多收發(fā)器多信道模型使用的比較少。早 期研究的多是單接口 (網(wǎng)卡 )多信道模型，目前多數(shù)研究的是多接口多信道模型，尤其是接口數(shù)小于可用信道數(shù)的情況。 多信道分配 信道分配是多信道技術(shù)中的一個關(guān)鍵問題。多接口 WMN 環(huán)境下的信道分配，主要目的是在保證網(wǎng)絡(luò)連通度的基礎(chǔ)上，獲得最大信道利用率。信道分配主要包括固定信道分配方式、動態(tài)信道分配方式和混合信道分配方式。 (1) 固定信道分配方式 固定分配機制將信道永久地、或者是長時間 (相對接口切換時間 )地分配給某一個接口，在信道分配后不再考慮拓撲和負載的變化。這種方式適合網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、拓撲和負 載變化小的環(huán)境中。這種機制又可以細分為公共信道分配 (CCA)模式和差別信道分配(VCA)模式。 CCA 模式是最簡單的一種機制。在 CCA 模式中，給每個節(jié)點分配相同的一組信道。如圖 3(a)所示，每個節(jié)點有兩個接口，使用相同的兩個信道。由于這種方式過于簡單，并不能高效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。 在 VCA 模式中，協(xié)議結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中各種對信道分配的影響因素，給不同節(jié)點的接口合理地分配不同的一組信道 [6]，如圖 3(b)所示。這種分配方式可能導致網(wǎng)絡(luò)分區(qū)或者是拓撲變化。文獻 [6]為 WMN 提出了一種集中式信道分配算法，算法根 據(jù)負載由大到小的順序進行信道分配，確保每次分配的信道是當前具有最小使用量的信道，并保證網(wǎng)絡(luò)連通性，同時保證每條鏈路的帶寬限制。連通低干擾信道分配 (CLICA)[7]是一種流量透明的信道分配方式，這種方式為每個 Mesh 節(jié)點計算優(yōu)先級，根據(jù)連通圖和沖突圖進行信道分配。文獻 [8]中基于圖染色和圖的最大切割提出了兩種算法，以保證在信道分配中獲得最小的沖突率。文獻 [9]中將信道分配和拓撲控制看作是兩個獨立但相關(guān)的問題，在此基礎(chǔ)上提出了一種非集中式的信道分配策略。 (2) 動態(tài)信道分配方式 動態(tài)信道分配方式適應(yīng) 于網(wǎng)絡(luò)負載變化大的情況。該方式仍然允許任何接口被分配到任意的信道上，但是和固定分配方式不同的是，在初始化分配后，動態(tài)信道分配方式仍然允許接口從一個信道切換到另一個信道。因此，在動態(tài)信道分配中，需要有一個協(xié)調(diào)機制，以保證需要互相通信的節(jié)點能夠處于一個共同的信道。 一種典型的協(xié)調(diào)機制是，所有的節(jié)點周期性的訪問一個預(yù)先制定的信道，在這個信道上協(xié)商下一個周期的信道使用。分時隙種子化頻道跳變 (SSCH)[10]提出了另一種機制，在該機制下，每個節(jié)點依照一個偽隨機序列同步的切換信道，以保證所有的鄰居能夠周期性的擁有 相同的信道。采用控制信道方式也是常見的一種協(xié)調(diào)機制。這種方式下，一個接口被固定分配到一個公
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