功率控制技术
发布时间:2012/3/30 19:31:13 访问次数:6064
功率控制技术是指在满足网络连通度 BD235 的前提下，通过节点功率控制或动态调整节点的发射功率，精简节点间的无线通信链路，保留生成一个高效的数据转发网络拓扑结构，在保证网络拓扑结构连通的基础上，使得网络中节点的能量消耗最小。典型的功率控制技术主要研究关键传输距离( Critical Transmitting Range，CTR)问题，相关研究成果包括COMPOW[27]、CTRS[28]等统一功率分配算法；基于邻近图研究最小能量单播组播问题的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纠和基于邻居的LINT/LILT[331、KNeigh[341等各种拓扑控制协议。下面分别介绍功率控制的典型的一些方案。
1．统一功率分配算法COMPOW
COMPOW (COMMON POWER)协议是一种简单的将功率控制与路由协议相结合的解决方案，其基本思想是：所有的传感器节点使用一致的发射功率，在保证网络连通的前提下将功率最小化。COMPOW建立各个功率级的路由表，在功率Pi级时，通过使用功率Pi交换HELLO消息建立路由表RTpi，所有可达节点都是路由表中的表项。COMPOW选择最小的发射功率使得与最大发射功率具有相同数量的表项，于是整个网络使用公共的发射功率但该协议只适用于节点分布均匀的情况，缺陷较为明显。
2．基于节点度的功率控制LMN/LMA
LMN/LMA是基于节点度数的算法。一个节点的度数是指所有距离该节点一跳的邻居节点的数目。基于节点度的算法一般动态调节节点的发射功率，使得节点的度数处于一个合理的区间。局部平均算法LMN( Local Mean Algorithm)和本地邻居平均算法LMA (Local MeanofNeighbors Algorithm)是两种周期性动态调整节点发射功率的算法。
LMA算法的主要思想是：给定节点度的上下限，动态调整节点的发射功率，使得节点的度落在要求区间内。具体步骤如下。
①节点以相同的初始功率广播包含自己ID的LifMsg。
③节点收到LifMsg信息，发出应答信息LifAckMsg，该信息包含LifMsg信息中的ID。
③节点在下次发LifMsg时，检查收到的应答信息LifAckMsg，并根据此统计自己的邻居数。
④如果邻居数小于节点度下限，增大发射功率；大于节点度上限，减少发射功率。
LMN与LMA相似，区别在于LMN将所有邻居的邻居数求平均值作为自己的平均数。即每个节点在发送信息LifAckMsg时，将自己的邻居数放入信息中，发送LifMsg信息的节点在收集完所有LifAckMsg信息后，将所有邻居节点的邻居数求平均作为自己的邻居数。
LMN算法和LMA算法对节点的要求不高，不需要严格的时间同步，可以保证算法的收敛性和网络的连通性。但这两种算法都缺少严格的理论推导，还可以进一步研究合理的邻居节点判断条件。
3．基于邻近图的功率控制
RNG、DRNG和DLSS等基于邻近图的近似算法在基于邻近图的算法中，所有节点以最大功率发射时形成的拓扑图为图G，定义为G=(n E)的形式，V代表图中顶点的集合，E代表图中边的集合，E中的元素可以表示为(U.v)，按照一定的规则Q，求出该图的邻近图G'，最后G’中每个节虑以自己所邻接的最远通信节点来确定发射功率。经典的邻近图模型有RNG（Relative Neighborhood Graph）、GG( Gabriel Graph)、YG (YaoGraph)以及MST (Minimum Spanning Tree)等。这是一种解决功率分配问题的近似解法。考虑到传感器网络中两个节点形成的边是有向的，为了避免形成单向边，一般在运用基于邻近图的算法形成网络拓扑之后，还要进行节点之间的增删，以使最后得到的网络拓扑是双向连通的。
1．统一功率分配算法COMPOW
COMPOW (COMMON POWER)协议是一种简单的将功率控制与路由协议相结合的解决方案，其基本思想是：所有的传感器节点使用一致的发射功率，在保证网络连通的前提下将功率最小化。COMPOW建立各个功率级的路由表，在功率Pi级时，通过使用功率Pi交换HELLO消息建立路由表RTpi，所有可达节点都是路由表中的表项。COMPOW选择最小的发射功率使得与最大发射功率具有相同数量的表项，于是整个网络使用公共的发射功率但该协议只适用于节点分布均匀的情况，缺陷较为明显。
2．基于节点度的功率控制LMN/LMA
LMN/LMA是基于节点度数的算法。一个节点的度数是指所有距离该节点一跳的邻居节点的数目。基于节点度的算法一般动态调节节点的发射功率，使得节点的度数处于一个合理的区间。局部平均算法LMN( Local Mean Algorithm)和本地邻居平均算法LMA (Local MeanofNeighbors Algorithm)是两种周期性动态调整节点发射功率的算法。
LMA算法的主要思想是：给定节点度的上下限，动态调整节点的发射功率，使得节点的度落在要求区间内。具体步骤如下。
①节点以相同的初始功率广播包含自己ID的LifMsg。
③节点收到LifMsg信息，发出应答信息LifAckMsg，该信息包含LifMsg信息中的ID。
③节点在下次发LifMsg时，检查收到的应答信息LifAckMsg，并根据此统计自己的邻居数。
④如果邻居数小于节点度下限，增大发射功率；大于节点度上限，减少发射功率。
LMN与LMA相似，区别在于LMN将所有邻居的邻居数求平均值作为自己的平均数。即每个节点在发送信息LifAckMsg时，将自己的邻居数放入信息中，发送LifMsg信息的节点在收集完所有LifAckMsg信息后，将所有邻居节点的邻居数求平均作为自己的邻居数。
LMN算法和LMA算法对节点的要求不高，不需要严格的时间同步，可以保证算法的收敛性和网络的连通性。但这两种算法都缺少严格的理论推导，还可以进一步研究合理的邻居节点判断条件。
3．基于邻近图的功率控制
RNG、DRNG和DLSS等基于邻近图的近似算法在基于邻近图的算法中，所有节点以最大功率发射时形成的拓扑图为图G，定义为G=(n E)的形式，V代表图中顶点的集合，E代表图中边的集合，E中的元素可以表示为(U.v)，按照一定的规则Q，求出该图的邻近图G'，最后G’中每个节虑以自己所邻接的最远通信节点来确定发射功率。经典的邻近图模型有RNG（Relative Neighborhood Graph）、GG( Gabriel Graph)、YG (YaoGraph)以及MST (Minimum Spanning Tree)等。这是一种解决功率分配问题的近似解法。考虑到传感器网络中两个节点形成的边是有向的，为了避免形成单向边，一般在运用基于邻近图的算法形成网络拓扑之后，还要进行节点之间的增删，以使最后得到的网络拓扑是双向连通的。
功率控制技术是指在满足网络连通度 BD235 的前提下，通过节点功率控制或动态调整节点的发射功率，精简节点间的无线通信链路，保留生成一个高效的数据转发网络拓扑结构，在保证网络拓扑结构连通的基础上，使得网络中节点的能量消耗最小。典型的功率控制技术主要研究关键传输距离( Critical Transmitting Range，CTR)问题，相关研究成果包括COMPOW[27]、CTRS[28]等统一功率分配算法；基于邻近图研究最小能量单播组播问题的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纠和基于邻居的LINT/LILT[331、KNeigh[341等各种拓扑控制协议。下面分别介绍功率控制的典型的一些方案。
1．统一功率分配算法COMPOW
COMPOW (COMMON POWER)协议是一种简单的将功率控制与路由协议相结合的解决方案，其基本思想是：所有的传感器节点使用一致的发射功率，在保证网络连通的前提下将功率最小化。COMPOW建立各个功率级的路由表，在功率Pi级时，通过使用功率Pi交换HELLO消息建立路由表RTpi，所有可达节点都是路由表中的表项。COMPOW选择最小的发射功率使得与最大发射功率具有相同数量的表项，于是整个网络使用公共的发射功率但该协议只适用于节点分布均匀的情况，缺陷较为明显。
2．基于节点度的功率控制LMN/LMA
LMN/LMA是基于节点度数的算法。一个节点的度数是指所有距离该节点一跳的邻居节点的数目。基于节点度的算法一般动态调节节点的发射功率，使得节点的度数处于一个合理的区间。局部平均算法LMN( Local Mean Algorithm)和本地邻居平均算法LMA (Local MeanofNeighbors Algorithm)是两种周期性动态调整节点发射功率的算法。
LMA算法的主要思想是：给定节点度的上下限，动态调整节点的发射功率，使得节点的度落在要求区间内。具体步骤如下。
①节点以相同的初始功率广播包含自己ID的LifMsg。
③节点收到LifMsg信息，发出应答信息LifAckMsg，该信息包含LifMsg信息中的ID。
③节点在下次发LifMsg时，检查收到的应答信息LifAckMsg，并根据此统计自己的邻居数。
④如果邻居数小于节点度下限，增大发射功率；大于节点度上限，减少发射功率。
LMN与LMA相似，区别在于LMN将所有邻居的邻居数求平均值作为自己的平均数。即每个节点在发送信息LifAckMsg时，将自己的邻居数放入信息中，发送LifMsg信息的节点在收集完所有LifAckMsg信息后，将所有邻居节点的邻居数求平均作为自己的邻居数。
LMN算法和LMA算法对节点的要求不高，不需要严格的时间同步，可以保证算法的收敛性和网络的连通性。但这两种算法都缺少严格的理论推导，还可以进一步研究合理的邻居节点判断条件。
3．基于邻近图的功率控制
RNG、DRNG和DLSS等基于邻近图的近似算法在基于邻近图的算法中，所有节点以最大功率发射时形成的拓扑图为图G，定义为G=(n E)的形式，V代表图中顶点的集合，E代表图中边的集合，E中的元素可以表示为(U.v)，按照一定的规则Q，求出该图的邻近图G'，最后G’中每个节虑以自己所邻接的最远通信节点来确定发射功率。经典的邻近图模型有RNG（Relative Neighborhood Graph）、GG( Gabriel Graph)、YG (YaoGraph)以及MST (Minimum Spanning Tree)等。这是一种解决功率分配问题的近似解法。考虑到传感器网络中两个节点形成的边是有向的，为了避免形成单向边，一般在运用基于邻近图的算法形成网络拓扑之后，还要进行节点之间的增删，以使最后得到的网络拓扑是双向连通的。
1．统一功率分配算法COMPOW
COMPOW (COMMON POWER)协议是一种简单的将功率控制与路由协议相结合的解决方案，其基本思想是：所有的传感器节点使用一致的发射功率，在保证网络连通的前提下将功率最小化。COMPOW建立各个功率级的路由表，在功率Pi级时，通过使用功率Pi交换HELLO消息建立路由表RTpi，所有可达节点都是路由表中的表项。COMPOW选择最小的发射功率使得与最大发射功率具有相同数量的表项，于是整个网络使用公共的发射功率但该协议只适用于节点分布均匀的情况，缺陷较为明显。
2．基于节点度的功率控制LMN/LMA
LMN/LMA是基于节点度数的算法。一个节点的度数是指所有距离该节点一跳的邻居节点的数目。基于节点度的算法一般动态调节节点的发射功率，使得节点的度数处于一个合理的区间。局部平均算法LMN( Local Mean Algorithm)和本地邻居平均算法LMA (Local MeanofNeighbors Algorithm)是两种周期性动态调整节点发射功率的算法。
LMA算法的主要思想是：给定节点度的上下限，动态调整节点的发射功率，使得节点的度落在要求区间内。具体步骤如下。
①节点以相同的初始功率广播包含自己ID的LifMsg。
③节点收到LifMsg信息，发出应答信息LifAckMsg，该信息包含LifMsg信息中的ID。
③节点在下次发LifMsg时，检查收到的应答信息LifAckMsg，并根据此统计自己的邻居数。
④如果邻居数小于节点度下限，增大发射功率；大于节点度上限，减少发射功率。
LMN与LMA相似，区别在于LMN将所有邻居的邻居数求平均值作为自己的平均数。即每个节点在发送信息LifAckMsg时，将自己的邻居数放入信息中，发送LifMsg信息的节点在收集完所有LifAckMsg信息后，将所有邻居节点的邻居数求平均作为自己的邻居数。
LMN算法和LMA算法对节点的要求不高，不需要严格的时间同步，可以保证算法的收敛性和网络的连通性。但这两种算法都缺少严格的理论推导，还可以进一步研究合理的邻居节点判断条件。
3．基于邻近图的功率控制
RNG、DRNG和DLSS等基于邻近图的近似算法在基于邻近图的算法中，所有节点以最大功率发射时形成的拓扑图为图G，定义为G=(n E)的形式，V代表图中顶点的集合，E代表图中边的集合，E中的元素可以表示为(U.v)，按照一定的规则Q，求出该图的邻近图G'，最后G’中每个节虑以自己所邻接的最远通信节点来确定发射功率。经典的邻近图模型有RNG（Relative Neighborhood Graph）、GG( Gabriel Graph)、YG (YaoGraph)以及MST (Minimum Spanning Tree)等。这是一种解决功率分配问题的近似解法。考虑到传感器网络中两个节点形成的边是有向的，为了避免形成单向边，一般在运用基于邻近图的算法形成网络拓扑之后，还要进行节点之间的增删，以使最后得到的网络拓扑是双向连通的。
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