一种自适应功率控制算法在无线传感器网络中的应用
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居簇 首Ｓ Ｈ ｓ ｉ ｎ ｋ 节点进行广播 和传送 ； 相应 的， 成 员节点在 接收
到簇首所传送 的更新标志位 为１ 的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表后， 则应将其作为最终
通信标准 ， 而ｓ ｉ ｎ ｋ 节点则 同步 实现 Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表的更新过 程； （ ４ ） 对于
ｓ ｉ ｎ ｋ 节点， 需要通过 对所有簇 首的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 更新标志位进行检查，
节点进行发送 ， 同时， 将Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 中的初 始更 新标 志位都设置为０ ；
２ 簇 间干扰
采 用Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 协议， 有很 多优 点， 但并没有实现 对成员节点发 射功率 的优化，因为对于簇 首较远 的节点， 以及 距 离簇 首节点 较近 的节点 ， 都采 用已经设定 的最大功 率来 发射， 这种方 法会 造成节点能量的不必 要浪 费， 从而给Ｗ Ｓ Ｎ 的生存周期带来影 响。
在 经典Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 协议中， 主要采用码分多址 ， Ｅ Ｈ Ｃ Ｄ Ｍ Ａ 技术来对
（ ５ ） 在接收 到簇 首的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表后， ｓ ｉ ｎ ｋ 节点会 通知所 有簇 首的交 叠 节点 Ｉ Ｄ ， 同时随机选 择一个簇 首并将其作为锚簇首， 然后再将 其Ｇ Ａ Ｐ Ｌ 表 的更新标 志位设置为ｌ ， 之后进入簇 间调度阶段 。
技 术应 用 ・
种 自适应功率控制算法 在无线传感器网络中的应用
一
齐志远（ 北 方工业大学， 北京 １ ０ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 文中特别采用一种自 适应功率控制和调度算法， 能够在ｗ ｓ Ｎ ｑ基站的辅助下， 簇首能够在对邻居簇首调度和功率等级表进行监听的
情况下， 对簇 内节点的发 射 功率 级和 时 隙进行 自 适 应的安排 。 关键 词 ： Ｗ Ｓ Ｎ ； 簇 间干扰 ； 自 适应 功率 控制
１ 引言
普通节点则选 择信号强度 为最 强的簇首作为其 自身的簇首， 然
再 以功率Ｐ ｔ 向簇 首发送 一个入簇 消息 ， 同时将功率Ｐ ｔ 的大 在无线传பைடு நூலகம்器 网络， ￣ Ｏ ｗ ｓ Ｎ 中， 常采用经典低功耗 自适应 聚 后， 小记录在Ｍ Ａ Ｃ 帧 中； （ ３ ） 簇 首对其周 围的请求入簇 节点信息进行 类（ Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ ） 跨层协议方 法， 可以将ｗ ｓ Ｎ ２ Ｏ 分成 多个簇 形式， 而位 并将 接收到 的信 号的节点编入该簇 ， 物 理层对Ｒ Ｓ Ｓ Ｉ 值进 于簇 内的节点则 可以通 过时分服务 ， Ｏ ￣ Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 方式和 簇首来实现 收集 ， 簇 首负责对跟该成员节点进行通信 时所 需要 的发送 功 通信， 也就是说， 任何成员节点都只在属于其 自己Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 的时隙和 行测试 ， ｍ 进行计算； （ ４ ） 簇首为所有 的成 员节点安排Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 时隙， 簇首 内进行 通信 ， 而在其他 的时隙内则处于休 眠状态。 所 以， 本 率等级Ｐ Ａ Ｐ Ｌ 表， 之后， 将该表 向其成 员节点、 邻居簇 首和 ｓ ｉ ｎ ｋ 文 中， 针对Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 协议中簇间干扰和 浪费问题 ， 介 绍了一种 自适 最终完成Ｓ 应 的功率控 制和 调度算法 。
命 令帧来完成的。 （ １ ） 所有簇 首在接到ｓ ｉ ｎ ｋ 节点所广播 的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 更 新命令帧后， 锚簇首则可 以将其Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表的更新标志位设置为１ ， 之后 ， 在对其 自身Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表 进行广播， 而非 锚簇首则顺序进 入簇 间调度 阶段 ； （ ２ ） 如果更新标志位为１ 的簇首， 接收 到更 新标 志位 为１ 或者 ０ 的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表， 则不进行任何操作； 如果是更新标志位０ 的 簇 首接收 到更新标志位 为１ 的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表， 则首先对跟该簇 的交叠 节点进行查看， 如果 没有则舍弃Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表， 如果有则进 入Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 的 重 新调度阶段 ； （ ３ ） 簇首完成了对 Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表的更新操作后， 还 应该 将其更 新标志位设 置为１ ， 并将更新后的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表项成员节点、 邻
在标 志位 为１ 的情 况下， 则结束簇 问调度 ， 然后， 再通过对 一个 Ｍ Ａ Ｃ 命令 帧的广播来开启新 的数据传输 阶段。
３ 适应功率控制及调度算法Ａ Ｐ Ｃ Ａ Ｓ
３ ． １算法描述
本文算 法中， 主要包 括簇 内调度阶段和 簇问调度 阶段 。 其 中， 簇 内调度 阶段可 以实 现调度和 功率 等级表 Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 的获取 过 程， 相应 的， 簇间调度 阶段可以实现Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 的更 新过程。
３ ． ３簇间调度阶段
在簇 间调度阶段 ， 可以实现对 Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表的更 新操作， 减少簇
间干 扰。 在本阶段， 主要是通过 ｓ ｉ ｎ ｋ 节点广播一个Ｓ Ａ Ｐ 嗄 新Ｍ Ａ Ｃ
簇 间的干扰 问题 进行解 决， 但是 ， 该算法 的原创人 员并没有对 簇 首安排ｃ Ｄ Ｍ Ａ 扩频 码 的过程 进行说 明，同时， 这种 方案还需要 对信息进行 复杂 的编码和解码过程 ， 就要求节点还 必须有特殊 硬件 的支持 。 所 以， 本 文 内容 中介绍 了一种 基于辅助 基站 的， 能 够对功 率 进行 自适应控 制和调度 的算法， 该算法可以确保 每个簇 首处 都保存 有一张调度和 功率等级表， 也就 是Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表。 平 时， 整个簇 内成 员节点都 出休眠 状态下， 只有 在其 自身的Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 通信 时隙醒 来 时， 才会根据Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 中的功率分配等级和簇 首进行 网络通信 ， 从而 可 以为功率 浪费问题 的解决提 供一种途径。 对 于网络 中的 簇 首节点， 则可以通 过对 临近簇 首的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ ￥ Ｉ ］ 基站告知 的交叠节 点Ｉ Ｄ 的监 听， 来实现对 本簇节点的合理安排 ， 从而有 效避 免了 簇 问干扰 的发生 。
到簇首所传送 的更新标志位 为１ 的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表后， 则应将其作为最终
通信标准 ， 而ｓ ｉ ｎ ｋ 节点则 同步 实现 Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表的更新过 程； （ ４ ） 对于
ｓ ｉ ｎ ｋ 节点， 需要通过 对所有簇 首的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 更新标志位进行检查，
节点进行发送 ， 同时， 将Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 中的初 始更 新标 志位都设置为０ ；
２ 簇 间干扰
采 用Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 协议， 有很 多优 点， 但并没有实现 对成员节点发 射功率 的优化，因为对于簇 首较远 的节点， 以及 距 离簇 首节点 较近 的节点 ， 都采 用已经设定 的最大功 率来 发射， 这种方 法会 造成节点能量的不必 要浪 费， 从而给Ｗ Ｓ Ｎ 的生存周期带来影 响。
在 经典Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 协议中， 主要采用码分多址 ， Ｅ Ｈ Ｃ Ｄ Ｍ Ａ 技术来对
（ ５ ） 在接收 到簇 首的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表后， ｓ ｉ ｎ ｋ 节点会 通知所 有簇 首的交 叠 节点 Ｉ Ｄ ， 同时随机选 择一个簇 首并将其作为锚簇首， 然后再将 其Ｇ Ａ Ｐ Ｌ 表 的更新标 志位设置为ｌ ， 之后进入簇 间调度阶段 。
技 术应 用 ・
种 自适应功率控制算法 在无线传感器网络中的应用
一
齐志远（ 北 方工业大学， 北京 １ ０ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 文中特别采用一种自 适应功率控制和调度算法， 能够在ｗ ｓ Ｎ ｑ基站的辅助下， 簇首能够在对邻居簇首调度和功率等级表进行监听的
情况下， 对簇 内节点的发 射 功率 级和 时 隙进行 自 适 应的安排 。 关键 词 ： Ｗ Ｓ Ｎ ； 簇 间干扰 ； 自 适应 功率 控制
１ 引言
普通节点则选 择信号强度 为最 强的簇首作为其 自身的簇首， 然
再 以功率Ｐ ｔ 向簇 首发送 一个入簇 消息 ， 同时将功率Ｐ ｔ 的大 在无线传பைடு நூலகம்器 网络， ￣ Ｏ ｗ ｓ Ｎ 中， 常采用经典低功耗 自适应 聚 后， 小记录在Ｍ Ａ Ｃ 帧 中； （ ３ ） 簇 首对其周 围的请求入簇 节点信息进行 类（ Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ ） 跨层协议方 法， 可以将ｗ ｓ Ｎ ２ Ｏ 分成 多个簇 形式， 而位 并将 接收到 的信 号的节点编入该簇 ， 物 理层对Ｒ Ｓ Ｓ Ｉ 值进 于簇 内的节点则 可以通 过时分服务 ， Ｏ ￣ Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 方式和 簇首来实现 收集 ， 簇 首负责对跟该成员节点进行通信 时所 需要 的发送 功 通信， 也就是说， 任何成员节点都只在属于其 自己Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 的时隙和 行测试 ， ｍ 进行计算； （ ４ ） 簇首为所有 的成 员节点安排Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 时隙， 簇首 内进行 通信 ， 而在其他 的时隙内则处于休 眠状态。 所 以， 本 率等级Ｐ Ａ Ｐ Ｌ 表， 之后， 将该表 向其成 员节点、 邻居簇 首和 ｓ ｉ ｎ ｋ 文 中， 针对Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 协议中簇间干扰和 浪费问题 ， 介 绍了一种 自适 最终完成Ｓ 应 的功率控 制和 调度算法 。
命 令帧来完成的。 （ １ ） 所有簇 首在接到ｓ ｉ ｎ ｋ 节点所广播 的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 更 新命令帧后， 锚簇首则可 以将其Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表的更新标志位设置为１ ， 之后 ， 在对其 自身Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表 进行广播， 而非 锚簇首则顺序进 入簇 间调度 阶段 ； （ ２ ） 如果更新标志位为１ 的簇首， 接收 到更 新标 志位 为１ 或者 ０ 的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表， 则不进行任何操作； 如果是更新标志位０ 的 簇 首接收 到更新标志位 为１ 的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表， 则首先对跟该簇 的交叠 节点进行查看， 如果 没有则舍弃Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表， 如果有则进 入Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 的 重 新调度阶段 ； （ ３ ） 簇首完成了对 Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表的更新操作后， 还 应该 将其更 新标志位设 置为１ ， 并将更新后的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表项成员节点、 邻
在标 志位 为１ 的情 况下， 则结束簇 问调度 ， 然后， 再通过对 一个 Ｍ Ａ Ｃ 命令 帧的广播来开启新 的数据传输 阶段。
３ 适应功率控制及调度算法Ａ Ｐ Ｃ Ａ Ｓ
３ ． １算法描述
本文算 法中， 主要包 括簇 内调度阶段和 簇问调度 阶段 。 其 中， 簇 内调度 阶段可 以实 现调度和 功率 等级表 Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 的获取 过 程， 相应 的， 簇间调度 阶段可以实现Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 的更 新过程。
３ ． ３簇间调度阶段
在簇 间调度阶段 ， 可以实现对 Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表的更 新操作， 减少簇
间干 扰。 在本阶段， 主要是通过 ｓ ｉ ｎ ｋ 节点广播一个Ｓ Ａ Ｐ 嗄 新Ｍ Ａ Ｃ
簇 间的干扰 问题 进行解 决， 但是 ， 该算法 的原创人 员并没有对 簇 首安排ｃ Ｄ Ｍ Ａ 扩频 码 的过程 进行说 明，同时， 这种 方案还需要 对信息进行 复杂 的编码和解码过程 ， 就要求节点还 必须有特殊 硬件 的支持 。 所 以， 本 文 内容 中介绍 了一种 基于辅助 基站 的， 能 够对功 率 进行 自适应控 制和调度 的算法， 该算法可以确保 每个簇 首处 都保存 有一张调度和 功率等级表， 也就 是Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 表。 平 时， 整个簇 内成 员节点都 出休眠 状态下， 只有 在其 自身的Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 通信 时隙醒 来 时， 才会根据Ｓ Ａ Ｐ Ｌ 中的功率分配等级和簇 首进行 网络通信 ， 从而 可 以为功率 浪费问题 的解决提 供一种途径。 对 于网络 中的 簇 首节点， 则可以通 过对 临近簇 首的Ｓ Ａ Ｐ Ｌ ￥ Ｉ ］ 基站告知 的交叠节 点Ｉ Ｄ 的监 听， 来实现对 本簇节点的合理安排 ， 从而有 效避 免了 簇 问干扰 的发生 。