無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的能耗效率分析

劉萬(wàn)柱

【摘要】 本文簡(jiǎn)要介紹了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的背景、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和能耗。從能耗背景和能耗分布入手，對(duì)節(jié)點(diǎn)休眠、節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率控制、節(jié)點(diǎn)路由三方面來(lái)分析能耗效率。

【關(guān)鍵詞】 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò) 能耗分布 能耗效率 節(jié)點(diǎn)路由

Abstract： This text briefly introduces development present situation， characteristics， principle of design etc. of personal safety protection system which based on radar technology. Including the composition and design of the each subsystems， they have independently characteristics， but contact and cooperate with each other closely. Through this article can make people have a deep understanding of how to implement the personal safety protection system which based on radar technology.

Key words： radar detection； radar vectoring； alarm terminal； wireless remote control

引言

隨著科技的快速發(fā)展，在無(wú)線通信領(lǐng)域越來(lái)越多的信息交互方法正在被使用。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)就是在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生。早期的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是為美軍通信服務(wù)。目前，已經(jīng)被世界各地的民用通信領(lǐng)域所應(yīng)用。在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)模及功能豐富的同時(shí)，能耗過高問題也逐漸顯露出來(lái)。怎么來(lái)提高無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能耗效率已經(jīng)成為科研人員急需解決的問題。

一、無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)在90年代末期是一種全新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，他可以在沒有基礎(chǔ)設(shè)施支持的情況下提供靈活方便的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信，這種技術(shù)拓寬了網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用領(lǐng)域，具有光明的前景。特別是在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，或在發(fā)生了地震、水災(zāi)、火災(zāi)等重大災(zāi)難后固定的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施可能全部損毀或無(wú)法正常工作的地區(qū)，或當(dāng)處于偏遠(yuǎn)、野外地區(qū)無(wú)法依賴固定或預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行通信時(shí)，就需要這種不依賴任何固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)施又能快速布設(shè)的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，他能夠在這些惡劣和特殊的環(huán)境下提供通信支持，對(duì)搶險(xiǎn)和救災(zāi)工作具有非凡的意義。

二、無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是多點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是各自獨(dú)立，并通過相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線多跳的數(shù)據(jù)傳輸。

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，通過對(duì)下一節(jié)點(diǎn)的探測(cè)，獲取下一節(jié)點(diǎn)的電量狀態(tài)信息，來(lái)確定是否需要通過此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò)存活時(shí)間，提高能耗效率。

三、無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)通過多跳路由技術(shù)，可以把每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率降到很低，從而節(jié)省電能，提高能耗效率，延長(zhǎng)工作時(shí)間。

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)與其他傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)相比具有以下顯著特點(diǎn)：

1、獨(dú)立組網(wǎng)，即網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)無(wú)需依賴任何預(yù)先架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。

2、無(wú)中心性，采用無(wú)中心結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中沒有絕對(duì)的控制中心。所有節(jié)點(diǎn)的地位平等，即是一個(gè)對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點(diǎn)通過分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和分布式的算法協(xié)調(diào)彼此的行為。節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入和離開網(wǎng)絡(luò)。任意節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的的運(yùn)行，與有中心網(wǎng)絡(luò)相比具有很強(qiáng)的抗毀性。

3、多跳路由，當(dāng)節(jié)點(diǎn)要與其覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，需要中間結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，即需經(jīng)過多跳。與普通網(wǎng)絡(luò)中的多跳不同，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通節(jié)點(diǎn)共同協(xié)作完成，而不是由專用的路由設(shè)備完成的。

四、無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)能耗

4.1 能耗背景

節(jié)能環(huán)保是當(dāng)前社會(huì)的的核心主題，也會(huì)一直持續(xù)下去。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分，我們的周周圍處處充滿著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的綠色、低碳、節(jié)能、環(huán)保也逐漸受到各國(guó)科研組織的重視。

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的整體能耗取決于布置節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量越多、傳輸數(shù)據(jù)時(shí)間越長(zhǎng)，能耗越高，反之，能耗越少。

4.2 能耗分布

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的能耗根本在節(jié)點(diǎn)，主要在傳輸。只有從以上兩方面入手才能更好的提高網(wǎng)絡(luò)的能耗效率，才能更快的實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的綠色、低碳、節(jié)能、環(huán)保。

4.3 提高能耗效率的方法

4.3.1節(jié)點(diǎn)休眠機(jī)制

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在空閑時(shí)間段可以進(jìn)入休眠模式。休眠時(shí)的能耗可以接近于零，根據(jù)設(shè)置好的控制條件，來(lái)合理分配每個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，有效的調(diào)劑每個(gè)節(jié)點(diǎn)的利用率。從而提高整體網(wǎng)絡(luò)的能耗效率。

4.3.2節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率控制

節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，直接受到節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的影響，從而會(huì)體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的能耗。數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量可以通過SNR（信噪比）來(lái)衡量，SNR是有用信號(hào)功率與噪聲功率的比值。通過對(duì)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率控制使數(shù)據(jù)傳輸過程處在最合理狀態(tài)。既保證了信號(hào)的傳輸質(zhì)量，又可以使單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗處在最低水平，以達(dá)到提高整體網(wǎng)絡(luò)的能耗效率目的。

4.3.3節(jié)點(diǎn)路由選擇

路由選擇不僅僅是尋路策略，還要建立有效、節(jié)能的尋路策略。一個(gè)高效的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸可以獲得最佳傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)能量最大化。

通過對(duì)系統(tǒng)總能耗和節(jié)點(diǎn)剩余能量的監(jiān)控，選擇最優(yōu)傳輸路徑，既可以降低節(jié)點(diǎn)的能耗，又可以延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)的生命周期。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，越來(lái)越多新的需求會(huì)被提出。目前，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)僅僅停留在某一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域或通信協(xié)議上。怎么通過系統(tǒng)性來(lái)解決能耗效率問題是科研工作者的努力方向之一。本文通過對(duì)節(jié)點(diǎn)休眠、節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率控制、節(jié)點(diǎn)路由三方面來(lái)分析能耗效率。

參 考 文 獻(xiàn)

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