在無線網絡中采用功率控制技術可根據發送節點與目的節點之間的距離及當前的信道狀況，以適當的發射功率發送來減少不必要的能量消耗，而且可降低信號傳輸過程中的相互干擾[1]。參考文獻[2]提出了一種節點發射功率隨機分布在某個功率區間的無線自組織網功率控制方法，使得在獲得與固定功率控制相當的成功傳輸概率時可節省網絡能量消耗以延長網絡生存周期。參考文獻[3]分析了隨機功率控制方法對無線自組織網的性能影響，并驗證了該方法在高節點密度的網絡中可提高網絡的連接性并緩解節點碰撞問題。在分簇結構無線傳感器網絡中節點密度較大，往往會有多個傳感器節點感知同一監測區域的數據，從而引起同一簇內中多個節點向簇頭節點同時發送數據的數據交換情況[4]。采用隨機功率控制可在保證網絡數據傳輸成功概率基本不變的情況下節省網絡的能量消耗[5]。本文分析了分簇結構無線傳感器網絡中隨機功率控制的節點間傳輸成功概率，并提出在滿足網絡對成功傳輸概率需求的條件下來合理設置簇內通信時節點的最大發射功率和最小發射功率。

3 仿真結果與分析
    采用網絡仿真軟件GloMoSim分析隨機功率控制和固定功率控制對無線傳感器網絡傳輸成功概率的影響。傳感器節點均勻分布在以dc=200 m為半徑的監測區域內，目標節點置于中心。節點能耗為First Order改進模型[6]，參數dc和d0分別設為0.1 m和87.7 m，且節點的通信距離對應的最大發送功率為-16.7 dBW。圖1為不同SNR門限下節點平均成功通信概率情況，其中固定功率采用的通信距離為200 m，隨機功率采用的最大通信距離Dmax為200 m，而其采用的最小通信距離Dmin分別為80 m和100 m。在不同SNR門限的要求下固定功率控制和隨機功率控制的傳輸成功概率都隨著節點密度的提高而相應降低。當節點的SNR要求越低時，隨機功率控制與固定功率控制性能間的差異相對較大，但隨著SNR門限的增大,兩種功率控制算法在平均成功通信概率上的差異將逐漸縮小。

    為了分析兩種功率控制策略在傳輸成功概率上的差異，使用相對差值E[(?祝ij′-?祝ij)/?祝ij′]描述方法來比較隨機功率控制策略與固定功率控制策略的網絡性能。圖2(a)給出了在SNR門限為-30 dB時采用最小通信距離Dmin分別為80 m和100 m時隨機功率策略和固定功率控制策略的節點平均能耗曲線，其中采用的最大通信距離為200 m，仿真時間為1 h。由該圖可知，上述三種情況隨著節點數量的增加導致節點間報文碰撞問題的加劇及引發節點重發次數的增加，從而使節點平均能耗相應提高。兩種隨機功率控制方式的節點平均能耗明顯低于固定功率控制的情況,有利于降低網絡的總體能量消耗，以延長節點的使用壽命和網絡的生存周期。圖2(b)給出了上述條件下隨機功率策略與固定功率控制策略在節點傳輸成功概率平均相對差值的比較,且SNR門限為-30 dB。在固定SNR門限下，隨著節點密度的提高，兩種隨機功率控制方式的節點傳輸成功概率平均相對差值都相應降低，而且當節點密度達到一定程度時，可視為隨機功率控制接近于固定功率控制的成功傳輸概率。當采用更高的最小發射功率時，隨機功率控制與固定功率控制在成功傳輸概率的差異相對更小。
    本文將隨機功率控制技術應用于無線傳感器網絡中，通過合理選擇簇頭節點的最大發射功率和最小發射功率來滿足網絡對成功傳輸概率的需求。仿真表明,隨機功率控制在保持與固定功率控制相當的成功傳輸概率的情況下，可降低發射功率以提高簇頭節點能量效率和延長網絡生存時間。在以后的研究工作中將把重點放在該方法與數據鏈路層隨機接入技術相結合方面。
參考文獻
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