基于功率控制和冲突避免的无线mesh网络低能耗mac协议

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1、基于功率控制和冲突避免的无线Mesh网络低能耗MAC协议o引言无线Mesh网络(WirelessMeshNetwork,WMN)作为下一代无线网络的关键技术近年来受到了广泛关注。WMN兼具无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)和移动自组网(MobileAdllocNETwork,MANET)的优点，具有组网灵活、部署方便、不依赖于基础设施的特点，其多跳转发的传输方式可以扩大网络覆盖范围。目前，丽N已成为解决“最后一公里”宽带接入的关键技术。以往有关WMN的研究主要关注于如何提升网络接入、吞吐量等方面的性能，随着全球对绿色网络和低碳节能问

2、题的关注，WMN的节能已逐渐成为研究的热点问题［1］。IEEE802.11协议是基于WLAN的WMN的标准MAC层协议，但对于绿色丽N来说，IEEE802.11协议的能耗问题严重，造成这一问题的主要原因有两个：一是使用固定发射功率发送数据，二是信道竞争中的信道监听。无线设备的能耗主要集中在数据的收发上，且无线节点的最大传输半径往往超出节点间的通信距离，因此控制数据发射功率是降低节点能耗的有效办法。BASIC算法［2］是最典型的功率控制算法，但是，它在降低功率消耗的同时，会提高隐藏终端冲突的概率。针对这一不足，李方敏等［3］提出PCM机制，令节点在冲突发生时逐步提高发射功

3、率以达到抑制冲突发生的效果。但是，在逐步提高功率的过程中，如果无法配合网络环境的改变，节点可能要经历多次冲突，进而浪费更多的能量。因此，PCM机制对冲哭的抑制过程存在能量的浪费。除了利用功率控制来降低节点的能耗外，IEEE802.11节能模式(PowerSavingMode,PSM)管理机制也是无线节能研究的热点。许多研究者利用数学模型划分网络中各节点的时间［4_5］，尽可能合理地使节点进入休眠，以降低能耗减少冲突。但当网络超过一定规模时，该类方法难以实现。另外，也有研究人员提出依据节点或网络的变化情况灵活地控制节点的休眠［6-8］，但此类方法在网络负载较重时所能降低的

4、能耗十分有限。目前，已有人开始研究利用太阳能/风能供电的Mesh路由器(MeshRouter,MR)来提供绿色无线接入的解决方案，该类绿色MR具有低能耗、低成本的特点，已有众多研究人员在此领域开展了很多有价值的研究工作［9-10］。但是，此类绿色MR的通信能量管理依然存在能量效率和成本方面的问题。例如，文献［9］忽略数据因生命周期耗尽而导致的重传，这是不明智的，因为大量的数据重传会浪费大量能量；文献［10］忽略了硬件的成本问题，因此难以得到推广。关于WLAN和MANET的能耗研究，功率控制和PSM管理机制已受到许多关注，但是，将这两种方法结合起来用于绿色WMN的研究还较

5、少。本文针对IEEE802.11协议的能耗问题，提出一种适合于绿色WMN的低能耗MAC协议，即PCCA(PowerControlandCollisionAvoidance)协议。PCCA协议利用功率控制提高MR的能量效率，并利用休眠解决冲突问题，在降低能耗的同时，提高了分组投递率。1问题描述如图1所示，假设节点A、B、C、D和E分别表示类型相同的MR，其最大传输半径为R，节点A和B的距离为L。实线圈表示节点A的信号覆盖范围，虚线圈表示节点C的信号覆盖范围。IEEE802.11协议的发射功率固定不变，当L