无线传感器网络功率控制算法研究综述

矫 乐 苗 卓 郝兴浩

（沈阳理工大学，辽宁 沈阳 110159）

无线传感器网络功率控制算法研究综述

矫 乐 苗 卓 郝兴浩

（沈阳理工大学，辽宁 沈阳 110159）

在无线传感器网络能量的研究中，功率控制技术是节省能量的核心技术之一，本文首先介绍了功率控制算法的分类，其次给出了几种典型的算法并简要说明其优缺点，最后简述目前功率控制技术存在的不足以及未来的发展形势。

网络能量；功率控制；算法

0.引言

无线传感器网络（WSN）是一种用于观察、检测、感知并采集信息的监测管理网络，被称为 21 世纪最重要的技术之一。随着WSN的兴起，人们可以随时随地、以任何方式获取以及处理信息，从而真正实现了“普适计算”模式。

传感器网络节点由电池供电，常用于环境监测、健康护理、智能家居等领域，一般不能更换电池，能量有限。功率控制技术是目前节约网络能量的一个主要方法。网络常采用功率控制算法提升网络性能。从网络层角度分析，可以将算法分为3种，一是网络级功率控制算法；二是邻居节点级功率控制算法；三是独立节点级功率控制算法。其三者的区别主要在于节点发射功率是否统一，是否可以根据实际改变大小。

1.典型的功率控制算法

1.1 网络级功率控制算法

（1）COMPOW（Common Power）算法

采用COMPOW算法的网络节点首先以大小不同的发射功率对网络进行连通并探测网络环境，然后选择适合当前环境的最小的发射功率作为所有节点统一的发射功率。其优点是可以使网络平衡并解决网络不对称引起的隐蔽终端问题等；缺点是不能根据实际情况进行功率的调整，浪费能量。

（2）CPC （Common Power Control）算法

采用CPC算法的网络节点首先要确定自身节点与每一个相邻节点之间的发射功率，将功率大小进行比较，选择其中能保证网络连通的最佳发射功率，然后采用洪泛的方式通知所有节点将最佳功率做为全网统一接收发送功率。其优点是适合应用在大规模网络中；缺点是最佳功率的选择过程比较复杂。

1.2 邻居节点级功率控制算法

（1）CLUSTERPOW（CLUSTER POWER）算法

采用CLUSTERPOW算法的网络节点首先为自身设定3个不同大小的发射功率。然后节点根据自身与邻居节点位置的远近建立路由表，当传输信息时，查询路由表选择最合适的下一跳节点并选择3个功率中最适当的发射功率进行数据传输。其优点是功率之间可以相互切换，减少能量消耗，提高网络吞吐量；缺点是节点负担过重，容易退出网络。

（2）基于节点度的算法

基于节点度的算法最典型的是LMA（local mean algorithm）算法和LMN（local mean of neighbors algorithm）算法。算法中节点要根据传输的信息或采集信息不断更改自身节点的发射功率，一要保证网络节点的度数在允许的范围内，二要保证网络节点相互连通。两个算法除了节点度数的计算方式不同，其余均相同。其优点是优化网络拓扑，节约网络能量；缺点是节点之间的链路存在冗余性，网络连通复杂度高。

1.3 独立节点级功率控制算法

（1）BASIC算法

采用BASIC算法的网络节点首先以自身节点允许的最大发射功率向目的节点发射请求发送帧RTS（Request To Send），目的节点收到RTS后，计算其与信息源节点之间的最小发射功率，以最小发射功率向信息源节点发送允许发送帧CTS（Clear To Send），然后节点之间均采用最小发射功率完成信息传输。其优点是网络节点采用不同的发射功率，减少能量浪费；缺点是载波侦听环带中的节点可能收不到请求发送或允许发送的数据帧，容易与正在传输的数据帧发生冲突。

（2）SSEC（Sensor Stable Efficient Clustering）算法

SSEC算法是一种动态处理网路节点变化的分簇路由算法。采用SSEC算法的网络节点首先为自身节点设定一个时间值，在时间段内向其他邻居节点发送能量请求消息RTE（Request to Energy），然后将收到的能量消息与自身剩余能量比较，若自身能量高，将设为簇首节点，否则设为该簇的子节点，每一轮的工作都将以能量为参考，实行簇首节点轮换制。该算法的优点是有效处理BASIC算法中不能解决的隐蔽终端问题，网络连通度高；其缺点是节点发射功率固定，相互传输信息时会造成干扰，传输路径选择性大，节点间消耗能量不均等问题。

结语

本文简单地介绍了无线传感器网络功率控制算法的分类以及几种典型算法，简述算法原理并说明其优缺点。近年来，WSN功率控制技术无论在理论上还是实际应用中都得到高度重视，也取得了一定的成果，但是仍然存在一些问题需要进一步研究。如某些算法的应用范围局限于自身条件不能普遍使用。某些算法的系统分析和工作原理过于理想化。鉴于WSN功率控制技术的发展，未来的研究热点可能为：算法与其他功能机制的结合，考虑实际应用的环境，提高网络的自适应性以及系统的稳定性。

［1］ Zhang WenBin， Yang XiaoZong. Improved routing protocol Blocking Compow. Computer Engineering and Application［J］. 2011， 47（16）： 89-92.

［2］ Yong Ding， Zhou Xu， Wang Yongtao. An Cross Layer Algorithm Based on Power Control for Wireless Sensor Networks［C］. ICICA， 2010： 209-216.

［3］ LIU Lijun. Routing algorithm in wireless sensor network based on optimal connectivity power. Computer Engineering and Applications， 2015， 51（22）： 119-123.

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