无线网络节点通信干扰情况分析研究

(沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110159)

无线网络节点通信干扰情况分析研究

刘钊

(沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110159)

在无线网络节点通信的过程中，无论是外部的干扰还是内部节点之间的干扰都是不可忽视的问题。本文首先介绍了采用层次型网络拓扑结构的节点功率设定方案，其次给出了几种当节点内部之间产生相互干扰的情况并分析此时节点功率该如何设定，最后简述目前网络干扰技术存在的不足以及未来的发展形势。

网络干扰；层次拓扑；功率设定

一、引言

无线网络是一种利用无线电波传输信息的大型网络，相比于有线网络覆盖面积广且发展速度较快。随着无线网络的兴起和普及，人们可以随时随地、以任何方式获取以及处理信息。

无线网络发展的十分迅速但是依旧存在一些问题。其中网络干扰就是其不可避免的问题之一。无论是平面型的还是层次型的网络都会存在干扰，但是层次型的网络可以通过其簇首节点与子节点的功率调节来适当避免干扰。从当前环境分析，可以分为两种：由网络外部噪声引起的外部干扰；内部节点同时传输信息引起的内部干扰。本文主要对后者做主要分析。

二、发射功率的设定

常见的网络分簇算法一般将发射节点和接收节点的发射功率和接收功率设成单一的大小。网络中使用这样单一的功率可以有效的保持网络稳定，但是一旦采用大型的分簇算法作为网络通信基础，往往出现簇首节点和簇内节点因传输距离长短不一出现能量浪费或者能量不足的问题。因此结合本文采用的层次型网络算法中簇间传输距离与簇内传输距离满足条件：所有的簇首节点采用较高的发射功率，簇内节点采用较低的发射功率，这样可以有效避免上述问题。但具体的节点发射功率大小由实际环境决定，只需将两类功率做相应调整即可。

(一)簇首节点发射功率的设定。由自由空间电磁波的传输公式分析推导。即使当d表示发送端到接收端的距离，亦为发射节点到接收节点的距离。也存在很多种位置情况，第一种情况是节点A为簇首节点，是发送端节点，节点B为簇内子节点，节点P为A簇内普通节点，是接收端节点，RA为簇首节点A的通信半径，RB为子节点B的通信半径，D1为节点A与节点P的距离，但此时D1应称为发送端与接收端的距离，D2为子节点B与节点P的距离。由此可见，与发送端有关的距离长度，其间的大小关系应为：D1>D2且RA-D1

此时，自动调节簇首节点A的发射功率大小，如公式所示：

计算后得知节点A的发射功率为PA，在节点A允许使用的最大发射功率范围内，所以符合实际，具有实际意义。

第二种情况与发送端有关的距离长度，其间的大小关系应为： D1

因为D2

(二)子节点发射功率的设定。簇内子节点之间相互传输信息时的功率设定没有簇首节点的设定过程复杂，源于其自身的通信半径小且自身能量有限。因此，如上述两种情况分别如上述分析，与此时的发射端节点B有关的距离长度除上述条件外，且都满足D2≤RB。则此时子节点B向簇内节点P传输信息时的发射功率大小，都将如公式所示：

因为D2≤RB，所以仍然在节点B允许使用的最大发射功率范围内，所以符合实际，具有实际意义。

三、通信干扰时功率大小的调节

通信过程中会出现各种各样的问题，干扰问题一直都是研究的重点方向。对于发送节点a和接收节点b，下面给出了节点间常见的几种干扰情况。

(一)发射节点被干扰。发射节点a向接收节点b发送信息时，节点A可能同时向其他节点发送信息，此时节点A称为节点a的干扰节点。此时，节点a通过对周围环境的简单监测，发现存在外界干扰，并计算节点a到干扰节点A若发送信息时的发射功率的大小，记为P。随后，节点a通过自身的控制信道向其接收节点b发送一个暂时停止的控制帧，即睡眠控制帧，接收节点b接到控制帧后与节点a一同进入睡眠。为尽快完成传输任务，节点a即使与节点b处于睡眠状态，但每隔一个2Tw时间，节点a苏醒一次，检测干扰节点A是否仍然处于传输信息的状态。一旦节点a检测到干扰节点A完成信息传输时，节点a立即通知节点b苏醒，继续完成传输任务。但苏醒后的节点a向节点b传输信息的发射功率不是再原来大小，而是以功率P大小向节点b发送信息。即便此时干扰节点A再次传输信息，但由于功率P应大于或等于干扰节点A的发射功率，节点A再发送信息时也不会干扰节点a。

(二)接收节点被干扰。即使节点A不再对发射节点a产生干扰，但是相对的，接收节点b也有可能在接收信息时受到周围正在传输信息的节点的干扰，如节点C，此时，节点C亦称为节点b的干扰节点。此时，节点b通过控制信道向节点a传输睡眠控制帧，两个节点一起进入睡眠，节点b采用与节点a相同的方式等待干扰节点C传输完毕。与发送节点受到干扰不同之处在于，当节点b通知节点a苏醒继续通信时，节点a向节点b发送信息的发射功率不变，节点b接收信息时向节点a返回数据确认帧时采用的功率大小为节点b计算到达干扰节点C的发射功率大小。即便此时干扰节点C再次传输信息，但由于功率小于或等于接收节点b的传输功率，因此也不会再次干扰节点b。

(三)同时被干扰。同时被干扰的情况主要有两种：第一种情况是当发射节点a和接收节点b在一个共有的簇内时，节点a和节点b都处于以节点B为簇首的簇内，假设节点a向节点b发送信息时，簇首节点B也在发送信息，此时不可避免的会对节点a和节点b的通信产生干扰，称簇首节点B为公共干扰节点。第二种情况是假设簇首节点B没有传输信息，而节点A和节点C同时向不同的节点传输信息，这时不仅对节点a的发射过程产生干扰，同时还对节点b的接收过程产生干扰。综合以上两种情况，称为同时干扰。这种情况发生时， 节点a通过控制信道向节点b发送睡眠控制帧，两节点同时进入睡眠状态，同时，节点a和节点b分别计算达到干扰节点的发射功率大小，并记为P1和P2。当检测到干扰节点都传输完毕后，节点a以功率P1和P2中较大的功率大小最为自身的发射功率，与节点b继续完成信息传输。

四、结语

本文简单的介绍了几种无线网络节点通信时可能会产生的干扰情况，并简单分析采用分簇算法时簇首与子节点对应的发射功率调节方案。近年来，对无线网络的干扰问题，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。往往对待平面型网络的分析和设计都是基于理想化环境的。鉴于对现代抗干扰技术的发展，未来的研究热点可能为：考虑实际应用的环境，改进平面路由算法，引进功率控制机制等。

[1]殷云志.无线通信抗干扰技术及发展趋势[J].专题技术与应用,2008,38(10):50-52.

[2]李雪华.抗干扰技术分析[J].专题技术与应用，2011,41(5)：52-55.

[3]邱永红.通信抗干扰技术的激活与决策分析[J].电视技术，2005,5:14-17.

刘钊，男，沈阳理工大学信息科学与工程学院，计算机技术专业硕士研究生，研究方向计算机技术。