无线Mesh网络的能耗效率分析

刘万柱

【摘要】 本文簡要介绍了无线Mesh网络的背景、结构、特点和能耗。从能耗背景和能耗分布入手，对节点休眠、节点发射功率控制、节点路由三方面来分析能耗效率。

【关键词】 无线Mesh网络 能耗分布 能耗效率 节点路由

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

随着科技的快速发展，在无线通信领域越来越多的信息交互方法正在被使用。无线Mesh网络就是在这样的环境下应运而生。早期的无线Mesh网络是为美军通信服务。目前，已经被世界各地的民用通信领域所应用。在无线Mesh网络系统规模及功能丰富的同时，能耗过高问题也逐渐显露出来。怎么来提高无线Mesh网络系统的能耗效率已经成为科研人员急需解决的问题。

一、无线Mesh网络简介

无线Mesh网络在90年代末期是一种全新的网络技术，他可以在没有基础设施支持的情况下提供灵活方便的网络数据通信，这种技术拓宽了网络通信的应用领域，具有光明的前景。特别是在军事应用领域，或在发生了地震、水灾、火灾等重大灾难后固定的通信网络设施可能全部损毁或无法正常工作的地区，或当处于偏远、野外地区无法依赖固定或预设的网络设施进行通信时，就需要这种不依赖任何固定网络设施又能快速布设的无线Mesh网络技术，他能够在这些恶劣和特殊的环境下提供通信支持，对抢险和救灾工作具有非凡的意义。

二、无线Mesh网络结构

无线Mesh网络结构不同于传统的无线网络，传统的无线网络是点到点或点到多点的拓扑结构。无线Mesh网络是多点到多点的网状拓扑结构。每个节点都是各自独立，并通过相邻节点进行无线多跳的数据传输。

无线Mesh网络在数据传输时，通过对下一节点的探测，获取下一节点的电量状态信息，来确定是否需要通过此节点进行数据传输，增加整个网络存活时间，提高能耗效率。

三、无线Mesh网络特点

无线Mesh网络通过多跳路由技术，可以把每个节点的发射功率降到很低，从而节省电能，提高能耗效率，延长工作时间。

无线Mesh网络与其他传统通信网络相比具有以下显著特点：

1、独立组网，即网络的布设无需依赖任何预先架设的网络设施。节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

2、无中心性，采用无中心结构，网络中没有绝对的控制中心。所有节点的地位平等，即是一个对等式网络，各节点通过分层的网络协议和分布式的算法协调彼此的行为。节点可以随时加入和离开网络。任意节点的故障不会影响整个网络的的运行，与有中心网络相比具有很强的抗毁性。

3、多跳路由，当节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间结点的转发，即需经过多跳。与普通网络中的多跳不同，无线Mesh网络中的多跳路由是由普通节点共同协作完成，而不是由专用的路由设备完成的。

四、无线Mesh网络能耗

4.1 能耗背景

节能环保是当前社会的的核心主题，也会一直持续下去。无线网络已经成为人们日常生活中的重要组成部分，我们的周周围处处充满着无线网络。无线网络的绿色、低碳、节能、环保也逐渐受到各国科研组织的重视。

无线Mesh网络的整体能耗取决于布置节点的数量和传输数据的时间，节点的数量越多、传输数据时间越长，能耗越高，反之，能耗越少。

4.2 能耗分布

无线Mesh网络中的能耗根本在节点，主要在传输。只有从以上两方面入手才能更好的提高网络的能耗效率，才能更快的实现无线网络的绿色、低碳、节能、环保。

4.3 提高能耗效率的方法

4.3.1节点休眠机制

无线Mesh网络中的节点在空闲时间段可以进入休眠模式。休眠时的能耗可以接近于零，根据设置好的控制条件，来合理分配每个节点的工作状态，有效的调剂每个节点的利用率。从而提高整体网络的能耗效率。

4.3.2节点发射功率控制

节点数据的可靠传输，直接受到节点发射功率的影响，从而会体现节点的能耗。数据传输的质量可以通过SNR（信噪比）来衡量，SNR是有用信号功率与噪声功率的比值。通过对节点的发射功率控制使数据传输过程处在最合理状态。既保证了信号的传输质量，又可以使单个节点的能耗处在最低水平，以达到提高整体网络的能耗效率目的。

4.3.3节点路由选择

路由选择不仅仅是寻路策略，还要建立有效、节能的寻路策略。一个高效的节点进行数据的传输可以获得最佳传输路径，实现能量最大化。

通过对系统总能耗和节点剩余能量的监控，选择最优传输路径，既可以降低节点的能耗，又可以延长整个系统的生命周期。

五、结束语

随着无线Mesh网络的快速发展，越来越多新的需求会被提出。目前，无线Mesh网络的节能技术仅仅停留在某一个技术领域或通信协议上。怎么通过系统性来解决能耗效率问题是科研工作者的努力方向之一。本文通过对节点休眠、节点发射功率控制、节点路由三方面来分析能耗效率。

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