[发明专利]无线通信系统中一种基于功率分配的网络冲突解决方法

说明书

本发明属于功率管理技术领域，公开了无线通信系统中一种基于功率分配的网络冲突解决方法，网络中的每个节点启动时，经过一个初始化阶段，建立邻节点信息表；初始化结束后，节点根据本发明提出的功率分配方法，为其邻节点分配竞争信道的功率。然后将功率分配方法得到的分配结果集附加在节点发送的Beacon中，广播给其他邻节点；节点有数据发送时，根据目的节点为其分配的发送功率发送数据。本发明所提的功率分配方法，时间复杂度较低，且不需要额外的通信开销；实现了节点的捕获效应，并利用捕获效应来解决网络中的冲突，提高了信道利用率和网络吞吐量。

技术领域

本发明属于功率管理技术领域，尤其涉及无线通信系统中一种基于功率分配的网络冲突解决方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：在无线传感器网络中，由于无线传感器节点自身能量的有限性，应用场景的特殊性，不能及时对其补充能量。为节约能量，无线传感器网络中的节点多工作在休眠/唤醒的占空比模式。该模式下，节点接收数据的机会减少，加大了发送节点之间的竞争，故容易产生冲突。而无线传感器网络常用的通信模式，如汇聚和分发，更是进一步加剧了冲突。因而，在无线传感器网络的应用中，高效的冲突解决机制成了一项基本和关键的技术。目前国内外常用的冲突解决机制大体分为冲突避免、修改物理层和冲突容差这三种方法。其中，冲突避免的方法，如CSMA随机退避，在竞争节点少，数据传输量小的情况下可以有效工作，但不适用于低占空比或者密度大的网络。而修改物理层的方法，如ZigZag等技术，则要求接收机具备先进的物理层技术，且由于不同厂家生产芯片的差异性，该方法往往不具有普适性。相比之下，冲突容差的方法，则是利用芯片的捕获效应成功解析出较强一路信号，可以比较有效的解决网络中的冲突问题。捕获效应的发生需要同时满足两个条件：一、强信号不晚于弱信号一个前导波接收时间到达；二、强信号的信干躁比SINR超过一定阈值SINR_THR。为了满足条件二，就需要一种功率分配方法，由节点来控制它的邻节点的发送功率，保证邻节点不管以怎样的组合方式竞争，总会有一个邻节点发送的分组信号能够被接收节点以不低于80％的概率成功解析。采用穷尽搜索的方法进行功率分配时，对所有邻节点的可用发送功率等级进行全排列，一定能得到最优解。采用贪心的方法进行功率分配时，每次选择邻节点中最小的可用发送功率等级，直到遍历完所有邻节点或者没有可用发送功率等级，时间复杂度低，为O(n)。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)冲突避免的方法在竞争节点少，数据传输量小的情况下可以有效工作。但在低占空比或者密度大的网络中，由于参与竞争的节点个数增多，各节点退避时间相差不大，导致节点需要不停的退避直至信道空闲，从而增大数据包传输延迟，且消耗大量能量，减少了传感器节点的使用寿命。

(2)修改物理层的方法要求接收机具备先进的物理层技术，且不同厂家生产的芯片具有一定差异性，若想将修改物理层的方法从一个芯片移植到另一芯片往往需要对相应方法做大量修改，对于一些不支持特定物理层技术的芯片来说，甚至是无法实现移植的。

(3)采用穷极搜索的方法进行功率分配，要遍历所有可能的组合，时间复杂度为O(n！)。在密度大的网络中，每个节点有8～10个邻节点，由于穷尽搜索方法时间复杂度高，而传感器节点的计算和内存又有限，传感器节点根本没有办法运行穷尽搜索方法。因此，当网络密度大时，不能用穷尽搜索的方法进行功率分配。

(4)采用贪心的方法进行功率分配，得到的解只是局部最优，而不是全局最优。因此，在密度大的网络中，由贪心方法进行功率分配得到的分配结果集有超过70％的概率无法容纳所有的邻节点，从而降低了信道利用率。

解决上述技术问题的难度和意义：