[发明专利]一种节约无线节点能耗的发射功率调节方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及使用低功耗无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)技术进行通讯、传感、控制的应用场景的节约无线节点能耗的发射功率调节方法，适用于IEEE 802.11，Zigbee等无线协议框架。

背景技术

近年来，无线网络技术发展迅速，基于无线网络的通讯、传感、控制系统具有自组织成网、移动性强、布置灵活等特点，在工业、农业、交通、军事、安全、医疗等各个方面有着极为广阔的应用前景。为了保证系统的灵活性，无线节点大都采用电池供电的方式，随着节点微型化的发展，节点所能携带的电池电量较为有限，系统长时间工作的需求与节点能量有限的矛盾非常突出，如何节能成为无线网络应用中的一个重要问题。

基本的无线节点包含控制器和无线收发器两部分，无线收发器的能耗要远高于控制器本身，因此节能主要体现在无线通讯的设计之中。

当前的节能技术包含三个方面：1)芯片层，通过提高芯片集成度等技术实现低功耗；2)媒体接入控制(MAC)层，采用802.11中的节能模式(PSM)，通过节点间的协作在无任务时进入休眠以节约功耗；3)在MAC层，调低节点的发射功率；第一个方面的技术进步可以让所有应用受益，第二个方面的使用效果与具体应用相关，第三个方面现有的方法是根据无线信道衰减模型计算发射功率，该方法适用于理想环境，主要体现在理论分析层面，并未获得实际应用。本发明属于第三个方面。

对典型无线通讯芯片如TI的CC1000，CC2420等的功耗测试表明，芯片发射功率的变化对节点能耗影响较大，最大发射功率与最小发射功率下的节点能耗差别有5倍之多。在满足通讯要求的前提下，采用较小的发射功率可以有效降低能耗，并且调节发射功率的方法与第一和第二个方面节能技术并不冲突。

发明内容

本发明的目的是为了更进一步降低节点功耗，弥补已有技术的不足，提出一种节约无线节点能耗的发射功率调节方法，可以保证无线节点以满足应用要求的最小能耗工作，有效延长无线节点的存活时间。

本发明提出的一种节约无线节点能耗的发射功率调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)预先设置收包率q的下限为q_t，q_t是取值0-1之间的小数，获取发送节点发射功率的调节范围，设节点发射功率最小值为P_min和最大值为P_max，设置收包阈值系数为r，r是取值0-1之间的小数；

2)将发射功率P设为最大值P_max；

3)发送节点发出N个数据包到接收节点，N为正整数；发送节点根据确认帧的数量计算收包率q；

4)当收包率q高于预设下限q_t时，若此时发射功率P为最小值P_min，则调节过程结束；若发射功率P不为最小值，则发送节点调低发射功率P，回到第3)步；

5)若收包率q低于预设下限q_t，且当前发射功率P不为最大值，则发送节点调高发射功率P，调节过程结束；

6)若收包率q低于预设下限q_t，且当前发射功率P为最大值P_max，则发送节点暂存当前发射功率下的收包率为q_max；

7)发送节点调低发射功率P，并发出N个数据包到接收节点；发送节点根据确认帧的数量计算收包率q；

8)若收包率q不低于r*q_max，则回到7)；若收包率q低于r*q_max，则调高发射功率P，调节过程结束。

本发明的特点及效果：

1、根据收包率调整发射功率

无线节点的性能与工艺、布线、天线等密切相关，不一定与芯片手册一致，根据接收阈值计算发射功率的方法并不实用。实际应用中，收包率更为重要，本发明中，接收节点收到数据包以后，将确认帧(接收节点回应给发送节点的数据包，用于告知发送节点当前数据包已经收到)发给发送节点，发送节点计算收包率，把收包率作为调整发射功率的依据，可以保证节点以满足应用要求的最小能耗工作，有效延长节点的存活时间。

2、使用反馈机制调整发射功率

收包率根据接收节点的实际收包情况计算得出，发送节点根据收包率逐步调整发射功率，可以以简单、有效的方式快速、准确地达到满足要求的最小发射功率。

本发明中，发送节点具备调节发射功率的能力，并且发射功率与能耗具有相关性，如WLAN、Zigbee等芯片等都具有此特性。