20、无线网络的节能通信协议

无线网络的节能通信协议

1. 引言

近年来，无线和移动通信技术发展迅猛，未来对这些技术增强功能的新需求也将持续增长。无线网络是一种分布式系统，由多个被称为站点的小型手持设备组成，且没有中央仲裁器。这些站点通常由电池供电，并且在执行任务期间无法充电。因此，为无线网络设计的任何协议都应具备节能特性，即让站点尽可能少地消耗电量。

无线网络在灾难救援、搜索救援、协同计算和交互式任务规划等方面具有重要作用。设计单跳无线网络的路由协议十分关键，因为多跳无线网络的路由通常可分解为多个单跳无线网络的路由。然而，尽管小型手持设备的计算能力在快速提升，但电池的使用寿命在短期内预计不会有显著改善，而且在执行任务时可能无法对电池进行充电。此外，站点在发送或接收数据包时会消耗大量能量，接收非目标数据包也会浪费能量。

冲突解决是设计无线网络协议的主要问题之一。载波侦听多路访问（CSMA）是一种简单且可靠的随机访问方法，但会浪费一部分可用带宽来解决消息的随机冲突。近年来，针对无线网络提出了几种无冲突的多路访问方案，其中最流行的是需求分配多路访问（DAMA）方案。从设计节能协议的角度来看，DAMA方案更优，因为CSMA方案中的传输争用解决会导致高能耗。

本文主要关注低移动性、单跳无线网络，其中每个站点都在其他站点的传输范围内，且站点的移动性较低。评价为无线网络设计的协议性能主要基于两个标准：一是协议应尽快完成；二是每个站点的能耗应尽可能低。

2. 预备知识

考虑一个具有p个站点和k个信道的无线网络WN(p, k)。假设每个站点都通过运行初始化协议获得了唯一的ID，范围在[1, p]之间。每个站点持有一个待路由的数据包，数据包有唯一的目的地址，即p个