21、单跳和多跳无线传感器网络中的传输功率控制

单跳和多跳无线传感器网络中的传输功率控制

1. 引言

传感器网络是由小型传感设备组成的分布式网络，这些设备配备了处理器、内存和短距离无线通信能力。近年来，自组织无线传感器网络（WSNs）在研究界和商业应用中受到了极大关注。这部分归因于自组织无线网络无需预先存在的基础设施就能建立连接的能力，以及它们有望支持广泛的嵌入式应用。此外，传感器尺寸和成本的降低也使得WSNs在以前被认为不可行的应用中得到了更广泛的使用。

无线传感器网络具有快速部署传感器节点和降低网络设置与维护成本的显著优势，可应用于安全监控、恶劣地形救援任务、交通监控、环境监测、医疗保健、机器人探索、库存跟踪、家用电器和农业等众多领域。

然而，WSN研究是一个新兴领域，融合了多个学科，面临着现代计算机科学、无线通信和移动计算等方面的诸多挑战。传感器网络通常由大量能量受限的分布式节点组成，这些节点通过传感器收集信息，并将其转发给用户或数据汇聚节点进行处理和报告。由于节点传输范围有限，信息往往需要通过中间节点（多跳路径）才能到达目的地。

在传感器网络协议设计中，一个主要挑战是在保持有效通信的同时，最小化节点的能量消耗，以延长网络的运行寿命。节约节点的功率可以延长节点和整个网络的寿命。随着未来无线设备尺寸的缩小和密度的增加，电池容量的限制将更加明显，因此新兴的WSNs需要更加节能。

为了延长WSN的使用寿命，有几种减少能量消耗的技术，大致可分为四类：高效数据聚合、高效路由、MAC层功率管理和使用传输功率控制的拓扑管理。本文主要关注传输功率控制（TPC），它是一种有前景且有效的技术，可减少干扰并提高传感器节点的能量消耗效率。TPC基于发射机根据接收机的接近程度动态调整传输输出功率至最低水平，