专利名称：一种节约无线节点能耗的发射功率调节方法
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.U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CCIOOO， 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。
图1为本方法节约无线节点能耗的发射功率调节方法流程框图。
具体实施例方式
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，结合附图及实施例详细
说明如下
本方法的一种节约无线节点能耗的发射功率调节方法流程如图l所示，步骤如下
1) 预先设置收包率的下限qt (qt与应用具体要求相关，取值为0-1之间的小数，本 实施例中设为0.8);获取发送节点发射功率的调节范围(节点发射功率的最小值
P自和最大值P,都由发送节点芯片自身确定，本实施例选用TI的CC1000芯片， P, P,分别为01和255,分别对应-10dBm和20dBm);设置收包阈值系数r (收包 率阈值系数r用于降低对收包率q变化范围的要求，为取值O-l之间的小数，一 般视情况设为0.7-0.9，本实施例中设为0.9)，
2) 将发射功率P设为最大值P,;
3) 发送节点发出N个(N为正整数， 一般取5-10,本实施例中取为10)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;
4) 当收包率q高于预设下限qt时，若此时发射功率P为最小值P自,则发送节点调节 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qt，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qt，且当前发射功率P为最大值P,，则暂存当前发射功 率下的丢包率为q,;
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Wcw,则回到7)(在调低发射功率的情况下，收包率没有较大 变化，说明丢包不是因为发射功率偏低引起，此时选用较低的发射功率)；若收包 率q低于i^q^，则发送节点调高发射功率P，调节过程结束。
发送节点调高调低发射功率的方法，包括但不限于线性调高、线性调低、乘性调高、 乘性调低等方法。
本发明采用乘性调高调低的实施例，具体步骤如下
1) 初始发射功率值P设为发射功率的最大值P^(PzP,),并设定当前调节范围的最大 值Ph和最小值K分别为P,和Pmi (PH=Pmax， Pf P自)。
2) 调高发射功率时，修改当前调节范围的最小值K为当前发射功率(P^P),并且新 的发射功率P^取为当前调节范围最大值和当前值的一半(P^=(P+PH)/2);
3) 调低发射功率时，修改当前调节范围的最大值PH为当前发射功率(PH=P)，并且新 的发射功率P^取为当前调节范围最小值和当前值的一半(P^(P+P,)/2);
若采用线性调高调低步骤如下
1) ,初始发射功率值P设为发射功率的最大值P,(P=P,)，并设定调节步长 △ P (本实施例中AP设为2)。
2) 调高发射功率时，新的发射功率P^取为当前值加上AP (P，=P+AP);
3) 调低发射功率时，新的发射功率^,取为当前值减去AP (P，=P-AP)。
权利要求
1、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qt，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Pmin和最大值为Pmax，设置收包阈值系数为r；2)将发射功率P设为最大值Pmax；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qt时，若此时发射功率P为最小值Pmin，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qt，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qt，且当前发射功率P为最大值Pmax，则发送节点暂存当前发射功率下的丢包率为qmax；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*qmax，则回到7)；若收包率q低于r*qmax，则调高发射功率P，调节过程结束。
2、 如权利要求l所述方法，其特征在于，所述发送节点调高、调低发射功率的方法， 包括线性调高、线性调低、乘性调高、乘性调低之中的任一种方法。
3、 如权利要求2所述方法，其特征在于，所述采用乘性调高调低的方法，具体包括 以下步骤1) 初始发射功率值P设为发射功率的最大值P,: P^P,，并设定当前调节范围的最大 值PH和最小值^分别为P,和P"PH=P,， PfP"2) 当调高发射功率时，修改当前调节范围的最小值P,为当前发射功率P^P，并且 新的发射功率乙.取为当前调节范围最大值和当前值的一半Pn6.= (P+PH)/2);3) 当调低发射功率时，修改当前调节范围的最大值PH为当前发射功率PH=P，并且 新的发射功率P,取为当前调节范围最小值和当前值的一半P,= (P+Pj/2)。
4、 如权利要求l所述方法，其特征在于，采用线性调高调低的方法步骤如下-1) 初始发射功率值P设为发射功率的最大值P,: P:P自，并设定调节步长AP;2) 调高发射功率时，新的发射功率P，取为当前值加上AP: Pn6.=P+AP;3) 调低发射功率时，新的发射功率P，取为当前值减去AP: P,=P-AP
全文摘要
本发明涉及一种节约无线节点能耗的发射功率调节方法，属于无线通信技术领域，该方法包括发送节点发出N个数据包到接收节点；根据确认帧的数量计算收包率q；当收包率q高于预设下限q<sub>t</sub>时，若发射功率P为最小值P<sub>min</sub>，则结束；若P不为最小值，则调低P，根据确认帧的数量计算新收包率q；若收包率q低于预设下限q<sub>t</sub>，且当前P不为最大值，则调高P，结束；若收包率q低于预设下限q<sub>t</sub>，且当前P为最大值P<sub>max</sub>，则暂存当前发射功率下的丢包率为q<sub>max</sub>；发送节点调低P，并发出N个数据包到接收节点；根据确认帧的数量计算收包率q；若收包率q不低于r*q<sub>max</sub>，则根据确认帧的数量计算新收包率q；若收包率q低于r*q<sub>max</sub>，则调高P结束。本发明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。
文档编号H04W52/02GK101466135SQ20091007710
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者冯浩然, 王恒涛, 袁睿翕 申请人:清华大学