Page 162 - 《软件学报》2021年第8期

2444 Journal of Software 软件学报 Vol.32, No.8, August 2021

7Mbit/s 时,部分组员会存在速度受限,甚至掉线的情况,导致了组主电量消耗变低.从图 3 中可得出:组主的消耗
在任何情况下都要高于组员;并且组员越多,组主的消耗越大.
根据上述两个实验,可将实验室结果总结如下.
1) 通过对不同状态的 WFD 进行能耗测试,并通过电流大小反馈能耗等级.WFD 在空闲时的能耗极低,
得益于其原有的节能机制.但处于工作状态下,耗电量大大增加.因此,WFD 需要一个可以在数据传输
时使用的节能优化机制,并作为原有节能机制的补充.
2) 通过在不同组大小下的能耗测试,组主的能耗始终高于组员;且组大小越大,组主的消耗越高.因此需
要一个切换机制来平衡不同角色之间的能耗,尽量避免一个设备担任过久的组主而造成极高的消耗.
根据上述两点,本文提出的节能机制可以分为两个部分:首先是采用发射功率调控,减少 WFD 工作时的能
量消耗;其次,采用切换机制以平衡组主的能量消耗,避免担任组主的设备一直处于高消耗的状态.同时,也通过
动态的切换保证组主和组员保持较近的距离,降低发射功率从而降低消耗.
3 WiFi Direct 节能优化机制

在这一节中,首先介绍本文使用的系统模型;随后介绍提出的 WiFi Direct 节能优化机制;最后介绍使用的调
度算法.其中,节能优化机制包括两个部分,分别是功率调控以及切换机制.
3.1 系统模型
WFD 的多组通信模型 [12] 如图 4 所示.

Fig.4 Network model
图 4 网络模型

在该多组通信模型中,WFD 通信组中的组主充当网关负责自己组与其他组的数据交换.此外,每个组的组
主除了在自己的组担任组主之外,它也在别的组充当一个组员,此时的组主相当于一个网关负责两个组之间的
数据交换.如第 2 组的组主在第 1 组内充当一个组员,而第 1 组的组主则在第 10 组内充当组员.需要注意的是:
这里有一个特殊的组主,即第 9 组的组主,它是唯一一个没有在其他组内担任组员的组主.本文使用 NS-3 模拟器
去进行仿真实验.共使用 50 个节点去模拟一个基于 WFD 的自组织网络,使用的节点数目足够去模拟一些现实
生活的例子,例如聚会、会议和一些小型的公共场所等.图 4 中显示的是组大小为 5 的情况,WFD 通信组的组大
[3]
小范围是 2~15 个 .在进行仿真实验时,会对不同组大小的 WFD 通信组进行性能测试.WFD 建立在 IEEE 802.11
协议的基础上,采用半双工模型工作.由于采用了避免冲突的载波感知多址(carrier sense multiple access with
collision avoidance,简称 CSMA/CA)的工作机制,因此存在一个间隔时间段 Inter-Frame Space(IFS)来避免冲突.
因此,一个组中进行通信的设备越多,设备等待的时间就越多.更多的等待时间延长了设备工作的时间,不断地
监听信道导致了更多的能源消耗.此外,由于这段时间内没有数据进行传输,同时也导致了更低的吞吐量.其次,
由于带宽是有限的,在一个组中越多的设备将导致分配的带宽更小,甚至有些设备由于竞争带宽的失败而失去
连接.最后,设备的处理能力是有限的.当组主设备在运行时,组越大,负载越大,对性能的影响也越大.这些说明了