Page 163 - 《软件学报》2021年第8期

郭镇北 等:一种基于功率调控的 WiFi Direct 节能优化机制 2445

组大小是直接影响整体性能的关键参数.因此,本文会通过分析不同组大小的网络性能,选择最佳的组大小.
3.2 功率调控
本文使用对数距离路径损耗模型来计算设备之间的发射功率.对数距离路径损耗模型是室内传播模型常
用的经验模型,其计算公式如下.
⎛ d ⎞
L = L + 0 10 logn 10 ⎜ ⎟ (1)
⎝ d 0 ⎠
其中,L 是传播过程中的路径损耗;L 0 是在参考距离 d 0 下的路径损耗,通常使用 Friis 路径损耗模型进行计算;d 0
是参考距离,单位是 m;n 是衰减参数,通常依赖于周围环境和建筑物的类型;d 是设备之间的实际距离,单位是 m.
在使用式(1)之前,本文需要先计算 L 0 .使用到的 Friis 自由空间传播模型公式如式(2)所示.
PG G λ 2
P = t t r (1)
π
r 2
(4 d )
其中,P t 是发送功率,P r 是接收功率,G t 是发送增益,G r 是接收增益,λ是波长,d 是设备之间的通信距离.根据路径损
耗与 P r 和 P t 的关系,有:
⎛ P ⎞
=
l 0 (dBm) 10log 10 ⎜ t ⎟ (3)
⎝ P r ⎠
将式(3)代入式(2),就有:
⎛ (4dπ ) ⎞ 2
=
L 0 (dBm) 10log 10 ⎜ 2 ⎟ (4)
⎝ GG λ ⎠
r
t
将式(4)中的距离 d 设置为参考距离 d 0 ,即得到 L 0 .在本文中,本文将发送增益 G t 设置为 1dB,接收增益 G r 设置为
−10dB.这些值是智能手机中典型的 Wi-Fi 天线的设置 [28] .在 NS-3 模拟器中使用 802.11g 协议,工作在 2.4GHz
以下,因此λ的值设置为 0.125m,参考距离设置为 1m.把以上的数值带入式(4),即可得到=30.05dBm.这个损耗将
作为参考损耗被用在对数距离路径损耗模型的计算中.将 L 0 带入到式(1)中,得到:
⎛ d ⎞
L = 30.5 10 logn+ 10 ⎜ ⎟ (5)
⎝ d 0 ⎠
其接收功率 P r 、发送功率 P t 与路径上的传播损耗关系如式(6)所示.
P t =P r +L (6)
本文将接收功率设置为−75dBm [25] ,这是一个最低的功率值,保证了无线设备之间有一个良好的连接.然后将衰
减参数 n 和参考距离 d 0 分别设置为 3 和 1,这是 NS-3 中得默认值.最后将这些参数以及式(5)带入到式(6)就能得
到最终的功率计算公式:
P t =−44.95+30log 10 d (7)
通过式(7)就可以计算任意距离 d 下的路径损耗.在式(7)下,其发射功率和距离的关系如图 5 所示.

Fig.5 Distance and TxPower
图 5 距离与发射功率