Page 169 - 《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 2451

主切换发生时,其发射功率也会被设置为 20dBm.当组主选择完成以后,算法 2 就会计算新的发射功率.在实验过
程中,共 50 个节点,其中,每两个节点随机组成一组数据发送/接收搭档.一个节点持续向另外一个节点发送数据,
该过程持续 1h.所有节点的接收功率将会被设置为−75dBm,这是设备之间保持一个良好连接的最低保障.

4.2 实验评价
实验结果如图 8 所示.所有节点的默认发射功率被设置为 20dBm [25] ,20dBm 是设备正常发射时使用的功率.
当禁用节能机制时,在实验过程中,设备的发射功率保持默认值不变,并持续到实验结束(运行 1h).因此,此时整
个网络的能耗通过计算为 55.56dB.在组主切换期间,组主的发射功率也会保持为默认发射功率,以确保覆盖足
够多的设备.

(a) (b)

(c) (d)
Fig.8 Experimental results
图 8 实验结果

不同组大小的能量消耗如图 8(a)所示,可以看到:当切换指数因子α=0 时,整个网络的能量消耗是最低的;并
且整个网络的能量随着指数α的增加而增加,两者呈现一个正比的关系.出现这种现象的原因是:根据本文所提
出的切换机制,α越小,组员切换得就越频繁,频繁的切换就导致了组主和组员始终保持一个较小的距离,从而拥
有一个较低的发射功率,降低了整个网络的消耗;与此相对的是α越大,切换概率越低,WFD 通信组就越稳定.由
于设备具有移动性,当组主、组员距离增加时,消耗增加.当组大小为 5 且α为 0 时,整个网络达到最低的能量消
耗,为 41.70dB.相比于禁用节能机制,获得了 23.32%的能量增益.整个网络在组大小为 2 且α=2 时,获得了最大的
能量消耗,为 45.14dB,此时也获得了 11.02%的能量增益.从图 8(a)中可以发现,小规模的组通常比大规模的组拥
有一个更高的能量消耗.例如,组大小为 2,3 时,要明显高于组大小为 9,10 等大规模的组.这是由于本文采用的网
络模型(如图 4 所示)在小规模组中,大部分的节点充当组主(AP),而少量的节点充当组员.如图 9 所示,网络中一
共有 9 个设备,组大小为 2 的情况时,只有一个组员,其余的设备都作为组主存在;在组大小为 5 的情况时,组主数
量明显减少,组员数量大量地增加.由于组主负责数据的跨组传输,不断地跨组通信、转发数据导致能量消耗较
高.且组主为了保证所有的组员拥有一个良好的连接,都处于大功率的状态(由于移动性,组员和组主的距离可