Page 170 - 《软件学报》2021年第8期

2452 Journal of Software 软件学报 Vol.32, No.8, August 2021

能会随着移动方向的不同逐渐增加).因此在小规模组的情况下,庞大的组主数量导致了更高的能量消耗.随着
组大小的增加,组主数量的减少,充当组员的节点数量增多,组内数据发送比例增加.因此,整个网络的能量消耗
开始降低.

(a) 组大小为 2 (b) 组大小为 5
Fig.9 Devices in different group sizes
图 9 不同组大小的设备情况

组主和组员的平均发射功率如图 8(b)所示,对于所有的指数因子α,他们得到的结果都展示了相同的趋势.
因此,本文中选择参数因子等于 1/3 的情况作为实例.图 8(b)中展示了不同角色之间的平均发射功率,以及组主
和组员两个角色与所有节点的平均发射功率的对比.从整体上来看:组主的发射功率要比组员的发射功率要高,
并且它也随着组大小的增加而增加.这意味着在整个过程中,组主的能量消耗一直高于组员的能量消耗,并且组
大小越大,能量消耗越高.这一点与在真机实验中得到的结论一致.
图 8(c)表明了本文所提出的节能机制能够有效地平衡组主的效率,降低了组主的消耗.本文提出的节能机
制的另外一个目的是平衡组主的能量消耗.在这一部分中,本文选择了组大小为 12,且参数因子为 1/3 时作为示
例.这个例子同时也代表了在大规模组中拥有高切换灵活性的例子.图 8(c)中记录了 3 个节点的发射功率,它们
都是作为组主节点.组主切换每 10min(600s)发生一次,因此,它们的平均发射功率大于或者等于所有组主的平
均发射功率.在第 1 次组主切换发生以后,它们不再担任组主,它们的平均发射功率开始下降,并且与组员的平均
发射功率处于相同的水平上.需要注意的是:曾经担任组主 2 的节点 2,此时仍然具有很高的发射功率.这是因为
它不再担任组主后,此时也离新的组主较远,并且暂时没有任何较近的可切换的网络供它切换,因此它保持一个
较高的发射功率.在 2 400s 之后,它的发射功率也开始下降,意味着它的能量消耗也开始下降.
整个网络获得的吞吐量如图 8(d)所示.在图 8(d)中,吞吐量分为两个部分:第 1 个部分是禁用节能机制时获
得的吞吐量;第 2 个部分则是启用节能机制,在不同的指数因子α下获得的吞吐量情况.从整体上来看,禁用节能
机制时获得的吞吐量都高于启用节能机制时获得的吞吐量.禁止节能机制并且组大小为 2 时,获得最高的吞吐
量为 48.58Mb/s.当启用节能机制时,吞吐量随着指数因子α值的增加而增加,两者呈一个正比的关系.造成这个
现象的原因是:由于本文提出的切换公式中,α的值越大,网络的切换概率就越低,因此网络就可以保持一个长时
间稳定的传输,获得较高的吞吐量.当节能机制启用时,本文在组大小为 2 且α=1 时获得最高的吞吐量,为
47.61Mb/s.与此同时,整个网络的能量消耗为 44.82dB.意味着本文提出的节能机制能在获得 11.86%的能量增益
的同时,获得大约 2%的吞吐量损失.除此之外,同样在组大小为 2 的情况下,在α=0 时获得最佳的节能效果,为
44.4dB.此时的吞吐量为 45.92Mb/s,获得 14.35%的能量增益,但是伴随着 5.48%的吞吐量损失.从图 8(d)中可以
看出,吞吐量随着组大小的增加而快速降低.当组大小很小时,一个组里面的设备碰撞概率就大大降低,并且在
小规模的 WFD 通信组内,有很多节点担任组主角色来负责数据的处理和转发.然而随着组大小的增大,组主随
着组员的数量的增加而急剧减少.例如,在组大小为 2 时,有 49 个组主;当组大小为 3 时,有 18 个组主;当组大小
为 5 时,只有 10 个组主.组大小越大,组主数量越少,这意味着只发送数据的节点数量增加,越来越少的节点负责