摘要：无线Mesh网络节能问题十分重要。文章讨论的基于Quorum的节能机制对网络规模、节点密度、移动性和多跳等因素不敏感，非常适合无线Mesh网络。Quorum节能机制主要基于MANET网络环境设计。Quorum系统根据时钟同步的难易程度，可以应用于同步和异步两种工作模式。目前对Quorum节能系统的研究主要集中在能量效率优化和自适应系统方面。对于异步和同步两种模式的协同，基于Quorum机制的节能与功率控制、MAC路由结合的跨层设计，是值得尝试的课题。
关键词：节能；Quorum机制；异步；同步；无线Mesh网
Abstract:Energyconservationisa quite important issue for wireless Mesh networks. The Quorum energy conserving mechanism, discussed in this article, is quite suitable to wireless Mesh networks because it is insensitive to network scale, node density, mobility and multi-hop. Originally designed for the Mobile Ad Hoc Network (MANET) environment, the Quorum mechanism can work in two modes: synchronous and asynchronous, subject to the difficulty of clock synchronization. Currently, the research on Quorum energy conserving systems focuses on energy efficiency optimization and adaptive system. As to other issues, such as the collaboration between synchronous and asynchronous working modes, and the cross-layer design for integrating Quorum mechanism-based energy conservation with power control and Media Access Control (MAC) routing, there is much research to do.
Keywords:energyconserving;Quorum mechanism; asynchronous; synchronous; wireless Mesh network
无线Mesh网(WMN)[1]作为一种新型无线网络解决方案备受关注。WMN中节点的节能，特别是Mesh客户终端的节能十分重要。由于Mesh客户终端需要支持移动Ad Hoc方式组网，所以WMN实际上是移动Ad Hoc网(MANET)的一个超集。MANET下的节能机制可直接应用在WMN中，并对设计WMN的节能算法有重要参考价值。关于WMN/MANET的节能，已经有大量相关研究，主要方法分为3类：功率控制、功率感知路由和低功耗模式管理。本文介绍的方法属于低功耗模式管理。
传统的基于同步-周期休眠/唤醒的节能机制在WMN/MANET环境下遇到了很多困难，这主要是由于同步困难引起的。在大规模、高密度、多跳、移动性网络环境下，时钟同步的开销很大。一个极端的例子是两个各自同步的子网络，如果移动到一起，这两个网络会互相异步，造成网络分化。
文献[2]的作者首次应用分布式系统中的Quorum概念，开启了异步节能的新领域，经过几年的发展，基于Quorum机制的节能算法在MANET下取得了良好的效果。
1 基本原理
1.1IEEE802.11的节能模式
目前关于MANET的研究基本都基于IEEE 802.11，本文介绍的Quorum机制也首先应用在IEEE 802.11上。在Ad Hoc工作方式中，IEEE 802.11支持两种模式：活跃模式和节能模式(PSM)。IEEE 802.11假设所有节点的时钟通过定时同步功能(TSF)实现了完全同步。PSM的帧结构和一个数据传输的例子如图1所示。时间轴被划分为等间隔的信标间隔(BI)，BI开始有一个广播传输指示信息(ATIM)窗，ATIM窗的开始阶段，有一个Beacon窗(BW)，ATIM窗后为数据窗(DW)。
所有节点都周期性地在ATIM窗内保持活跃状态。ATIM窗通常占BI的20%。在ATIM开始的BW内，每个节点通过竞争发送信标(Beacon)。为了减少碰撞，每个节点在尝试发送Beacon前有0～2×(CWmin-1)个时隙的随机规避时间。发送完Beacon后，如果缓冲区有数据要发送，则通过竞争发送ATIM帧，收到ATIM帧的节点必须回复ATIM应答帧完成握手，并在ATIM窗结束后仍保持活跃，进行数据帧的发送和接收。如果在ATIM窗没有完成握手，则进入休眠模式，等待下一个BI的到来。
1.2Quorum系统定义及表征参数
Quorum系统的数学定义为：
给定一个全集U={1……N }, Q ={Q 1,Q 2 ……Q q}，?坌Qi∈Q :Qi?哿U。
满足?坌Qi ,Qj∈Q :Qi∩Qj≠Ф被称为Quorum系统。Qi被称为一个Quorum。
在分布式应用领域，人们已经设计了大量的Quorum系统，如Grid Quorum系统、Cyclic Quorum系统、Byzantine Quorum系统、Probabilistic Quorum系统。其中以Grid Quorum[3]系统最为直观。
Grid Quorum系统的数学定义为：
将U ={1……N }，N =n 2个元素排列在一个n×n的栅格上，选取任意一行和一列元素组成一个集合Qi，所有的Qi组成的集合就是Grid Quorum系统，Qi为Quorum。
一个n =4的Grid Quorum系统如图2所示，其中：
Q 1 ={1,2,3,4,5,9,13}, Q 2 ={3,7,9,10,11,12,15},Q 1∩Q 2 ={3,9}。
针对不同的应用，Quorum系统有不同的表征参数，本文主要的Quorum系统特性表征参数有：Quorum的大小、Quorum元素个数、Quorum大小与U 大小的比例Quorum权重(QSR)、任意两个Quorum交集大小的最小值m等。
