[發明專利]一種無線傳感器網絡的節點能量自適應管理策略

有效

• 申請號: 201210418441.4
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN102958109A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 唐昊;周雷;蘇紅;孫晶;李慧子;毛沙;任玲
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H04W28/14
• 分類號: H04W28/14;H04W52/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種無線傳感器網絡的節點能量自適應管理策略，其特征在于，具體包括以下步驟：

（1）衡量當前無線信道的狀態：

將連續的無線信道離散化，在時間片i，無線傳感器節點通過與接收節點交換控制信息完成連接，無線傳感器節點通過分析封裝在控制信息中的反饋信號獲得無線衰減信道的當前狀態，通過將接收到的瞬時信噪比γ劃分為k個區間，當接收到的信噪比落在γ_k-1到γ_k區間，則認為信道狀態為k，假設信道狀態轉移發生在一個時間片的邊界，并且只轉移到相鄰狀態之間；

（2）檢測當前節點自身緩沖區狀態：

傳感器節點在時間片i，感知和接收從其它相鄰節點轉發而來的數據按相同的數學分布到達節點緩沖區中，節點緩沖區中的數據包的個數即為緩沖區狀態；

（3）強化學習算法：

①傳感器節點主要由處理器單元，感知單元和收發器單元組成，將這三個不同的組成單元構成節點8種不同的工作模式，結合節點自身的緩沖區狀態以及當前無線信道狀態，傳感器節點決策以選擇合理的節點工作模式和數據傳輸的方式，發送節點通過相關路由控制協議與接收節點通信；

②根據接收到的控制信息估計當前的無線信道質量，引入虛擬分片技術，將一個完整的幀分成多個數據片，在信道狀態比較好的時候可以選擇多發送些完整的數據包，在信道差的時候選擇發送幾個分片幀，在信道非常差的時候延遲發送數據包；

③在時間片i，通過發送節點接收到接收節點發送來的控制信息檢測當前系統狀態為s_i=(g_i,b_i)，其中g_i為信道狀態，b_i為緩沖區中數據包的個數；用a_i表示在時間片i下執行的控制行動，其包括節點工作模式為；節點的傳輸功率為P_t,i；節點發送的數據包個數為c_t,i；然后按(1)式計算節點所花費的立即代價R：

在式(1)中：

第一項為每處理一個數據包所消耗的能量，P_i表示在時間片i時節點消耗的功率，包括節點感知單元、接收器和發送器的功耗；T_p表示一個時間片的長度；U表示節點在一個時間片內從感知單元感知到的數據包個數，接收器從相鄰節點接收到的數據包個數，以及發送器發送的數據包個數；D(b_i,a_i)表示在時間片i由于緩沖區溢出造成丟失的平均數據包數，p(n)表示緩沖區空白為n的概率；D(b_i,a_i)一定程度體現了節點發送數據與接收數據的速度，當D(b_i,a_i)比較大的時候顯示了信道質量不怎么好，節點發送數據的速度大于接收數據的速度；而當D(b_i,a_i)小的時候說明節點發送的數據要多余節點接收的數據，數據溢出的數據包個數比較小；表示從工作模式到工作模式的切換代價；表示采取分片傳輸所產生的分片代價；

④根據步驟③中所述立即代價函數R，利用即時差分公式d_i，按照(2)式對系統的狀態-行動對值函數Q_β(s_i+1,a)進行更新：

Qβ(si,ai):=Qβ(si,ai)+ξidi---(2)]]>

式(2)中，ξ_i=1/i為學習步長；

（4）判斷是否滿足強化學習算法停止條件：

為算法中所有狀態-行動對值函數的學習更新次數總和設置一個固定值，學習更新次數沒有超過該固定值，轉到步驟（3）繼續學習；否則，強化學習算法學習終止，得出最優的節點自適應數據發送策略，系統即按照最優節點發送策略運行，選擇合理的節點工作模式和數據傳輸方案。