[發明專利]一種基于分步式信道狀態估計的功率控制方法

有效

• 申請號: 201410414493.3
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN104301983B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 趙學健;孫知信;劉旭;許斌
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W52/24
• 分類號: H04W52/24;H04L25/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 胡玲

基于局部信道狀態估計的功率控制方法,本發明旨在提出適用于傳感器網絡的能感知鏈路狀態變化的實用化無線傳感網功率控制算法；本發明包括以下三個方面內容，1)基于訓練序列的分布式信道估計算法；2)功率控制技術對主要網絡性能指標的影響機理；3)基于非合作博弈模型的功率控制算法。

技術領域

本發明屬于無線傳感領域，具體涉及基于局部信道狀態估計的功率控制領域。

背景技術

隨著集成電路技術的發展和無線傳感器網絡相關技術研究的不斷深入，大規模部署傳感器網絡應用于軍事、環境監測和預報、城市交通以及工業安全監測等領域已經初現端倪。無線傳感器網絡大規模、自組織、隨機部署、應用環境復雜、節點資源有限、網絡拓撲多變的特點決定了功率控制技術在無線傳感器網絡關鍵技術研究中的重要意義。為了保證網絡對監控區域的覆蓋性和網絡的連通性，增大網絡吞吐量，降低通信延遲，延長網絡的生命周期，采用功率控制技術對傳感器節點的發射功率進行動態調節具有重要的研究價值。

針對無線傳感器網絡的功率控制技術，近年來國內外的研究人員開展了大量的研究工作，并取得了大量研究成果，但這些研究成果在實際應用中還存在較大的局限性。目前，實用化的無線傳感器網絡功率控制技術研究還處于初步的探索階段，要形成最終成熟的可應用于復雜環境的功率控制技術，還存在以下基礎性問題和關鍵技術需要進一步的研究和完善：

1)實時、準確的對節點間的無線鏈路狀態進行刻畫。

無線傳感器網絡進行功率控制，需以實時的信道狀態信息作為基礎。然而，無線傳感器網絡通常應用于復雜的環境中，無線信號不僅會隨著傳播距離的增加產生路徑損耗，還會受到地形、障礙物的遮掩而產生陰影效應。總之，無線鏈路會受到時空域各種因素的干擾，這使得網絡節點間的信道狀態具有不穩定性。此外，傳感器網絡中節點的移動、加入、失效均會造成網絡拓撲結構的動態變化，從而使網絡節點間的鏈路狀態發生改變。當前對功率控制的研究，廣泛采用的無線信道模型是對數距離路徑損耗模型，并且假設全網具有理想化的、統一的路徑損耗指數，與節點間的真實鏈路狀況差距較大。因此，如何在復雜環境應用背景下，快速、準確、實時地對局部節點間無線鏈路狀態特征進行刻畫，是建立能感知環境與網絡拓撲動態變化的自適應功率控制策略需要解決的首要問題。

2)適用于特定應用背景的實用化功率控制方法設計。

傳感器網絡通常都有其獨特的應用背景，不同的應用背景所追求的網絡性能也會存在差異。然而，功率控制技術對傳感器網絡多項性能指標均有影響，屬于多目標優化問題，很難設計一種方法能夠兼顧網絡的所有性能指標。此外，傳感器節點通常能量受限，計算、通信能力受限，要求功率控制方法具有較低的復雜度。

文獻“一種基于節點度數的無線傳感器網絡功率控制方法”(申請號：CN201310195035)提出一種基于節點度的無線傳感器網絡功率控制方法，通過節點度數來進行發射功率的控制。并提出了剩余電量分級調整的概念，針對不同時間段內，節點電量的剩余情況，確定合理的期望節點度，不同于采用傳統基于節點度的算法，能夠更好地確保在網絡連通的情況下盡可能延長節點生存壽命。同時又將控制理論中的PID閉環控制算法引入功率控制，將確定好的期望節點度作為閉環控制系統輸入量來動態調節節點的一跳鄰居數，這樣做的優點是可以更加迅速地調整至期望節點度數，以達到功率控制的目標，同時，響應時間快，振蕩小，穩定性好。功率控制流程圖如圖1所示。

該技術的不足主要是并未考慮復雜環境節點間鏈路狀態情況對功率控制的影響。無線傳感器網絡通常部署在復雜的網絡環境中，對網絡節點進行功率控制，需以實時的信道狀態信息作為基礎。然而，傳感器節點本身的移動性和復雜網絡環境中各種障礙物的存在，導致網絡節點間的無線信道是多變且難以控制的，信號通過無線信道時，就會受到各種衰落的影響。

發明內容