[發(fā)明專利]一種采用兩級模糊控制器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710234363.5
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107071876B
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王出航;胡黃水;沈瑋娜
• 申請（專利權(quán)）人: 長春師范大學(xué)
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W52/14;H04W52/18;H04W84/18
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本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制方法，特別是一種采用兩級模糊控制器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制方法TFTPC(Two Fuzzy controllers based Transmission Power Control method for wireless sensor networks)。該方法采用基于“輸入?輸出?反饋”機(jī)制的兩級模糊控制器來控制發(fā)射功率，其主模糊控制器負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率調(diào)節(jié)，從模糊控制器負(fù)責(zé)期望節(jié)點(diǎn)度調(diào)節(jié)，自適應(yīng)地根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量來調(diào)節(jié)發(fā)射功率。方法解決傳統(tǒng)模糊控制方法忽略節(jié)點(diǎn)剩余能量帶來的網(wǎng)絡(luò)能耗不均衡問題，降低網(wǎng)絡(luò)能耗的同時(shí)延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸功率控制方法，特別是一種采用兩級模糊控制器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制方法TFTPC(TwoFuzzycontrollersbased TransmissionPowerControlmethodforwirelesssensornetworks)。該方法采用基于“輸入-輸出-反饋”機(jī)制的兩級模糊控制器來控制發(fā)射功率，其主模糊控制器負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率調(diào)節(jié)，從模糊控制器負(fù)責(zé)期望節(jié)點(diǎn)度調(diào)節(jié)，自適應(yīng)地根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量來調(diào)節(jié)發(fā)射功率，有效降低網(wǎng)絡(luò)能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。

背景技術(shù)

隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN-WirelessSensorNetwork)在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健、國家安全以及太空探索等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其持續(xù)在軍界、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界受到高度關(guān)注。而能耗是決定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的最關(guān)鍵因素，通過功率控制來調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，在滿足網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量前提下減小網(wǎng)絡(luò)通信干擾、降低網(wǎng)絡(luò)能量消耗，則可有效延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，促進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

功率控制是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，理論上尋找功率控制問題的最優(yōu)解是不現(xiàn)實(shí)的。因此，當(dāng)前所提出的解決方案都是力圖去尋找功率控制的實(shí)用解，如通用功率算法COMPOW，在保證網(wǎng)絡(luò)連通下所有節(jié)點(diǎn)以相同功率傳輸數(shù)據(jù)，對節(jié)點(diǎn)分布均勻的網(wǎng)絡(luò)其能取得很好的效果。而基于效用模型的分布式功率控制機(jī)制，綜合考慮路由、信干比和誤碼率等因素，在網(wǎng)絡(luò)效用最大化條件下對節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率進(jìn)行優(yōu)化。隨著模糊理論在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化決策、降低資源消耗方面展現(xiàn)的優(yōu)越性能，其也用于功率控制。如使用模糊控制器通過閉環(huán)回路控制鄰居數(shù)量來對節(jié)點(diǎn)的傳輸功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度在其與期望的節(jié)點(diǎn)度誤差范圍之內(nèi)。也可采用基于接收節(jié)點(diǎn)鏈路質(zhì)量指示LQI值來調(diào)節(jié)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的點(diǎn)對點(diǎn)模糊控制功率調(diào)節(jié)，在保證鏈路質(zhì)量的同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)能耗。

以上方法在某些方面能改善網(wǎng)絡(luò)的性能，但也都不可避免存在某些局限。如COMPOW對節(jié)點(diǎn)分布不均勻的網(wǎng)絡(luò)則可能導(dǎo)致大量節(jié)點(diǎn)以遠(yuǎn)大于需求的功率傳輸數(shù)據(jù)，造成能量浪費(fèi)；基于效用模型的分布式功率控制機(jī)制當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大時(shí)，算法復(fù)雜度以指數(shù)級增長；使用模糊控制器通過閉環(huán)回路控制鄰居數(shù)量的方法中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的期望節(jié)點(diǎn)度不能隨網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化，很容易導(dǎo)致某些節(jié)點(diǎn)過早死亡，從而減小網(wǎng)絡(luò)生命周期；點(diǎn)對點(diǎn)模糊控制功率調(diào)節(jié)方法，需要額外的點(diǎn)對點(diǎn)通信協(xié)議支持，且通過鏈路質(zhì)量指示LQI作為功率調(diào)節(jié)的輸入，實(shí)際無線環(huán)境中LQI變化無規(guī)律且頻繁，將導(dǎo)致功率調(diào)節(jié)頻繁執(zhí)行，從而降低網(wǎng)絡(luò)性能。尤其是以上所有功率調(diào)節(jié)方法都不考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量，無疑將導(dǎo)致剩余能量低的節(jié)點(diǎn)早死，從而減小網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有基于模糊控制的功率控制方法忽略節(jié)點(diǎn)剩余能量帶來的網(wǎng)絡(luò)能耗不均衡問題，采用剩余能量來調(diào)節(jié)期望節(jié)點(diǎn)度的模糊控制功率控制方法，基本思想是網(wǎng)絡(luò)任一節(jié)點(diǎn)的剩余能量決定其期望節(jié)點(diǎn)度，當(dāng)其節(jié)點(diǎn)度高于期望的節(jié)點(diǎn)度，則降低節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，否則增大節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率。具體實(shí)現(xiàn)為采用兩級基于“輸入-輸出-反饋”機(jī)制的模糊控制器，主控制器負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)發(fā)射功率，從控制器負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)期望節(jié)點(diǎn)度，從而自適應(yīng)地依據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量調(diào)節(jié)發(fā)射功率，均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。