[發明專利]一種無線傳感器網絡功率控制方法

有效

• 申請號: 201711130638.7
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107949049B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 董建勇;顧航;徐建楚;陳衛東;李林先;陸佳杰
• 申請（專利權）人: 浙江省產品質量安全檢測研究院;浙江方圓檢測集團股份有限公司
• 主分類號: H04W52/24
• 分類號: H04W52/24;H04W52/26;H04W52/36;H04W84/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開一種無線傳感器網絡功率控制方法，該方法包括建立各個節點的發射功率迭代方程、實際信噪比和期望信噪比的模型，并為了使實際信噪比趨向于期望信噪比而引入狀態變量，利用Lyapunov穩定性定理，將控制器的設計問題轉化成一類線性不等式的可解性問題，通過求解一類矩陣不等式，給出實際信噪比收斂于期望信噪比的充分條件，進而得到功率控制的迭代算法。本發明采用功率、速率聯合控制方法，自適應地調整節點的傳輸速率，可以作為獨立的算法模塊嵌入到無線傳感器網絡的各種應用場景中。通過對無線傳感器網絡進行功率控制，可為每個節點選擇最優的發射功率，從而延長網絡的生存時間。

技術領域

本發明涉及自動控制領域，尤其涉及一種無線傳感器網絡功率控制方法。

背景技術

無線傳感器網絡被廣泛應用于國防軍事、環境監測、醫療衛生、智能家居和制造業等領域，其典型特征是網絡節點的能量、計算能力和數據存儲能力都非常有限。如何降低傳感器網絡的能量消耗成為該領域的核心問題。在提高電池容量的技術沒有取得突破性進展前，減少節點的能量消耗是一個現實可行的途徑。另一方面，即使電池容量足夠大，也應該采取措施來減少節點間的干擾，增加吞吐量。這就對有效的功率控制策略提出了迫切的要求。目前采用的能量控制方式主要是基于平衡信噪比、網絡服務質量、Kalman濾波等方法。這些算法要求在接收端狀態估計可靠。但在含有多個節點、采用多跳傳輸方式的傳感器網絡中獲取可靠的狀態估計是很困難的。現有能量控制方法大多忽略或簡化了網絡中存在的種種不確定性因素，使得能量控制算法在實際應用中最優性無法保證甚至不可行。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種關于基于靜態輸出反饋的無線傳感器網絡魯棒功率控制方法，該方法允許網絡中干擾功率未知。采用功率、速率聯合控制方案，自適應地調整節點的傳輸速率，為每個節點選擇最優的發射功率，以延長網絡的生存時間或增加網絡容量。具體技術方案如下：

一種無線傳感器網絡功率控制方法，該方法包括如下步驟：

(1)建立k+1時刻各個節點的發射功率迭代方程：

P(k+1)＝P(k)+α(d(k)-a(k)) (1)

其中，P(k)為k時刻傳感器節點的發射功率，d(k)為k時刻傳感器節點的期望信噪比，a(k)為k時刻傳感器節點的實際信噪比，α為隨節點變化的步長系數，α取值位于0～1之間；

(2)建立k+1時刻的期望信噪比d(k+1)和實際信噪比a(k+1)的模型：

d(k+1)＝(1-μc(k))d(k)+μ₁d₁(k) (2)

a(k+1)＝(1-α)a(k)+αd(k)+n(k) (3)

其中，μ,μ₁為步長系數，為正值，不隨節點變化而變化，d₁(k),n(k)均為零均值白噪聲信號，c(k)為網絡擁塞，可分為兩部分，

f_s(k)為網絡層和鏈路層的傳輸速率的和，c_t(k)為鏈路容量；

(3)建立狀態向量x_k，

將公式(2)和(3)代入(6)，得到一個狀態空間模型：

其中，x_k+1為k時刻的狀態變量，y_k為傳感器的測量輸出信號。A_k為系統矩陣，C為系統觀測輸出矩陣，ω_k為二維零均值隨機變量，