基于博弈的层次型无线传感器网络能耗优化技术-研究

《基于博弈的层次型无线传感器网络能耗优化技术-研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要无线传感器网络(Wirelesssensornetworks，WSNs)与传统网络相异的地方在于其受限于节点硬件资源，这些资源包括节点携带的能源、存储设备、计算设备、通信距离和带宽等，由于节点以能量有限的电池作为主要能源，能源补给非常困难，因此如何降低节点能耗成为节省网络资源、延长网络整体生存时间的研究热点。在WSNs中，通过对节点的发射功率进行合理控制，可以达到降低节点能耗这一目的。然而，这些新型功率控制技术或机制对于传统控制技术和方法来说是一种挑战，这种挑战要求新型功率控制机制应具有分布式的特点，且具有相对复杂度较低的资源管理和控制算法。本文从博弈理论的角度对层次型无线传

2、感器网络中的节点资源共享和分配策略展开相应研究。本文的主要研究成果如下。一、通过分析无线传感器网络中节点的主要能量消耗来源，建立节点能量消耗模型，该模型可以用于无线传感器网络中关键技术的发展和改进当中。从节点硬件层面和软件层面两个方面分别对降低能耗的方法和策略进行研究，分析了对网络中节点进行发射功率控制和接纳控制的必要性与重要性，分析了目前的节点功率控制方法，为建立节点功率博弈模型做了基础性的分析工作。二、研究了在集中式的层次型无线传感器网络中应用非合作博弈功率控制方法的可行性。使用基于节点信干噪L匕(signaltointerferenceandnoiseratio，SINR)

3、的效用函数，并利用定价因子对该效用函数进行了优化。基于该效用函数建立非合作博弈功率控制模型。证明了该博弈模型存在纳什均衡解且均衡是唯一的。针对当前节点对于通信质量的多样化需求，提出联合接纳和功率控制的非合作博弈节点能耗控制方法。最后，通过仿真验证了优化后效用函数的有效性，达到了合理降低节点的发射功率的目的。三、提出了一种可应用于层次型无线传感器网络的基于非合作博弈模型的簇首节点接纳控制机制。该机制通过对接入网络的簇首节点数量进行控制，保证了簇首节点信息传输质量，最大化了网络节点容量。建立了以簇首节点为参与者的非合作博弈模型，模拟了簇首节点发射功率的决策过程。基于对该决策过程的博弈

4、理论分析，使用基于迭代的节点功率算法，得到了簇首节点发射功率的纳什均衡。仿真结果表明，当网络中节点数量较少时，算法收敛较快。四、研究了协作通信网络中基于协作博弈理论的节点功率资源配置问题。协作网络中的节点通过配置自己具有的资源，如发射功率、传输带宽等，用于协助其他节点进行通信。构建了协作节点之间资源合理配置的博弈模型。通过使用纳什议价博弈理论分析了博弈解的存在性和求解的可行性。通过仿真对以上分析进行了验证。关键词：无线传感器网络；接纳控制；功率控制；非合作博弈；定价机制；协作博弈AbstractAbstractWirelesssensornetworks(WSNs)isanetw

5、orkwhichlimitedbythehardwareresources，itslimitedenergy,computingability,storagespace，thedistanceofcommunicationandbandwidthrequestthattheresearchinthefieldmustfocusonhowtominimizenodeworkload，includingtraffic，computation，storage，etc．，inordertoachievethegoalofsavingresources，andtoextendthenetw

6、orklifetime．InWSNs，byformulatingpowercontrolonthenodescouldreducetheenergygreatly,andprolongthelifetimeofthenetwork．However，thenewtechnicalsolutionrequiresanewdesignandanalysistechniques，whichwillhelpdesignadistributedandflexibleresourcemanagementscheme．Basedongametheory,weinvestigatedistribu

7、tedresourceallocationanddynamicsharinginhierarchicalwirelesssensornetworks．ThispaperCanbedividedintofourpartsasfollows．1．Byanalyzingthemainenergyconsumptioninhierarchicalwirelesssensornetworks，wehaveestablishedtheconsumptionmodelofthenodestra