一种基于非合作博弈的无线传感器网络功率控制算法.pdf

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1、2012年第31卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)127一种基于非合作博弈的无线传感器网络功率控制算法朱赘，徐友云，潘成康，管少华(1．赣南师范学院物理与电子信息学院，江西赣州341000；2．解放军理工大学通信工程学院，江苏南京210007；3．中国移动通信研究院，北京100053)摘要：提出了一种无线传感器网络中以容量最大化为目标的非合作博弈功率控制算法。通过效益函数来选择合适的发射功率，以保证网络连通性并缓解分组碰撞状况。而后给

2、出了对该算法纳什均衡存在性和唯一性的证明。仿真结果表明：该算法可有效提高能量效率和网络容量。关键词：无线传感器网络；功率控制；博弈论；非合作博弈；纳什均衡中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1000--9787(2012)04-0127--03Apowercontrolalgorithmforwirelesssensornetworks11．·：l=baSen0nnon-cooperativegameZHUYun，XUYou．yun，PANCheng．kangs，GUANShao．hua

3、(1．SchoolofPhysicsandElectronicsInformation，GannanNormalUniversity，GanzhOU341000，China~；2．InstituteofCommunicationsEngineering，PLAUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210007，China；3．ChinaMobileResearchInstitute，Beijing100053，China)Abstract：Apowerco

4、ntrolalgorithmbasedonnon-cooperativegameforwirelesssensornetworksispresentedtosatisfytherequirementofmaximumnetworkcapacity．Throughtheprofitfunction，appropriatetransmissionpowerischosentoconfirmthenetworkconnectivityandreducegroupingcollisions．Theexis

5、tinganduniquenessofNashequilibriumofthealgorithmisalsoproved．Simulationresultsshowthattheproposedalgorithmcaneffectivelyimproveenergyeficiencyandnetworkcapacity．Keywords：wirelesssensornetworks(WSNs)；powercontrol；gametheory；non—cooperativegame；Nashequi

6、lib—rium0引言全局最优来提高扩大网络容量和节点的能量效率，以延长在无线传感器网络中节点可通过动态调整其发射功网络生存时间。率，在保证网络拓扑结构不变、双向连通或者多连通的前提1算法描述下，使网络中节点的能量消耗最小，从而延长整个网络的生无线传感器网络中节点的功率控制问题可看作非合作存时间⋯。文献[2]为分析无线网络的功率控制问题，提博弈问题，则用策略式博弈F=(N，{P}，{})可表示，其出了基于线性成本函数的非合作功率控制博弈模型。文中网络中的节点N={l，2，⋯，n}，每个节点的策略空

7、间献[3]给出了一种无线自组织网中基于线性成本函数的功{P}为{0，P⋯}，P为最大发射功率，网络中每个节点根率控制博弈算法。但采用线性成本函数作为代价函数，使据收益函数确定使自己收益最大的策略。设定无线传得节点为追求收益而不断增大发射功率，从而加剧节点间感器网络中节点均匀分布在平面的监测区域中，所有节点分组碰撞概率J。在保证无线传感器网络的连通性前提采用半双工通信后可自行调整自己的发射功率，且该网络中下，将容量最大化和网络半径最小作为设计目标，本文提出不存在单向链路。为了简化收益函数的设计，在满

8、足网络容了无线传感器网络中的功率控制博弈算法GTPC(game—量最大化和网络半径最小的前提下使收益函数不依赖节点theoreticpowercontrolalgorithmforWSNs)，采用非线性成本采用何种信号处理方式，本文采用Ji(P)=(P)-C(P)来定义收益函数，其中效益函数U(P)与代价函数C(P)函数以有效压制传感器节点采用较大发射功率，从而接近收稿日期：2011_o7_25基金项目：国家自然科学基金资助项目(60972050)；国家“973”计划资助项目(20