EH-WSN在可調(diào)節(jié)睡眠狀態(tài)下能耗的優(yōu)化策略

張雨 深圳大學(xué)

1 引言

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是由一些可能獲取外部環(huán)境信息的小型傳感器組成，通過(guò)無(wú)線連接的方式相互傳遞信息.無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)置十分靈活可放置在人類很難到達(dá)的地方，以完成監(jiān)控、定位、測(cè)量等多種任務(wù)，可以何時(shí)何地通過(guò)對(duì)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)并得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，再將其進(jìn)行相應(yīng)的收集、分析、處理并把信息發(fā)送給信息匯聚結(jié)點(diǎn)，因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)有著廣泛的應(yīng)用前景。

2 能量的消耗過(guò)程

在本文中節(jié)點(diǎn)使用隨機(jī)模型，傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)定的路由路徑向接收器發(fā)送數(shù)據(jù)包，此時(shí)，節(jié)點(diǎn)具有三種不同的狀態(tài)：傳輸（T）、偵聽(tīng)（L）、睡眠（S）.在經(jīng)過(guò)休眠期之后，節(jié)點(diǎn)會(huì)切換到偵聽(tīng)狀態(tài)，等待新的數(shù)據(jù)包的到來(lái).當(dāng)沒(méi)有檢測(cè)到新的數(shù)據(jù)包時(shí)，節(jié)點(diǎn)又切換到睡眠狀態(tài)，或者激活去處理檢測(cè)到的數(shù)據(jù)包。在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)處理完所有的數(shù)據(jù)包之后，該節(jié)點(diǎn)又自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。

假設(shè)，流量的到達(dá)過(guò)程符合密度參數(shù)為 的泊松分布.能量當(dāng)?shù)竭_(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)，被儲(chǔ)存在容量有限的緩沖器（buffer）中，緩沖器的大小用b表示。

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建依賴于諸如協(xié)議、傳輸差錯(cuò)控制協(xié)議、路由協(xié)議等。這里，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假定每個(gè)數(shù)據(jù)包只進(jìn)行一次傳輸，若傳輸失敗，則進(jìn)行丟包，每次嘗試的傳輸時(shí)間服從PH分布，用表示，所以，對(duì)于每一個(gè)數(shù)據(jù)包而言。根據(jù)描述，可以用一個(gè)馬爾科夫鏈 (CTMC)捕捉節(jié)點(diǎn)的操作模式，對(duì)的狀態(tài)空間， 得到轉(zhuǎn)移矩陣如下所示：

3 能量自獲取過(guò)程

4 能量的剩余過(guò)程

5 主要結(jié)論

6 數(shù)值計(jì)算

為了更好地探究在控制節(jié)點(diǎn)睡眠與工作時(shí)間比例后，節(jié)點(diǎn)能耗情況，運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)。在此，令G為目標(biāo)函數(shù)，其指的是不出現(xiàn)、這兩類極端情況的最優(yōu)能耗有：

7 模型結(jié)論評(píng)估

本模型的建立基于EH-WSN節(jié)點(diǎn)在不同的獲取能量以及消耗能量的狀態(tài)下，通過(guò)控制節(jié)點(diǎn)睡眠的轉(zhuǎn)換率給出能耗最優(yōu)模型，解決在節(jié)點(diǎn)獲取有效信息時(shí)，耗能最小的睡眠轉(zhuǎn)換率.就使得應(yīng)用者能更好的理解和利用該模型來(lái)解決實(shí)際的能耗問(wèn)題.對(duì)研究EH-WSN的相關(guān)人員做出相應(yīng)決策具有很大的實(shí)際參考價(jià)值。