基于博弈的層次型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wirelesssensornetworks，WSNs)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相異的地方在于其受限于節(jié)點硬件資源，這些資源包括節(jié)點攜帶的能源、存儲設(shè)備、計算設(shè)備、通信距離和帶寬等，由于節(jié)點以能量有限的電池作為主要能源，能源補給非常困難，因此如何降低節(jié)點能耗成為節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源、延長網(wǎng)絡(luò)整體生存時間的研究熱點。在WSNs中，通過對節(jié)點的發(fā)射功率進(jìn)行合理控制，可以達(dá)到降低節(jié)點能耗這一目的。然而，這些新型功率控制技術(shù)或機制對于傳統(tǒng)控制技術(shù)和方

2、法來說是一種挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)要求新型功率控制機制應(yīng)具有分布式的特點，且具有相對復(fù)雜度較低的資源管理和控制算法。本文從博弈理論的角度對層次型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點資源共享和分配策略展開相應(yīng)研究。本文的主要研究成果如下。
　　一、通過分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的主要能量消耗來源，建立節(jié)點能量消耗模型，該模型可以用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)當(dāng)中。從節(jié)點硬件層面和軟件層面兩個方面分別對降低能耗的方法和策略進(jìn)行研究，分析了對網(wǎng)絡(luò)中節(jié)

3、點進(jìn)行發(fā)射功率控制和接納控制的必要性與重要性，分析了目前的節(jié)點功率控制方法，為建立節(jié)點功率博弈模型做了基礎(chǔ)性的分析工作。
　　二、研究了在集中式的層次型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用非合作博弈功率控制方法的可行性。使用基于節(jié)點信干噪比(signaltointerferenceandnoiseratio，SINR)的效用函數(shù)，并利用定價因子對該效用函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化?；谠撔в煤瘮?shù)建立非合作博弈功率控制模型。證明了該博弈模型存在納什均衡解且均衡是

4、唯一的。針對當(dāng)前節(jié)點對于通信質(zhì)量的多樣化需求，提出聯(lián)合接納和功率控制的非合作博弈節(jié)點能耗控制方法。最后，通過仿真驗證了優(yōu)化后效用函數(shù)的有效性，達(dá)到了合理降低節(jié)點的發(fā)射功率的目的。
　　三、提出了一種可應(yīng)用于層次型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基于非合作博弈模型的簇首節(jié)點接納控制機制。該機制通過對接入網(wǎng)絡(luò)的簇首節(jié)點數(shù)量進(jìn)行控制，保證了簇首節(jié)點信息傳輸質(zhì)量，最大化了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點容量。建立了以簇首節(jié)點為參與者的非合作博弈模型，模擬了簇首節(jié)點發(fā)射功率的決策

5、過程?；趯υ摏Q策過程的博弈理論分析，使用基于迭代的節(jié)點功率算法，得到了簇首節(jié)點發(fā)射功率的納什均衡。仿真結(jié)果表明，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)量較少時，算法收斂較快。
　　四、研究了協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作博弈理論的節(jié)點功率資源配置問題。協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點通過配置自己具有的資源，如發(fā)射功率、傳輸帶寬等，用于協(xié)助其他節(jié)點進(jìn)行通信。構(gòu)建了協(xié)作節(jié)點之間資源合理配置的博弈模型。通過使用納什議價博弈理論分析了博弈解的存在性和求解的可行性。通過仿真對以上分析進(jìn)