基于多重休假的无线传感网络网关节点功率控制方法

摘要

本发明公开一种基于多重休假的无线传感网络网关节点功率控制方法，属于无线传感网技术领域。包括步骤：网关节点业务排队模型，网关节点能耗模型，采用排队理论分析系统性能，利用凸优化理论求解时延容忍门限下最优的网关节点能耗问题。本发明区别与以往的无线传感网络延长节点生存周期的方法，从实际出发重点研究网关节点，提出一种多重休假的网关节点休眠方法，在尽可能降低节点能耗的同时，也要兼顾系统的平均时延，做到节点能耗和数据包平均时延的折中，综合考虑节点休眠和业务的关系具有现实的指导意义。

主权项

一种基于多重休假的无线传感网络网关节点功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1:网关节点业务排队模型；建立网关节点休眠模型，把单个网关节点建模成一个带休假策略的M/G/1排队模型，考虑单服务员工作模式，数据包的到达服从参数为λ的泊松分布，每个数据的包转发看作一个独立同分布的一般过程，服务时间记成B，其期望为μ，方差为增加考虑网关节点休眠的关闭期D和网关节点唤醒后能够开始服务的启动期S，关闭期D服从一般分布，其拉普拉斯变换为D^*(s)，定义假期为V，方差为其拉普拉斯变换为V^*(s)，定义启动期为S，方差为其拉普拉斯变换为S^*(s)；步骤2:网关节点能耗模型；网关节点的一个工作周期可以被分割成若干个时间片，由忙期B，关闭期D，休眠期V和启动期S组成，定义忙期B，关闭期D，休眠期V和启动期S的功耗分别是P_BS,P_CD,P_SL,P_BS和P_ST，定义忙期B，关闭期D，休眠期V和启动期S在一整个网关节点的工作周期里面所占的时间比例分别是η_BS,η_CD,η_SL,η_BS和η_ST，可以给出网关节点功耗的表达式如下：其中：P₀和P_t分别表示网关节点在激活模式下的固定功耗和发送功耗，Δ_p表示由负载影响发射功率的约束因子，P_BS＝P₀+Δ_pP_t，P_CD＝P_ID＝P₀，进一步定义每比特能量消耗：其中：表示平均数据包的长度，网关节点在休眠期间需要探测是否休眠期间会有数据到达，开销P_cost＝λ_VE_sniff，λ_V表示休眠速率，E_sniff表示每次探测的能量消耗；一般的服务分布下基于香农公式的服务时间μ和发射功率P_t的关系式：其中：g,B_w和N₀分别代表信道增益，信道带宽和噪声功率谱密度；步骤3:采用排队理论分析系统性能；步骤3.1:采用随机分解方法推导平均逗留时间；借助于随机分解方法，研究系统的平均逗留时间，将它分解成两个部分，一部分是经典的M/G/1模型产生的平均逗留时间，另一部分是采用我们的休眠策略后导致的附件的平均逗留时间，其中：K_V表示一个休假周期内数据包的平均到达个数；步骤3.2:推导该休眠策略下网关节点的每比特能耗；针对发送数据包来说，网关节点每比特能耗E_bit：其中：ρ＝λ/μ，表示一个休假周期的平均能耗；步骤4:利用凸优化理论求解时延容忍门限下最优的网关节点能耗问题；定义时延容忍门限t₀，最优化问题P1如下：s.t.T≤t₀其中，最优化问题的优化变量是一个休假周期内数据包的平均到达个数K_V和一个休假周期内的平均能耗然后，采用经典的凸优化理论，寻找最优的和