[发明专利]一种基于分步式信道状态估计的功率控制方法

说明书

基于局部信道状态估计的功率控制方法,本发明旨在提出适用于传感器网络的能感知链路状态变化的实用化无线传感网功率控制算法；本发明包括以下三个方面内容，1)基于训练序列的分布式信道估计算法；2)功率控制技术对主要网络性能指标的影响机理；3)基于非合作博弈模型的功率控制算法。

技术领域

本发明属于无线传感领域，具体涉及基于局部信道状态估计的功率控制领域。

背景技术

随着集成电路技术的发展和无线传感器网络相关技术研究的不断深入，大规模部署传感器网络应用于军事、环境监测和预报、城市交通以及工业安全监测等领域已经初现端倪。无线传感器网络大规模、自组织、随机部署、应用环境复杂、节点资源有限、网络拓扑多变的特点决定了功率控制技术在无线传感器网络关键技术研究中的重要意义。为了保证网络对监控区域的覆盖性和网络的连通性，增大网络吞吐量，降低通信延迟，延长网络的生命周期，采用功率控制技术对传感器节点的发射功率进行动态调节具有重要的研究价值。

针对无线传感器网络的功率控制技术，近年来国内外的研究人员开展了大量的研究工作，并取得了大量研究成果，但这些研究成果在实际应用中还存在较大的局限性。目前，实用化的无线传感器网络功率控制技术研究还处于初步的探索阶段，要形成最终成熟的可应用于复杂环境的功率控制技术，还存在以下基础性问题和关键技术需要进一步的研究和完善：

1)实时、准确的对节点间的无线链路状态进行刻画。

无线传感器网络进行功率控制，需以实时的信道状态信息作为基础。然而，无线传感器网络通常应用于复杂的环境中，无线信号不仅会随着传播距离的增加产生路径损耗，还会受到地形、障碍物的遮掩而产生阴影效应。总之，无线链路会受到时空域各种因素的干扰，这使得网络节点间的信道状态具有不稳定性。此外，传感器网络中节点的移动、加入、失效均会造成网络拓扑结构的动态变化，从而使网络节点间的链路状态发生改变。当前对功率控制的研究，广泛采用的无线信道模型是对数距离路径损耗模型，并且假设全网具有理想化的、统一的路径损耗指数，与节点间的真实链路状况差距较大。因此，如何在复杂环境应用背景下，快速、准确、实时地对局部节点间无线链路状态特征进行刻画，是建立能感知环境与网络拓扑动态变化的自适应功率控制策略需要解决的首要问题。

2)适用于特定应用背景的实用化功率控制方法设计。

传感器网络通常都有其独特的应用背景，不同的应用背景所追求的网络性能也会存在差异。然而，功率控制技术对传感器网络多项性能指标均有影响，属于多目标优化问题，很难设计一种方法能够兼顾网络的所有性能指标。此外，传感器节点通常能量受限，计算、通信能力受限，要求功率控制方法具有较低的复杂度。

文献“一种基于节点度数的无线传感器网络功率控制方法”(申请号：CN201310195035)提出一种基于节点度的无线传感器网络功率控制方法，通过节点度数来进行发射功率的控制。并提出了剩余电量分级调整的概念，针对不同时间段内，节点电量的剩余情况，确定合理的期望节点度，不同于采用传统基于节点度的算法，能够更好地确保在网络连通的情况下尽可能延长节点生存寿命。同时又将控制理论中的PID闭环控制算法引入功率控制，将确定好的期望节点度作为闭环控制系统输入量来动态调节节点的一跳邻居数，这样做的优点是可以更加迅速地调整至期望节点度数，以达到功率控制的目标，同时，响应时间快，振荡小，稳定性好。功率控制流程图如图1所示。

该技术的不足主要是并未考虑复杂环境节点间链路状态情况对功率控制的影响。无线传感器网络通常部署在复杂的网络环境中，对网络节点进行功率控制，需以实时的信道状态信息作为基础。然而，传感器节点本身的移动性和复杂网络环境中各种障碍物的存在，导致网络节点间的无线信道是多变且难以控制的，信号通过无线信道时，就会受到各种衰落的影响。

发明内容