[发明专利]一种采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法

说明书

本发明涉及一种无线传感器网络功率控制方法，特别是一种采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法TFTPC(Two Fuzzy controllers based Transmission Power Control method for wireless sensor networks)。该方法采用基于“输入‑输出‑反馈”机制的两级模糊控制器来控制发射功率，其主模糊控制器负责节点发射功率调节，从模糊控制器负责期望节点度调节，自适应地根据节点剩余能量来调节发射功率。方法解决传统模糊控制方法忽略节点剩余能量带来的网络能耗不均衡问题，降低网络能耗的同时延长网络生命周期。

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络传输功率控制方法，特别是一种采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法TFTPC(TwoFuzzycontrollersbased TransmissionPowerControlmethodforwirelesssensornetworks)。该方法采用基于“输入-输出-反馈”机制的两级模糊控制器来控制发射功率，其主模糊控制器负责节点发射功率调节，从模糊控制器负责期望节点度调节，自适应地根据节点剩余能量来调节发射功率，有效降低网络能量消耗，延长网络生命周期。

背景技术

随着无线传感器网络(WSN-WirelessSensorNetwork)在环境监测、医疗保健、国家安全以及太空探索等领域的广泛应用，其持续在军界、工业界和学术界受到高度关注。而能耗是决定无线传感器网络应用的最关键因素，通过功率控制来调节网络中每个节点的发射功率，在满足网络质量前提下减小网络通信干扰、降低网络能量消耗，则可有效延长网络生命周期，促进无线传感器网络应用。

功率控制是一个十分复杂的问题，理论上寻找功率控制问题的最优解是不现实的。因此，当前所提出的解决方案都是力图去寻找功率控制的实用解，如通用功率算法COMPOW，在保证网络连通下所有节点以相同功率传输数据，对节点分布均匀的网络其能取得很好的效果。而基于效用模型的分布式功率控制机制，综合考虑路由、信干比和误码率等因素，在网络效用最大化条件下对节点发射功率进行优化。随着模糊理论在无线传感器网络优化决策、降低资源消耗方面展现的优越性能，其也用于功率控制。如使用模糊控制器通过闭环回路控制邻居数量来对节点的传输功率进行调节，使节点的节点度在其与期望的节点度误差范围之内。也可采用基于接收节点链路质量指示LQI值来调节发送节点发射功率的点对点模糊控制功率调节，在保证链路质量的同时降低网络能耗。

以上方法在某些方面能改善网络的性能，但也都不可避免存在某些局限。如COMPOW对节点分布不均匀的网络则可能导致大量节点以远大于需求的功率传输数据，造成能量浪费；基于效用模型的分布式功率控制机制当网络规模增大时，算法复杂度以指数级增长；使用模糊控制器通过闭环回路控制邻居数量的方法中每个节点的期望节点度不能随网络动态变化，很容易导致某些节点过早死亡，从而减小网络生命周期；点对点模糊控制功率调节方法，需要额外的点对点通信协议支持，且通过链路质量指示LQI作为功率调节的输入，实际无线环境中LQI变化无规律且频繁，将导致功率调节频繁执行，从而降低网络性能。尤其是以上所有功率调节方法都不考虑节点的剩余能量，无疑将导致剩余能量低的节点早死，从而减小网络的生命周期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有基于模糊控制的功率控制方法忽略节点剩余能量带来的网络能耗不均衡问题，采用剩余能量来调节期望节点度的模糊控制功率控制方法，基本思想是网络任一节点的剩余能量决定其期望节点度，当其节点度高于期望的节点度，则降低节点的发射功率，否则增大节点发射功率。具体实现为采用两级基于“输入-输出-反馈”机制的模糊控制器，主控制器负责调节发射功率，从控制器负责调节期望节点度，从而自适应地依据节点剩余能量调节发射功率，均衡网络能量消耗，延长网络生命周期。