[发明专利]一种最小化软件定义无线传感器网络能耗的方法

摘要

本发明公开了一种最小化软件定义无线传感器网络能耗的方法。首先，SD‑WSN控制器根据网络中各节点的位置信息，获得节点之间的路径损耗信道特性。其次，以最小化传感器节点的能耗为目标，在满足给定信干噪比的条件下，建立优化问题。然后，采用半正定松弛将原非凸问题转化成凸优化问题。最后，通过求解半正定规划获得全局最优解，得到带宽和功率的最优化分配。该资源分配方法，可降低传感器节点在数据传输过程中的能耗，从而延长整个网络的工作寿命。

主权项

1.一种最小化软件定义无线传感器网络能耗的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：控制器根据转发器节点和传感器节点的连通性获得整个网络拓扑，并通过基于信号强度的定位方式对数据面的传感器节点进行定位，获得传感器节点之间的位置信息；步骤2：以最小化整个网络中所有传感器节点的能耗为目标函数，以节点发射功率、传输带宽、传输所需的最小信噪比为约束条件，建立如下优化问题：s.t.C1:C2:C3:C4:C5:其中，E(B,P)表示网络中所有传感器节点的能耗，其为带宽向量B和功率向量P的函数；N_b为传感器节点传输的符号长度，α为漏极效率常量，B_j,q,i为传感器节点n_j,q,i占用带宽；P_t^j,q,i为传感器节点n_j,q,i的发射功率，P_c为电路固有的能耗，P_tr为过渡态的能耗，过渡态即为电路在工作和休眠之间进行相互转换时的状态；其中P_c与P_tr为定值，通常可对电路进行测量以获得具体的数值；T_s^j,q,i为传感器节点n_j,q,i传输一个符号时长，T_tr为过渡态的时长；传感器节点n_j,q,i与转发器节点b_j,q之间的信干噪比为其中，N_o为噪声功率，ρ为干扰系数，此TDMA系统中ρ＝1；传感器节点n_j,q,i与转发器节点b_j,q的路径损耗信道增益为：其中，G_l为常量，λ为波长；C_j,q表示小区组j中的采用时隙q的小区，为传感器节点n_j,q,i的位置坐标，α_j,q为b_j,q的位置坐标，b_j,q为C_j,q的转发器节点，对该小区的传感器节点进行管理，C_*,q为采用时隙q的小区组成的集合；步骤3：将步骤2中的优化问题转化为凸优化问题进行求解，当传感器节点所占用的带宽一定时，设发射功率为Pt，基于步骤2建立半正定规划问题：s.t.C1:0≤(1+α)Pt+Pc≤PmaxC2:0≤Bj,q,i≤BmaxC3:C4:C5:其中，b为每个传输符号的比特数，通过优化工具箱CVX求解，获得传感器节点的最优带宽分配结果；当传感器节点发射功率一定时，将带宽设为Bmax/Nc，建立半正定规划问题：s.t.C1:C4:C5:C6:C7:其中，Ts为传感器节点nj,q,i传输一个符号时长，此种情形下为定值；通过优化工具箱CVX求解，可获得传感器节点的最优功率分配结果；当传感器节点发射功率和占用带宽均可变时，建立半正定规划问题：s.t.C1,C2,C3C4：C5：C6：C7：C8：通过优化工具箱CVX求解，从而可获得带宽和功率最优联合分配结果；步骤4：控制器根据不同的场景，将步骤3中获得的资源分配结果采用下发流表方式，通过转发器节点传递给传感器节点，从而对传感器节点进行配置。