EH-WSN在可調節睡眠狀態下能耗的優化策略

張雨 深圳大學

1 引言

無線傳感網絡是由一些可能獲取外部環境信息的小型傳感器組成，通過無線連接的方式相互傳遞信息.無線傳感網絡設置十分靈活可放置在人類很難到達的地方，以完成監控、定位、測量等多種任務，可以何時何地通過對對象進行監測并得到相應的數據，再將其進行相應的收集、分析、處理并把信息發送給信息匯聚結點，因此，傳感器網絡有著廣泛的應用前景。

2 能量的消耗過程

在本文中節點使用隨機模型，傳感器節點根據預定的路由路徑向接收器發送數據包，此時，節點具有三種不同的狀態：傳輸（T）、偵聽（L）、睡眠（S）.在經過休眠期之后，節點會切換到偵聽狀態，等待新的數據包的到來.當沒有檢測到新的數據包時，節點又切換到睡眠狀態，或者激活去處理檢測到的數據包。在數據緩沖區處理完所有的數據包之后，該節點又自動進入休眠狀態。

假設，流量的到達過程符合密度參數為 的泊松分布.能量當到達節點時，被儲存在容量有限的緩沖器（buffer）中，緩沖器的大小用b表示。

無線傳感網絡的構建依賴于諸如協議、傳輸差錯控制協議、路由協議等。這里，為了簡單起見，假定每個數據包只進行一次傳輸，若傳輸失敗，則進行丟包，每次嘗試的傳輸時間服從PH分布，用表示，所以，對于每一個數據包而言。根據描述，可以用一個馬爾科夫鏈 (CTMC)捕捉節點的操作模式，對的狀態空間， 得到轉移矩陣如下所示：

3 能量自獲取過程

4 能量的剩余過程

5 主要結論

6 數值計算

為了更好地探究在控制節點睡眠與工作時間比例后，節點能耗情況，運用MATLAB軟件進行仿真實現。在此，令G為目標函數，其指的是不出現、這兩類極端情況的最優能耗有：

7 模型結論評估

本模型的建立基于EH-WSN節點在不同的獲取能量以及消耗能量的狀態下，通過控制節點睡眠的轉換率給出能耗最優模型，解決在節點獲取有效信息時，耗能最小的睡眠轉換率.就使得應用者能更好的理解和利用該模型來解決實際的能耗問題.對研究EH-WSN的相關人員做出相應決策具有很大的實際參考價值。