[发明专利]无线传感器网络中的实际能量模型及功率优化控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络中的能量模型，具体地说是一种无线传感器网络中的实际能量模型及功率优化控制方法。

背景技术

在典型的多跳无线传感器网络中，分布于网络中的各节点通常将数据汇聚于位于网络中心的数据接收站。在这样的拓扑结构下，离数据接收站较近的节点通常要转发来自离数据接收站较远的数据包，从而消耗更多的能量。此外整个网络的范围以及节点密度的扩大会导致整个网络的能量消耗更加不平衡，从而导致整个网络生命的衰减。为了评估和优化无线传感器网络的生命，需要一个能够详细并精确描述节点能量消耗的模型。

提高网络能量效率的基本前提是准确的描述每个节点的能量是如何被消耗的。然而之前被提出的绝大多数方案都是基于理想化的节点能量模型。这些节点能量模型并非能够准确的描述能量的实际消耗情况，例如节点的发射功率被假设为无限大。

对于CC2420在射频收发过程中电流消耗，目前没有该类传感器节点发送和接收装置的能量模型。这类传感器节点配备了多个发送功率级，客观存在的能量模型是典型的IEEE 802.15.4射频收发芯片能量模型。

发明内容

本发明目的是提供一种无线传感器网络中的实际能量模型及无线传感器网络的功率优化控制方法，本发明基于对无线传感器射频接收器的实际测量数据，提出了一种具有代表性的能量模型。这些节点能量模型能够准确的描述能量的实际消耗情况。本发明并根据这些节点能量模型提出了功率优化控制方法，以使成功发送一个包所消耗的能量达到最小。本发明对这类能量模型普遍适用。

本发明的目的是通过以下技术方案来样实现的：

一种无线传感器网络中的实际能量模型，其特征在于：该实际能量模型基于LR-WPAN网络中成功发送一个数据包的整个过程，包括发送端和接受端的能量模型；

发送端能量消耗模型是：

E_TX(i，d，L_pack)＝E_TX(i，d，L_pack|Success)+

E_{TX_F}(i，d，L_pack|PF)+E_{TX_F}(i，d，L_pack|AF)    (1)

接受端能量消耗模型是：

E_RX(i，d，L_pack)＝E_RX(i，d，L_pack|Success)+

E_{RX_F}(i，d，L_pack|PF)+E_{RX_F}(i，d，L_pack|AF)    (3)

成功传送数据包和确认包，其能量模型为：

E_TX(i，d，L_pack|Success)＝E_{PD_IDLE}+E_{IDLE_TX}(i)+E_{TX_D}(i，L_pack)

+E_{TX_RX}(i)+E_{RX_A}(L_ACK)+E_{RX_IDLE}+E_{IDLE_PD}    (4)

E_RX(i，d，L_pack|Success)＝E_{PD_IDLE}+E_{IDLE_RX}(i)+E_{RX_D}(L_pack)

+E_{RX_TX}(i)+E_{TX_A}(i，L_ACK)+E_{TX_IDLE}+E_{IDLE_PD}    (5)

数据包传送失败，其能量模型为：

E_{TX_F}(i，d，L_pack|PF)＝N_PF(i，d，L_pack)×

[E_{TX_D}(i，L_pack)+E_{TX_SE}(i)+E_Sense(T_timeout)+E_{SE_TX}(i)]    (6)