层次型WSN中基于博弈论的能耗优化与接纳控制机制.pdfVIP

收稿日期：２０１３０６１４；修回日期：２０１３０７２２ 基金项目：河北省自然科学基金资助项目（Ｆ２０１０００１０４５）；河北省教育厅项目资助项目 （Ｑ２０１２０４５，Ｑ２０１２０８８）；邯郸市科学技术研究与发展计划资助项目（１１２１１０３１３７） 作者简介：赵继军（１９７０），男，河北邯郸人，教授，硕导，博士，主要研究方向为无线传感器网络、光通信技术（ｚｊｉｊｕｎ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ）；王硕 （１９８８），男，河北保定人，硕士研究生，主要研究方向为无线传感器网络；薛亮（１９８２），男，河北邯郸人，讲师，博士，主要研究方向为无线传 感器网络；李志华（１９７８），女，河北邯郸人，教授，博士，主要研究方向为无线传感器网络；魏忠诚（１９８７），男，河南商丘人，博士，主要研究方 向为无线传感器网络． 层次型 ＷＳＮ中基于博弈论的能耗 优化与接纳控制机制 赵继军１，王 硕１，薛 亮１，李志华１，魏忠诚２ （１．河北工程大学 信息与电气工程学院，河北 邯郸 ０５６０３８；２．北京邮电大学 信息与通信工程学院，北京 １００８７６） 摘 要：针对层次型无线传感器网络中簇首节点的能量受限问题，提出了一种基于非合作博弈模型的节点接纳 控制机制。该机制依据簇首节点的效用函数，引入定价因子，优化了簇首数目和功率水平，并得到簇首发射功率 的纳什均衡。仿真实验模拟该博弈的均衡过程，将簇首节点设为非合作博弈的参与者，对各簇首节点发射功率 的决策过程进行验证。 关键词：无线传感器网络；接纳控制；非合作博弈；定价因子 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标志码：Ａ 文章编号２０１４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ２０１４．０４．０４９ Ｅｎｅｒｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｄｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎｇａｍｅｔｈｅｏｒｙｉｎ ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ ＺＨＡＯＪｉｊｕｎ１，ＷＡＮＧＳｈｕｏ１，ＸＵＥＬｉａｎｇ１，ＬＩＺｈｉｈｕａ１，ＷＥＩＺｈｏｎｇｃｈｅｎｇ２ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｎｄａｎＨｅｂｅｉ０５６０３８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓ＆Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｏｆｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄｓｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅｉｎｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏ ｐｏｓｅｄａｎａｄｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎａｎｏｎｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｇａｍｅｍｏｄｅｌｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ．Ｂｙｄｅｆｉｎｉｎｇａｐｒｉｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｉｎ ｔｈｅｕｔｉｌｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄ，ｂｏｔｈｔｈｅｐｏｗｅｒｌｅｖｅｌａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄｃａｎｂｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｗｈｉｌｅａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｅ Ｎａｓｈｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｏｆｔｈｅｎｏｄｅｐｏｗｅｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｎｄｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｄｅｃｉｓｉｏｎｍａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｌｕｓｔｅｒ ｈｅａｄｔｒａｎｓｍｉｔｉｎｇｐｏｗｅｒ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｗｈｅｎａｓｓｕｍｉｎｇｔｈｅｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄｓａｓｐｌａｙｅｒｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ；ａｄｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ；ｎｏｎｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｇａｍｅ；ｐｒｉｃｉｎｇｆａｃｔｏｒ ! 引言 无线传感器网络由大量的传感器节点构成，节点的感知、 处理、计算能力和所携能量都是有限的［１～３］。无线传感器网络 技术在生物栖息地监测、交通定位系统、森林火警预测、生产控 制和建筑结构监测等方面已经广泛应用［４～８］。针对传感器节 点能量受限问题，研究其接纳控制和能源使用有效性，延长网 络的工作寿命，是无线传感器网络研究的热点之一［２］。在层 次型无线传感器网络（ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ， ＨＷＳＮｓ）中，传感器节点按照所承担的任务和属性，可分为两 类，即簇首节点（ｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄ，ＣＨ