Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tối ưu hóa điều chỉnh công suất đa mức trong mạng cảm biến không dây
Tóm tắt
Bị giới hạn bởi nguồn pin hạn chế của các nút, việc bảo tồn năng lượng trở thành một vấn đề thiết kế quan trọng trong mạng cảm biến không dây (WSNs). Việc truyền tải với công suất dư thừa không chỉ làm giảm thời gian hoạt động của các nút cảm biến, mà còn gây ra sự can thiệp không hợp lý trong kênh tần số chia sẻ. Việc truyền các gói dữ liệu với công suất vừa đủ là lý tưởng. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một cơ chế điều chỉnh công suất đa mức (MLPA) cho WSNs nhằm kéo dài thời gian hoạt động của từng nút và tổng thể mạng. Việc bảo tồn năng lượng được đạt được bằng cách giảm công suất truyền tải trung bình. Mô hình phân tích được xây dựng cho cơ chế MLPA được kích hoạt với k mức công suất khác nhau (k-LPA). Dưới mô hình tổn thất không gian tự do (hệ số tổn thất đường truyền γ=2), biểu thức dạng đóng về việc thiết lập công suất tối ưu được suy ra và công suất truyền tải trung bình có thể được tối thiểu hóa là (k+1)/2k của công suất cố định ban đầu. Đối với môi trường không dây khác ngoài mô hình tổn thất không gian tự do (γ≠2), một tập hợp biểu thức công thức đệ quy được thiết lập để đạt được cấu hình công suất tối ưu và công suất truyền tải trung bình tối thiểu, mà là 2P/(γ+2) khi k tiến tới vô cùng. Hơn nữa, để giảm độ phức tạp tính toán và nỗ lực đo lường hệ số tổn thất đường truyền, hai phương pháp cấu hình công suất xấp xỉ được đề xuất. Kết quả phân tích cho thấy cả hai phương pháp xấp xỉ được đề xuất đều là giải pháp gần tối ưu cho hầu hết các môi trường truyền thông không dây. Có thể thấy rằng lim
k→∞
P
avg
∼
(k,γ)=lim
k→∞
P
avg
∼
(k,γ)=lim
k→∞
P
avg
min
(k,γ)=2P/(γ+2).
Từ khóa
#mạng cảm biến không dây #điều chỉnh công suất #bảo tồn năng lượng #mô hình phân tích #tối ưu hóaTài liệu tham khảo
Estrin, D. (2002). Embedded networked sensing research: emerging systems challenges. In NSF workshop on distributed communications and signal processing, Northwestern University, Dec. 2002.
Estrin, D., Govindan, R., Heidemann, J. S., & Kumar, S. (1999). Next century challenges: scalable coordination in sensor networks. In Proc. ACM/IEEE MobiCom (pp. 263–270), Seattle, WA, Aug. 1999.
Agarwal, S., Katz, R. H., Krishnamurthy, S. V., & Dao, S. K. (2001). Distributed power control in ad-hoc wireless networks. In Proc. IEEE PIMRC 2001 (vol. 2, pp. 59–66), Sep. 2001.
Ramanathan, R., & Rosales-Hain, R. (2000). Topology control of multihop wireless networks using transmit power adjustment. In Proc. IEEE INFOCOM (vol. 2, pp. 404–413), Mar. 2000.
Elbatt, T., & Ephremides, A. (2004). Joint scheduling and power control for wireless ad hoc networks. IEEE Transactions on Wireless Communications, 3(1), 74–85.
Cruz, R. L., & Santhanam, A. V. (2003). Optimal routing, link scheduling and power control in multi-hop wireless networks. In Proc. IEEE INFOCOM (vol. 1, pp. 702–711), Apr. 2003.
Rodoplu, V., & Meng, T. H. (1999). Minimum energy mobile wireless networks. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 17(8), 1333–1344.
Panichpapiboon, S., Ferrari, G., & Tonguz, O. K. (2006). Optimal transmit power in wireless sensor networks. IEEE Transactions on Mobile Computing, 5(10), 1432–1447.
Narayanaswamy, S., Kawadia, V., Sreenivas, R. S., & Kumar, P. R. (2002). Power control in ad-hoc networks: theory, architecture, algorithm and implementation of the COMPOW protocol. In Proc. European wireless 2002 next generation wireless networks: technologies, protocols, services, and applications (pp. 156–162), Florence, Italy, Feb. 2002.
Bettstetter, C., & Zangl, J. (2002). How to achieve a connected ad hoc network with homogeneous range assignment: an analytical study with consideration of border effects. In Proc. IEEE Int’l workshop mobile and wireless comm. network (pp. 125–129), Sep. 2002.
Tseng, C.-C., & Chen, K.-C. (2004). Power efficient topology control in wireless ad hoc networks. In Proc. IEEE WCNC (vol. 1, pp. 610–615), Mar. 2004.
Dai, Q., & Wu, J. (2003). Computation of minimal uniform transmission power in ad hoc wireless networks. In Proc. IEEE ICDCS 2003 (pp. 680–684), May 2003.
Lin, S., Zang, J., Zhou, G., Gu, L., He, T., & Stankovic, J. A. (2006). ATPC: adaptive transmission power control for wireless sensor networks. In ACM SenSys, Nov. 2006.
Chipcon, A. S. (2006). CC2420 2.4 GHz IEEE 802.15.4/ZigBee-ready RF transceiver. Data sheet, rev. 1.4.
Chipcon, A. S. (2006). A true system-on-chip solution for 2.4 GHz IEEE 802.15.4 / ZigBee. Data sheet, rev. 2.01.
Rappaport, T. S. (2002). Wireless communications: principles and practice. New York: Prentice Hall.
Wolfram Research, Mathematica. http://www.worlfram.com/.
Gomez, J., & Campbell, A. T. (2007). Variable-range transmission power control in wireless ad hoc networks. IEEE Transactions on Mobile Computing, 6(1), 87–99.
Guo, S., & Yang, O. (2007). Localized operations for distributed minimum energy multicast algorithm in mobile ad hoc networks. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 18(2), 186–198.
Natali, C.-F., & Vaidya, N. H. (2007). Expanding horizon and capture effect in RFID systems (Technical Report). Wireless Networking Group, Coordinated Science Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Dec. 2007.