一种基于非合作博弈的无线传感器网络功率控制算法
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由于每个节点的策略空间定义在 [ , ] , OP 上 则该策 略
空间为欧几里德 空间 中非空 的 、 闭的、 有界 的凸集 。J( ;P) 在 P 上连续 , 由式( ) 且 1 和式 ( ) 2 可得
hk /
0 pi
=
o + r ‘ p 一i + p 一 bii P. l+
2 Is tt o o .n tue f mmu i t n n ier g P A U i ri f ce c n eh o g , a j g 10 7 C ia i C nc i sE g ei ,L nv s yo i ea d T c n l y N ni 0 0 , hn ; ao n n e t S n o n2
,
1
.・
: l =
ZHU n ,XU u. u ,P Yu Yo y n AN e g k n s GUAN h o h a Ch n . a g S a .u ( . c o lo h s sa d E eto isI f r to Ga n n No a ie s y, n h U 3 1 0 Chn  ̄ 1 S h o fP y i n lcr nc no main, n a r lUnv ri Ga z O 4 0 0, i a; c m t
18 2
传 感 器 与 微 系 统
第3 l卷
分别对应博弈 中参与方的收入和成本 。根 据系统吞吐量 目 标, 效益函数参 照仙农公式可简化表示为
( n 1+ n 1 p)=l( 姗 )=i( + ). () 1
3 扩展性 : >1 当 o < V , <6 < ‘
2 仿 真 分 析
定理 1 在 G P T C算法 的非合作博弈中存在纳什 均衡 。
证明 : G P 在 T C算法 的非合作博弈 F=( { ,. } N,P } } ) , 中, 略空 间 { 为 欧几里德 空 间中非空 的、 的、 界 的 策 P} 闭 有
在实验仿 真 中将 G P T C算 法在 网络 软件 Go Sm 中 l Mo i 进行性能分析 。将 3 0个节 点分 布在边 长为 1 0 的矩 5 0 0 m 形平 面, 最大发射 功率 为 1 W, 0m 背景噪声为 -10d m, 2 B a ,
来定义 收益 函数 , 中效益 函数 U ( 与代价 函数C ( 其 P ) P )
函数 以有效压制传感器节点 采用较大 发射功率 , 从而 接近
收 稿 日期 :0 1o _5 2 1 _ 72
基金项 目: 国家 自 然科学基金资助项 目(0 7 0 0 ; “ 7 ” 69 25 ) 国家 9 3 计划资助项 目( 09 B 0 00 ) 2 0 C 32 4 2
tert o e ot l lo tmfr N ) 采 用 非 线 性 成 本 hoei pw r n o a rh c c r g i o WS s ,
不存在单向链路。为了简化收益 函数的设计 , 在满足网络容
量最大化和网络半径最小的前提下使收益 函数不依赖节点
采用何种信号处理方式 , 本文采用 J( ( iP)= P)-C ( P)
3 C iaMo i eerhIs tt , e ig105 , hn ) . hn bl R sac n tue B in 0 0 3 C ia e i j
Absr c t a t: A o r c n r lag rt m a e n n n- o pea ie g me frwiee ss ns rnewo k s p e e t d t p we o to lo ih b s d o o c o r tv a o r ls e o t r s i r s n e o s tsy t e ie e to xmum t r a ct Th o g he p o i f cin, p r p it rns s in po r aif he rqur m n fma i newo k c pa iy. r u h t r ft un t o a p o rae ta miso we
i c o e o c n i t e n t o k c n e t i n e u e g o p n ol i n . h xsi ga d u iu n s fN s s h s n t o f m h ew r o n c i t a d r d c r u i g c l so s T e e i n n n q e e so a h r vy i t e u l r m ft e ag r h i as rv d Smu ain r s l h w t a h rp s d a g r h c n efc iey q i b u o l o t m s l p o e . i lt e ut s o h t te p o o e lo i m a f t l ii h i o o s t e v i r v n ry e ce c n ew r a a i . mp o e e e g f i n y a d n t o k c p ct i y
( . 南 师 范 学 院 物 理 与 电 子信 息 学 院 , 西 赣 州 3 10 ; 1赣 江 4 0 0 2 解 放军 理 工 大 学 通 信 工 程 学 院 , . 江苏 南 京 20 0 ; 1 07 3 中 国移 动 通 信 研 究 院 ,北京 10 5 ) . 0 03
摘
要 :提 出了一种无线传感器 网络 中以容量最大化 为 目标 的非合作博弈功率控制算法 。通过效益函数
21 0 2年 第 3 1卷 第 4期
传感器与微系统 ( rnd cr n irss m T c nl i ) Tasue dM c yt eh o g s a o e oe
17 2
一
种 基 于非 合 作 博 弈 的 无 线传 感 器 网络 功 率 控 制算 法
朱 赘 , 友 云 徐 ,潘成康 ,管 少华
间 链 增 P =∑ 的 路 益, 为 节 发送 期间 在 点i 报文
在其干扰范 围内的节点发送报文而对节点 k接收报文所产
生 的干扰总和 , 为节点 i 的邻居节点集合 。
代价 函数采用如下形式的非线性成本 函数
C( ni( +6 P)= 1 ). n P () 2
中 网络 中 的 节 点 N = { , … , } 每 个 节 点 的 策 略 空 间 l 2, n , { 为 { ,… }P 为 最 大 发 射 功 率 , 络 中 每 个 节 点 根 P} 0P , 网
率 控制博弈算法 。但采用 线性成本 函数作 为代 价 函数 , 使 得 节点 为追求收益而 不断增大发 射功率 , 从而加 剧节点 间 分组碰撞 概率 J 。在保 证无 线传感 器 网络 的连通性 前提
来选择合适 的发射功率 , 以保 证网络连通性并缓解分组 碰撞状况 。而后给 出了对该算法纳什 均衡存在 性 和唯一性的证 明。仿真结果表 明: 该算法可有效提高能量效率和 网络容量。
关键词 :无线传感器 网络 ;功率 控制 ;博弈论 ; 非合作博弈 ; 纳什均衡
中图 分 类 号 :T 3 3 P 9 文 献标 识 码 :A 文 章 编 号 :10 -7 7 2 1 )4 02 -3 00- 8 ( 02 0 -1 70 9 -
博弈 中, ( ̄可用 映射 ,表示 。由于网络 中每个 节点都 可 r p) j 以通过调整功率来获得 一定的收 益 , 则 ( , p)>O 。由于在 标准 函数 中不动点是唯 一的 , 根据博 弈论存 在纳 什均衡 的 条件 , 则在无线传感器 网络 的分布式 功率控 制博 弈过程 中
() 3
3 当时刻 t , 给定 相邻节 点发射 功 率条 件 节 点 i ) 时 在 的收益 函数 达 到 最 大 时 节 点 i的 发 射 功 率 为 ( )= t
agmaJ( t ,—( -1 ) r xiP()P ft ) ;
根 据极 大值定理得
P: i 一 h( b 口一 。 f ) . ‘ () 4
A o r c n r la g rt m o r ls e s r n t r s p we o t o l o ih f r wi ee s s n o e wo k
1
b e n- oo r i e g m e aS n 0n no c pe atv a
rum i
0 引 言
全局最优来提高扩大 网络 容量 和节 点的能量效 率 , 以延长 网络生存时 间。
1 算 法描 述
在无线传感 器 网络 中节 点可 通过 动态 调整 其发 射功
率, 在保 证网络拓 扑结构不变 、 双向连通 或者 多连通 的前提 下, 使网络中节点 的能量消耗最小 , 而延长整个 网络 的生 从 存 时间… 。文献 [ ] 2 为分析无 线 网络 的功 率控 制 问题 , 提
4 节点 i ) 的最优发射 功率 P() t =mi[ t] nr ) 。 ( 当给定代价系数时 , T C算 法可快速地产生一 组收敛 GP
其 中, 代价 系数 n 和 b需满 足 0 <6 <0 <
一 。
于最小 的纳什均衡 的功率解 向量 , 且在功率消耗上是 P r o ae t 有效 的。
Ke o d :wrl s esr e o s WS s ; o e nr ; a et oy nnco e t e a e N s qib yw rs i e no t r ( N ) pw r ot l gm er; o — pr i m ; aheu i— ess nw k c o h o av g l
出 了基 于线 性 成 本 函数 的非 合 作 功 率 控 制 博 弈 模 型 。文 献 [ ] 出 了一 种 无 线 自组 织 网 中基 于 线 性 成 本 函 数 的 功 3给