一种采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法
专利汇可以提供一种采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种无线 传感器 网络功率控制方法，特别是一种采用两级模糊 控制器 的 无线传感器网络 功率控制方法TFTPC(Two Fuzzy controllers based Transmission Power Control method for wireless sensor networks)。该方法采用基于“输入‑输出‑反馈”机制的两级模糊控制器来控制发射功率，其主模糊控制器负责 节点 发射功率调节，从模糊控制器负责期望节点度调节，自适应地根据节点剩余 能量 来调节发射功率。方法解决传统模糊控制方法忽略节点剩余能量带来的网络能耗不均衡问题，降低网络能耗的同时延长网络生命周期。，下面是一种采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法专利的具体信息内容。
1.一种采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法，其特征在于：包括网络模型、主模糊控制器和从模糊控制器三个部分，基于简化的圆盘通信网络，采用两级模糊控制，实现节点发射功率控制；具体为采用基于“输入-输出-反馈”机制的两级模糊控制器来控制发射功率，其主模糊控制器负责节点发射功率调节，从模糊控制器负责期望节点度调节，自适应地根据节点剩余能量来调节发射功率；从模糊控制器为单输入单输出模糊控制器，输入为网络中节点剩余能量E(m)与能量阈值 的差值Δe，输出为期望节点度偏差主模糊控制器为双输入单输出的模糊控制器，节点在网络中的期望节点度 加上从控制系统输出量 计算得出目标节点度nd，目标节点度nd减去实际节点度ND即为该节点度的调节量Δnd，作为主模糊控制器的一个输入量，控制器的另一个输入量为节点度/发射功率调节量变化率 主模糊控制器根据这两个输入量进行模糊推理控制，输出发射功率调节量ΔPu，与节点初始发射功率p'u进行运算，得到调节的目标发射功率pu，各变量的数值关系如下式(1)至(9)所示：
Δnd＝nd-ND (2)
pu＝p'u±ΔPu (3)
e1＝kE×Δe (5)
e2＝knd×Δnd (6)
ΔPu＝kU×U (8)
其中kE、kN、knd、knp、kU为用于论域变化的量化因子，U和N分为主、从模糊控制器的模糊输出，Δp为功率调节量。
2.根据权利要求1所述的采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法，其特征在于：所述的网络模型为节点通信和控制系统提供模型，其中节点通信采用圆盘模型，在圆盘模型中任一节点m的剩余能量可由下式计算得来：
式中方括号中第一部分表示节点m发送状态的能耗，第二部分为节点接收其邻居节点数据时的能耗，第三部分为节点处于空闲状态时的能耗，且其中EINI为初始能量，N(m)邻居节点集合，d(m,v),v∈N(m)为其与邻居节点v的距离，LMAX为节点能够传输的最大数据包量，节点发送和接收数据耗用的时间与数据包大小成正比，当数据传输速率为常数时， 表示节点传输大小为Lm的数据包所用的时间，Ee为节点发送/接收电路上的功耗，Er为功率放大器功耗，Eid为节点空闲状态时的功耗。
3.根据权利要求1所述的采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法，其特征在于：所述的主模糊控制器设计的具体步骤为：
第一步：主模糊控制器输入、输出变量模糊化
(1)节点度调节量Δnd：选取节点度调节量Δnd的语言变量值为d2s、d1s、hold、u1s、u2s，其语言变量论域元素为-2、-1、0、+1、+2，d2s、u2s采用梯形隶属度函数，d1s、hold、u1s采用三角形隶属度函数；
(2)节点度/发射功率调节量变化率 选取节点度/发射功率调节量变化率 的
语言变量值为nb、ns、0、ps、pb，其语言变量论域元素为-2、-1、0、+1、+2，nb、pb采用梯形隶属度函数，ns、0、ps采用三角形隶属度函数；
(3)发射功率调节量ΔPu：选取发射功率调节量u的语言变量值为nb、nm、ns、hold、ps、pm、pb，其语言变量论域元素为-3、-2、-1、0、+1、+2、+3，nb、pb采用梯形隶属度函数，nm、ns、hold、ps、pm采用三角形隶属度函数；
第二步：模糊规则定义及解模糊
根据主模糊控制器的调节目的，采用“if-then”条件语句的形式定义模糊规则，具体如下：
主模糊控制器采用质心法解模糊，输出为发射功率调节量u。
4.根据权利要求1所述的采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法，其特征在于：所述的从模糊控制器为一个单输入单输出模糊控制器，输入为网络中节点剩余能量E(m)与能量阈值 的差值Δe，输出为期望节点度偏差 当网络中节点剩余能量E
(m)与能量阈值 的差值Δe为正，即剩余能量E(m)比能量阈值 大时，期望节点度偏差为正值，且随着Δe增大而增大期望节点度偏差 当网络中节点剩余能量E(m)与能
量阈值 的差值Δe为负，即剩余能量E(m)比能量阈值 小时，期望节点度偏差 为负值，且随着Δe减小而增大负值期望节点度偏差 增大节点度减小的幅度，具体步骤如下：
第一步：从模糊控制器输入、输出变量模糊化
(1)能量差值Δe：选取能量差值Δe的语言变量值为NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB，其语言变量论域元素为-3、-2、-1、0、+1、+2、+3；NB、PB采用梯形隶属度函数，NM、NS、ZO、PS、PM采用三角形隶属度函数；
(2)期望节点度偏差 选取期望节点度偏差 的语言变量值为D2S、D1S、HOLD、
U1S、U2S，其中：D2S表示减少两个节点度、D1S表示减少一个节点度、HOLD表示节点度保持不变、U1S表示增加一个节点度、U2S表示增加两个节点度，其语言变量论域元素为-2、-1、0、+
1、+2，D2S、U2S采用梯形隶属度函数，D1S、HOLD、U1S采用三角形隶属度函数；
第二步：模糊规则定义及解模糊
根据从模糊控制器的调节目的，采用“if-then”条件语句的形式定义模糊规则，具体如下：
1.If(能量差值is NB)then(期望节点度偏差is D2S)
2.If(能量差值is NM)then(期望节点度偏差is D1S)
3.If(能量差值is NS)then(期望节点度偏差is D1S)
4.If(能量差值is ZO)then(期望节点度偏差is HOLD)
5.If(能量差值is PS)then(期望节点度偏差is U1S)
6.If(能量差值is PM)then(期望节点度偏差is U1S)
7.If(能量差值is PB)then(期望节点度偏差is U2S)
从模糊控制器采用质心法解模糊，输出为期望节点度偏差
一种采用两级模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
1、0、+1、+2。D2S、U2S采用梯形隶属度函数，D1S、HOLD、U1S采用三角形隶属度函数，期望节点度偏差 隶属度函数如图9所示。
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