转变到活动模式，并执行感测发 射/接收功能。可以将这种具有长感测间隔TD的模式称为低感测模式。
[0215] 在特定时间，节点1处发生关键事件(触发事件）。这种关键事件可以是传感器节点 1的传感器具有需要发送到接入网络的数据。将这种关键事件报告到接入网络节点SG，接入 网络节点SG进行对事件严重程度的信任更新。在这种情况下，SG指出严重程度高，节点1将 进入高感测模式，其中，更新感测间隔TU比长感测间隔TD更短。
[0216] 由于节点2在地理上接近节点1，因此有可能在节点1发生的关键事件也会在节点2 处发生，SG因为节点1处的关键事件而做出这种判断，预期到节点2处可能有关键事件，节点 2的占空比也应当变成具有感测间隔TD的高感测模式。
[0217] 在一段时间之后，SG可以对事件严重程度进行信任更新。在过去一段时间而没有 检测到另一关键事件时，SG指出现在严重程度低，节点1应当进入具有长感测间隔TD的低感 测模式。此时，SG还指出节点2应当也进入低感测模式。尽管图7示出了节点2与节点1同时返 回到低感测模式，但应当认识到，可能不是这种情况，在节点2上没有关键事件的情况下，节 点2可以在节点1之前返回低感测模式。
[0218] 重要的是要指出，因为节点3在地理上远离节点1和2,考虑到节点1上的关键事件， GW不会决定节点3必须要变成高感测模式。
[0219]图8示出了对应于图7的酬民控制操作的酬民控制框架70。框架70基于导出的最优 睡眠占空比参数，假设每个节点都维持其睡眠和唤醒模式。此外，对于事件检测的越来越大 的时间概率，相邻节点异步地遵循这一参数。
[0220] 图8示出了两级睡眠控制框架，其中SG使用观测到的感测数据和感测历史72导出 其对事件严重程度的信任，并更新传感器节点的感测占空比。有两个过滤器用于对占空比 进行最终判决。一个是如上所述且如图6所示，基于信任更新系统的事件严重程度74的定 义，另一个是感测范围的定义，该感测范围允许受到所感测到的现象影响的网络部分进行 睡眠占空比调节，而网络其余部分保持不变。两个过滤器都是应用依赖的（application-dependent)。根据这两个过滤器的结果，传感器节点的占空比被要求处于低感测模式78或 高感测模式82中。
[0221] 在图7的框架中，在存储单元中存储网络的感测历史72。基于来自传感器节点的感 测历史和观测，可以由接入网络节点或接入网络进行对感测事件严重程度的信任更新74。 可以根据图6中所示并如上所述的算法进行这种信任更新74。基于信任更新74,可以确定76 针对特定感测节点的感测事件的严重程度。可以确定事件严重程度为指示传感器节点应当 处于高感测模式中的关键事件，或者可以确定其为指示传感器节点应当处于低感测模式中 的正常事件。在高感测模式中，感测节点可以比在低感测模式中更频繁地进行其感测操作。
[0222] 在图7中，如果确定事件严重程度为正常，而不是严重，框架指示感测节点处于低 感测模式78中。如果确定事件严重程度为严重，框架然后进行基于范围的过滤，其中判断是 否应当基于网络的覆盖范围改变占空比。例如，如果确定网络中的感测事件为关键，但这一 感测事件发生于远离相关特定感测节点的感测节点处，可以不将特定感测节点的占空比更 新到高感测模式82,可以使其保留在低感测模式78中。相反，如果确定网络中的感测事件为 关键，并且这一感测事件发生于距相关特定感测节点在地理上和网络级上都接近的感测节 点处，可以将特定感测节点的占空比从低感测模式78更新到高感测模式82。
[0223] 由于不必要节点唤醒，这种位置测绘过滤器80进一步使得能量消耗最小化。对于 感测范围的定义，可以构建虚拟覆盖地图，其定义给定应用和任何相关检测的单个或多个 目标的情况下，每个节点的受影响区域。
[0224] 图8中的两个过滤器是应用依赖的，可以针对具有新标准的细粒度多级睡眠控制 进行扩展。
[0225] 执行交互式资源管理技术
[0226] 图9示出了一系列观测到的事件对后验信任更新的效果。进行一组数值模拟以论 证所提出的贝叶斯博弈模型。目标是分析博弈公式和博弈玩家之间的均衡策略。在这种分 析中，α,βΙ,Κ,Ρ'、C STT、CST、Cs、a。和β。参数的默认值分别是0·9、0·01、1、1、5、0·9、0·025、 0.00U0.9和0.01。它们被根据通信规范配置。例如，成本参数CSTT、CST和Cs的比值基于 Chipcon AS(RTM)的CC2420无线电收发器芯片。符号(α，β)和(α〇，β。)取决于信道条件、传感 器部件等，并用于不同目的。在用于博弈交互的偿付函数中使用a和β，而在信任更新过程中 使用a。和β。来估计观测误差。奖励W和惩罚Ρ'是虚拟参数，用于对玩家的行为建模。在评估 时，我们调谐被研究的参数，以分析玩家j的后验信任更新。
[0227] 通常，信任更新系统快速并准确地获取网络的改变，并产生对其做出的响应(信任 更新）。在这种博弈配置中，对关键事件的响应比对正常事件的响应更快。通过调谐博弈参 数，信任更新的结果能够改变。
[0228] 上述动态管理方法允许对改变的网络进行睡眠占空比的动态管理。它将动态管理 与网络层、物理层和应用层集成，利用跨层优化模型和交互式睡眠管理的组合显著延长了 电池寿命。
[0229] 可以将本发明实现在其他特定设备和/或方法中。所述实施例在所有方面中都被 视为仅仅例示性而非限制性的。具体而言，本发明的范围由所附权利要求而非这里说明书 和附图指明。在权利要求等价描述含义和范围之内的所有改变都涵盖在其范围之内。
【主权项】
1. 一种包括网络节点和资源受限节点的通信系统，其中，所述网络节点包括： 控制器，其可操作以针对所述资源受限节点的各种工作模式估计最优占空比，以使所 述资源受限节点的总资源消耗最小化；以及 发射机，其可操作以向所述资源受限节点通知所估计的最优占空比的参数。2. 根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述控制器可操作以通过如下方式估计使所 述资源受限节点中的总能量最小化的最优占空比： 定义能量模型以用于指定由所述资源受限节点发送一个比特所消耗的总能量； 基于所述能量模型、给定的信号传送技术和物理层规格估计在节点η处每天发送!U^Ln 个比特的总成本；以及 基于所述能量模型估计使所述资源受限节点消耗的全部能量最小化的最优睡眠占空 比。3. 根据权利要求2所述的通信系统，其中，所述控制器可操作为定义能量模型以用于将 所述资源受限节点发送一个比特所消耗的能量估计为：其中η对应于功率放大器效率，e对应于信号传送方案的峰值与平均值的比，pth对应于 通信理论功耗，P&对应于收发器的电路功耗，Psi对应于睡眠模式中的功耗，Ema对应于从预 期用于多路访问的通信网络接收控制信号所需的能量，T sl对应于睡眠模式中花费的时间， Ttx对应于传输匕的时间。4. 根据权利要求3所述的通信系统，其中，所述控制器可操作以将具有睡眠和传输操作 模式并一天Kn次传输L n比特的资源受限节点的总能量成本估计为：其中Rav = Ln/Kn是传输Ln比特的最小传输速率：是要估计的睡眠占空比 参数，TTQT=Tsl+Ttx是总时间，同时忽略用于多路访问所消耗的能量E ma以及收发器中的功耗 Pckt，并假设功率放大器效率η和信号传送方案e的峰值与平均值的比等于1。5. 根据权利要求4所述的通信系统，其中，所述控制器可操作以通过如下方式确定使所 述资源受限节点所消耗的全部能量最小化的最优睡眠占空比α:根据所述最优睡眠占空比α 表示Ρτοτ，并使总成本Ρτοτ在所述最优睡眠占空比α方面的偏导6. 根据权利要求5所述的通信系统，其中，引出了最优睡眠占空比的必要条件。7. 根据任一前述权利要求所述的通信系统，其中，所述控制器可操作以利用所述通信 网络的空间、时间、频谱和/或代码资源为所述资源受限节点确定最优调度策略，使得资源 受限节点的上行传输中的能量得以最小化，同时满足在空间、时间、频谱和/或代码资源上 的特定质量度量。8. -种确定包括接入网络节点的通信网络中资源受限节点中不同操作模式的最优占 空比的集合的方法，所述方法包括： 针对所述资源受限节点的各种工作模式估计最优占空比，以使所述资源受限节点的总 资源消耗最小化；以及 向所述资源受限节点通知所估计的最优占空比的参数。9. 一种确定使包括接入网络节点的通信网络中多个资源受限节点能量消耗最小化的 最优占空比的集合的方法，所述方法包括： 建立所述多个资源受限节点之间的连接网络； 基于所述多个资源受限节点之间的连接网络图确定所述多个资源受限节点的最优占 空比的集合；以及 基于所确定的最优占空比对所述多个资源受限节点的所述最优占空比的集合进行更 新。10. 根据权利要求9所述的方法，其中，基于所述网络图为所述多个节点确定最优睡眠 占空比的步骤包括考虑所述多个资源受限节点的地理邻近性、所述多个资源受限节点的应 用之间的依赖性、特定资源受限节点的优先级和/或所述多个资源受限节点的传播环境之 间的统计相关性。11. 根据权利要求9或10所述的方法，其中，基于对从所述接入网络节点向所述多个资 源受限节点发送的导频信号或信标信号的响应，估计所述多个资源受限节点之间的连接网 络。12. 根据权利要求9所述的方法，其中，基于网络邻域发现协议建立所述多个资源受限 节点之间的连接网络，其中每个资源受限节点为所述接入网络节点提供它的访问通信网络 的邻居的列表。13. 根据权利要求9到12任一项所述的方法，其中，在所述多个资源受限节点之间建立 连接网络的步骤包括利用概率度量并利用代数和统计技术表示所述多个资源受限节点之 间的连接，以更新所述占空比并使总功耗最小化。14. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述概率度量是通过如下方式获得的： 估计所述资源受限节点和所述接入网络的统计无线信道之间的相关性； 估计不同资源受限节点和所述接入网络之间接收的数据内容之间的相关性；以及 估计不同资源受限节点和所述接入网络之间的通信调度。15. -种可以在计算机上执行时执行根据权利要求8到14的任一项所述的方法的计算 机程序产品。
【专利摘要】提供了一种包括网络节点和资源受限节点的通信系统。该网络节点包括：控制器，其可操作以针对所述资源受限节点的各种工作模式估计最优占空比，以使所述资源受限节点的总资源消耗最小化；以及发射机，其可操作以向所述资源受限节点通知所估计的最优占空比的参数。
【IPC分类】H04W52/02
【公开号】CN105684523
【申请号】
【发明人】C-K·林, V·文卡特斯瓦兰, I·O·肯尼迪
【申请人】阿尔卡特朗讯公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2014年9月26日