【《基于功率需求矩的环境反向散射通信低开销策略概述》2900字】

基于功率需求矩的环境反向散射通信低开销策略概述目录TOC\o"1-3"\h\u13758基于功率需求矩的环境反向散射通信低开销策略概述 1106131.1开销功率策略方案设计 1192741.2Ek/M/1队列服务模型 1302821.2.1Ek/M/1队列服务模型建立 2280301.2.2基于遍历策略服务能力的子队列划分算法 2251431.2.3性能分析 31.1开销功率策略方案设计本文所提出的基于Maslow’s功率需求矩的IOCS工作原理如图1.1所示。网络中存在大量传感器标签，随着网络的不断运行，发送端收到标签所发出的数据传输请求，这些数据传输请求以队列的形式存储在发送端的服务队列中。服务队列根据遍历策略的处理能力对标签进行分类，形成若干服务子队列。如果一个遍历策略能够保证所有待数据传输标签在服务周期内都能被服务完，则不需要对待服务队列拆分；否则需要增加遍历策略，并对待服务队列进行拆分，形成若干待服务子队列。最后，将这些待服务子队列导入服务系统中，并为每一个服务子队列进行遍历策略，按照数据传输优先级由遍历策略依次进行服务。图1.1在线按需多遍历策略工作策略为此，本文首先需要将发送端周围的接收器标签进行功率优先级排序，随后选取遍历方式，对各个标签进行遍历，用以计算在遍历过程中，以最小功率损耗得到的遍历过程，得到对应最低的功率损耗。1.2Ek/M/1队列服务模型假设网络中事件的发生是随机且相互独立的，标签因感知周围环境所产生的数据服从泊松分布，即标签在感知过程中的功率消耗也服从泊松分布。随着网络持续不断的运行，当标签的剩余功率低于某一阈值时，它将经由SDN控制器向发送端发出数据传输请求。标签从功率充足状态到待数据传输状态并发出数据传输请求是发生多次感知事件之后的结果，也就是说是多个服从泊松分布的能耗过程的累加。因此，网络中标签的数据传输请求过程是若干个泊松分布之和，即服从k阶爱尔兰分布。对此，本文为待数据传输标签建立了Ek/M/1服务队列1.2.1Ek/M/1队列服务模型建立假设遍历策略为标签服务时其数据传输时间服从负指数分布，即该服务子队列服从Ek定义：设{Nx，x≥0}表示网络中发生的感知事件，事件的发生是随机的且相互独立服从泊松分布，那么发生感知事件的时间间隔也是独立的且服从负指数分布。若用{T1，T2，T3，…Tn}表示感知事件的发生时刻，j=1，2，3，4…n表示发生时间编号，那么随机变量Xj=PSn≥x=P{N(x)≥n}=由式（1.1）可知，网络中标签发出数据传输请求的时间间隔服从n阶爱尔兰分布，其中n表示数据传输请求的标签个数，x表示n个数据传输请求的时间间隔之和，则其概率分布函数表示为：F(x)=P{Sn<x}=1−∑其概率密度函数为：fx=ddxF1.2.2基于遍历策略服务能力的子队列划分算法当网络中标签数量较多时，服务队列中的标签数量将较大，需要将标签的待服务队列分为若干个服务子队列，并为每一个服务子队列分配一台遍历策略。本文提出基于遍历策略服务能力的子队列划分算法，该算法的伪代码如表1.1所示。首先设服务队列中的网络标签为A，各标签的剩余功率为N(A)，同时遍历策略和各个标签的位置信息已知。服务队列中各标签根据遍历策略和标签的位置信息计算各标签到遍历策略的最短距离。得出遍历策略遍历所有待数据传输标签时的最短路径和预计完成数据传输的时间TC。将待服务队列分为T表1.1基于遍历策略服务能力的子队列划分算法AN(A){ATCm=TAiikTiAkk=k+1m{A1当所有待数据传输标签按基于遍历策略服务能力的子队列划分算法被分配至若干数据传输子队列之后，需为每个数据传输子队列分配一个遍历策略，并为所有服务子队列建立合适的数据传输顺序。为此，采用第2章所提出的基于Maslow’s层次需求理论的功率需求矩模型做为标签的数据传输顺序排序依据。1.2.3性能分析本节讨论并根据n阶爱尔兰分布的状态方程以及状态转移图，求解服务队列的平均等待时间以及平均队长。假设待数据传输标签所发出的数据传输请求服从n阶爱尔兰分布，其平均间隔时间为1λ，且只有一台移动遍历策略，遍历策略为待数据传输标签服务的时间服从参数为μ的负指数分布。将遍历策略到达系统的间隔时间分成k个相互独立且具有相同负指数分布的位相ti，则平均时间间隔的数学期望为Eti=1/kλ，(1≤i≤k)。每个标签必须经过k个位相之后才会发出数据传输请求，即每个标签只有感知k个事件之后且剩余功率达到一定的阈值才会发出数据传输请求。假设系统中已经有n个标签待数据传输，即这k个标签共通过nk个位相。当第假设当前服务队列中有n个标签待数据传输，而在第n+1个标签未发出数据传输请求前的可能位相是t1pn=∑n+1当服务队列中状态的瞬间变化增加一个位相，则相应的到达率则为kλ；如果一个标签被数据传输完毕，相当于状态减少k个位相，而遍历策略的服务率为μ，其平均服务时间为1μ，其排队系统位相流图如图1.图1.2排队系统位相流图根据系统位相流图可列出状态方程：kλp0=μpkλp1=μpkλpj=μp(kλ+μ)pj=kλp利用概率母函数P(s)=∑∞j=nkpjsj，式(1.7)和式(∑∞j=1(kλ+μ)p定义该排队系统的服务强度，则，当时