小范围无线传感器网络中面向最快事件检测的传感器最优休眠-唤醒调度

我们研究小范围无线传感器网络中结合休眠-唤醒调度的最快事件检测问题。在每个时隙，处于唤醒状态的传感器节点观测一个样本并将信息传送至融合中心，而处于休眠状态的传感器节点既不采样也不向融合中心传送任何信息，从而节省能量。在每个时隙，融合中心收到来自唤醒状态传感器节点的样本后，做出停止（从而宣布事件已发生）或继续观测的决策。若决定继续，融合中心还需决定下一时隙应处于唤醒状态的传感器节点数量。我们考虑三种基于时隙 k 可用信息选择时隙 k+1 唤醒传感器节点数量的替代方法，即：1. 对 M_{k+1}（时隙 k+1 应处于唤醒状态的传感器节点数量）的最优控制；2. 对 q_{k+1}（时隙 k+1 传感器节点处于唤醒状态的概率）的最优控制；3. 传感器节点在任意时隙处于唤醒状态的最优概率 q。在每种情形下，我们将问题建模为一个序贯决策过程。我们证明，时隙 k 决策的一个充分统计量是变化的后验概率 Pi_k。同时，我们证明最优停止规则是关于 Pi_k 的阈值规则。M_{k+1} 的最优策略可在变化前阶段保持极少数传感器唤醒，而当“怀疑”发生变化时迅速增加唤醒传感器数量。在所描述的三种休眠-唤醒算法中，我们观察到 M_{k+1} 的最优控制总代价最小，而 q 的最优控制总代价最大。