ECTC：一种用于无电池传感器网络中能源-通信-计算耦合优化的博弈论框架

《IEEE Transactions on Mobile Computing》：ECTC: A Game-Theoretic Framework for Energy-Communication-Computation Coupled Optimization in Battery-Free Sensor Networks

　　

摘要：

无需电池的传感器网络（BFSNs）通过能量收集实现了永久性的免维护运行，但其实际部署仍然存在脆弱性：传统代码级能量核算（例如，计算CPU操作次数）认为可行的任务在实际硬件上经常会出现不可预测的电压骤降。我们发现了软件模型与物理现实之间存在这种语义差异的两个根本原因。首先，突发性的硬件活动（如内存/总线交易和无线电准备）会导致电流峰值，这些峰值源于互连充电和电源恢复过程；这些瞬态现象会逃避操作计数模型的检测，从而导致高达4.6的能量不匹配。其次，能量存储存在物理限制：电容器设置了电压上限，多余的收集能量会被电源管理集成电路（PMIC）截断，而无法像无限制的队列那样进行缓冲，这使得控制器假设的能量无限排队失效。为了弥合这一差距，我们提出了ECTC，这是一个包含三个协同组件的硬件可审计的闭环系统。FEMP 2.0提供经过校准的测量数据来捕捉难以捕捉的电流峰值；虚拟墙（Virtual Wall）实施饱和度感知的稳定控制以应对硬性的存储限制；分层Shapley算法实现了可扩展的、公平意识的合作分配。在50个节点的测试平台上进行了28天的异构部署后，ECTC实现了接近零的电压骤降，并将基线性能提高了88.5%。我们还发布了我们的代码、硬件配置文件和 trace 数据以方便其他人进行复现。