基于非合作博弈的水下移动无线传感器网络功率控制方法技术

本发明专利技术公开了基于非合作博弈的水下移动无线传感器网络功率控制方法，包括如下步骤：明确需要优化的目标节点：建立面向水下复杂环境的水下移动无线传感器网络模型，包括节点移动受限模型和端到端时延模型；根据构建的水下移动无线传感器网络模型，建立一个非合作博弈模型，建立效用函数；对步骤2中所建立的效用函数进行纳什均衡分析，得出效用函数的纳什均衡是否存在，若存在则执行步骤4，若不存在则执行步骤2；判断纳什均衡是否存在唯一性，若存在，则执行步骤5，若不存在，则执行步骤2；对步骤3中得出的纳什均衡进行求解，得出纳什均衡点。本发明专利技术减小了单跳端到端的时延，一定程度上减小了水流引起的平均功率大小波动幅度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线传感器网络功率控制方法，尤其是涉及一种基于非合作博弈的水下移动无线传感器网络功率控制方法。
技术介绍
水下移动无线传感器网络(Underwater Mobile Wireless Sensor Network,UMWSN)是由大量的多功能微型水下传感器节点以声波通信链路自组织形成的无线网络。通常，水下传感器节点可以部署在监测水域的不同深度形成三维网络，协作地实时监测、感知和采集水下环境中被测对象的数据。不同于陆地无线传感器网络(Terrestrial Wireless Sensor Network,TWSN)，水下环境特殊且复杂，水下移动无线传感器网络功率控制方法及相关算法的设计往往存在着极大的挑战性。一般来说，能量约束是UMWSN的主要问题之一，水下传感器节点由普通电池供电易受电池寿命影响，耗能比普通传感器节点更大，且长期工作在水下，一旦节点死亡，回收或能量补充都比较困难。其次，时延大且多变也是UMWSN的另一主要的问题。电磁波在空气中的传播速度是3×108m/s，声波在水中的传播速度大约为1500m/s，两者的速度相差5个数量级，每公里延迟约0.67s，无法满足实时性较高的应用需求，如海底地震波监测、水雷侦查等应用。上述问题进一步制约了UMWSN在水下的大规模实际应用。虽然国内外在研究TWSN功率控制上取得了一定的成果，但很难适用于复杂的水下三维网络，其忽略了水下特有的复杂环境对网络的影响。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于一种基于非合作博弈的水下移动无线传感器网络功率控制方法，其针对水下高能耗、高时延等特征，保证能够在较高信干噪比和传输成功率的同时，降低传输功率和端到端时延，从而减小水流引起的均衡平均功率波动幅度。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：基于非合作博弈的水下移动无线传感器网络功率控制方法，其特征在于：包括如下步骤：1)明确需要优化的目标节点：建立面向水下复杂环境的水下移动无线传感器网络模型，包括节点移动受限模型和端到端时延模型；2)根据构建的水下移动无线传感器网络模型，建立一个非合作博弈模型，建立效用函数；3)对步骤2中所建立的效用函数进行纳什均衡分析，得出效用函数的纳什均衡是否存在，若存在则执行步骤4，若不存在则执行步骤2；4)判断纳什均衡是否存在唯一性，若存在，则执行步骤5，若不存在，则执行步骤2；5)对步骤3中得出的纳什均衡进行求解，得出纳什均衡点。具体的，利用二元牛顿迭代法对纳什均衡进行求解，得出纳什均衡点。具体的，所述的节点移动受限模型表达式为：式(2)中：x'、y'和z为目标节点在t时刻在X轴上的坐标、Y轴上的坐标及Z轴上的坐标，λ1和λ2为水流速度因子；z为目标节点垂直方向的深度距离；k为单位空间内曲线流交换的个数，c为曲线流在Y方向上的位移速度；其中x'、y'和z的值通过以下式(1)计算获得： X ( t 0 ) = X 0 + L a s i n { a r c t a n [ v x ( t 0 ) 2 + v y ( t 0 ) 2 ] S g V本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于非合作博弈的水下移动无线传感器网络功率控制方法，其特征在于：包括如下步骤：1)明确需要优化的目标节点：建立面向水下复杂环境的水下移动无线传感器网络模型，包括节点移动受限模型和端到端时延模型；2)根据构建的水下移动无线传感器网络模型，建立一个非合作博弈模型，建立效用函数；3)对步骤2中所建立的效用函数进行纳什均衡分析，得出效用函数的纳什均衡是否存在，若存在则执行步骤4，若不存在则执行步骤2；4)判断纳什均衡是否存在唯一性，若存在，则执行步骤5，若不存在，则执行步骤2；5)对步骤3中得出的纳什均衡进行求解，得出纳什均衡点。

【技术特征摘要】
1.基于非合作博弈的水下移动无线传感器网络功率控制方法，其特征在于：包括如下步骤：1)明确需要优化的目标节点：建立面向水下复杂环境的水下移动无线传感器网络模型，包括节点移动受限模型和端到端时延模型；2)根据构建的水下移动无线传感器网络模型，建立一个非合作博弈模型，建立效用函数；3)对步骤2中所建立的效用函数进行纳什均衡分析，得出效用函数的纳什均衡是否存在，若存在则执行步骤4，若不存在则执行步骤2；4)判断纳什均衡是否存在唯一性，若存在，则执行步骤5，若不存在，则执行步骤2；5)对步骤3中得出的纳什均衡进行求解，得出纳什均衡点。2.如权利要求1所述的基于非合作博弈的水下移动无线传感器网络功率控制方法，其特征在于：利用二元牛顿迭代法对纳什均衡进行求解，得出纳什均衡点。3.如权利要求1或2所述的基于非合作博弈的水下移动无线传感器网络功率控制方法，其特征在于：所述的节点移动受限模型表达式为：式(2)中：x'、y'和z为目标节点在t时刻在X轴上的坐标、Y轴上的坐标及Z轴上的坐标，λ1和λ2为水流速度因子；z为目标节点垂直方向的深度距离；k为单位空间内曲线流交换的个数，c为曲线流在Y方向上的位移速度；其中x'、y'和z的值通过以下式(1)计算获得： X ( t 0 ) = X 0 + L a ...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪榛，高学江，潘晓曼，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33