本发明专利技术公开了一种无线传感网非实时数据传输的网关功率分配方法，属于无线传感网络技术领域。包括步骤:系统场景分析，问题归结；系统数学模型建立；然后利用优化方法求出最优解。本发明专利技术针对特殊的应用场景，来源实际应用，区别与以往的单独的节点或者网关的功率分配，综合考虑联合数据传输节点和网关的联合功率控制，利用网关充当中继站的作用，最大化通信节点之间的吞吐量性能。本发明专利技术的资源分配方法，算法设计合理，易于实现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线传感网络
，更具体地说，涉及一种无线传感网非实时数据传输的节点和网关功率分配方法。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)是新兴的下一代传感器网络，最早的代表性论述出现在1999年，随后该研究方向引起了许多国家的极大关注。传统的传感器网络通常由两种节点：传感器节点(sensor)和网关节点(sink)组成，传感器节点负责对事件的感知和数据包的传输，网关节点则是数据传输的协作转发相当于中继站的作用。无线传感器网络的研究主要集中在通信(协议、路由、检错等)、节能和网络控制三个方面，目前都已经有了比较成熟的解决方法，为无线传感器网络投入实际应用提供了理论基础。传感器网络低成本、低功耗的特点，使其可以大范围地散布设置在一定区域，即使是人类无法到达的区域，都能正常工作，应用面比较广泛。目前的无线传感器网络常应用于军事、环境监测、医疗健康、空间探测、工业生产等领域。归结起来，无线传感网络与传统产业的全面融合，将成为21世纪全球新一轮社会经济发展的主导力量，但同时也引出了几个函待解决的问题：1)无线传感网络中会存在大量待通信节点和大量需要流通的数据，迫切需要研究网络中特定通信节点对之间吞吐量最大化的问题；2)为了达到最佳的网络性能，需呀充分考虑网关节点的协作转发，充当中继站的功能，利用空闲资源，最大化网络性能；3)迫切需要能够投入实际应用的关于无线传感网络资源分配的算法，强调算法的低复杂度、实时运算能力和高收敛速度。中国专利技术专利号200810240745.X，公开日2008年12月22日，公开了一份名称为一种基于功率控制的无线传感器网络节能路由方法，其包括：在无线传感器网络中建立从源节点到汇聚节点的前向路由；在无线传感器网络中建立从汇聚节点到源节点的后向路由；通过建立起来的所述前向路由和所述后向路由传输报文。该专利技术提供了一种功率控制方法使得节点间通信功率最小，能在能量受限的无线传感器网络中很好地节约能量。中国专利技术专利号200810059953.X，公开日2008年3月5日，公开了一份名称为一种基于分布式线性弥散码的放大转发功率分配传输方案，其包括:在一个两跳的无线传感器网络中,作为信源节点的发射端向潜在的中继节点发送RTS包,进行信道的预约请求；每个接收到所述RTS信息包的中继节点估计出它的信噪比,将所述信噪比信息嵌入到远程通信的RTS包中,再分别向信宿发送此RTS包预约信道,信宿估计出来自各个中继节点的RTS包的信噪比；信宿将估计出的远程通信RTS包信噪比嵌入到CTS包中返回中继节点,中继节点接收后再嵌入到本地通信的CTS包中返回信源节点,信源节点,中继节点和信宿节点即了解所有信道的RTS包信噪比信息；信源计算出自己的优化发射功率向中继广播信号,中继节点接收信号归一化后,采用放大转发协议,构成线性弥散码的结构,以优化发射功率向信宿发射信号；所述信宿接收端也可计算出信源和每个中继的发射功率,结合此信息采用最大释然或球形译码算法进行解码。该专利技术降低系统的中断概率,改善了接收端的误码率性能。中国专利申请号201510342441.4，公开日2015年6月19日，公开了一份名称为一种网络定位中基于联盟博弈的功率分配方法，其包括：以几何精度因子作为定位精度的性能指标，在节点功率分配满足一定公平性原则的前提下，构建了基于联盟的无线传感器网络定位功率消耗优化模型，并给出了几何精度因子的具体表达式；针对几何精度因子值计算复杂的问题，通过设计联盟博弈的形成算法、求解该优化模型的效用函数，提出优化模型的改进模型。该公开材料在保证定位精度的前提下，提出一种求解联盟和功率分配的分布式测量方法。总的来说，申请号200810240745.X的公开材料考虑一种使得节点间通信功率最小的功率控制放过，降低了能耗，但是没有从最大化网络吞吐量的角度讨论用户的性能。申请号200810059953.X的公开材料考虑降低通信节点之间的中断概率，没有考虑协作带来的附加性能增益。申请号201510342441.4的公开材料考虑基于博弈思想的功率分配方法，但是没有考虑算法复杂度和实时运算的要求。
技术实现思路
针对现有的无线传感网络节点和网关功率分配方法未充分考虑能量采集因素带来的性能改善、联合功率控制的性能优化、低复杂度算法实际应用等问题，本专利技术提出一种无线传感网非实时数据传输的节点和网关功率分配方法，在综合考虑联合数据传输节点和网关的联合功率控制，结合能量采集技术带来的节能方案，辅助低复杂度迭代算法，最大化通信用户间网络性能。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种无线传感网非实时数据传输的节点和网关功率分配方法，包括：步骤1:系统场景分析，问题归结；场景中有一个能量采集的传感器节点A，一个能量采集的网关节点R和一个目标通信传感器节点B，考虑能量采集的传感器节点A和目标通信传感器节点B之间的不存在直达路径，必须通过一个能量采集的网关节点R协作转发信息，能量采集的网关节点R采用DF工作方式，一个传输过程包括N个数据块，假设能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R占用相等的带宽W，考虑该场景下的能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R的功率指派问题；同时假设用于能量采集的电池容量足够大，除了用于传输消耗的能量忽略不计，在传输每一次的数据块时总的能量约束方程必须满足：Σi=1kPA(i)≤1WΣi=1kEA(i),Σi=1kPR(i+1)≤1WΣi=1kER(i+1),k=1,...,N.]]>其中：PA(i)表示能量采集的传感器节点A发送第i个数据块时分配的功率，EA(i)表示能量采集的传感器节点A在i个传输时隙内采集到的功率，PR(i+1)表示中继站R在第i+1个时隙转发第i个数据块时分配的功率，ER(i+1)表示中继站R在i+1个传输时隙内采集到的功率，信道的输入输出关系满足：yar(i)=harxa(i)+nr(i),yab(i)=habxa(i)+nb(i),yrb(i+1)=hrbxr(i+1)+wb(i+1).]]>其中，xa(i)和xr(i+1)分别表示能量采集的传感器节点A在第i个时隙以及中继站R在第i+1个时隙发送的信号，yar(i)表示能量采集的网关节点R在第i个时隙的接收信号，yab(i)和yrb(i+1)分别表示目标通信传感器节点B在第i个时隙以及第i+1个时隙的接收信号，har表示能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R之间的信道功率增益，hab表示能量采集的传感器节点A和目标通信传感器节点B之间的信道功率增益，hrb表示能量采集的网关节点R和目标通信传感器节点B之间的信道功率增益，nr(i)表示目标通信传感器节点B在第i时隙的接收信号噪声，nb(i)和wb(i+1)分别表示目标通信传感器节点B在第i时隙以及第i+1时隙的接收信号噪声，接收信噪比分别满足：γar(i)＝PA(i)har,γab(i)＝PA(i)hab,γrb(i+1)＝PR(i+1)hrb.其中，γar(i)表示能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R之间第i时隙的接收信噪比，γab(i)和γrb(i+1)分别表示目本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无线传感网非实时数据传输的网关功率分配方法，其特征在于，包括：步骤1:系统场景分析，问题归结；场景中有一个能量采集的传感器节点A，一个能量采集的网关节点R和一个目标通信传感器节点B，考虑能量采集的传感器节点A和目标通信传感器节点B之间的不存在直达路径，必须通过一个能量采集的网关节点R协作转发信息，能量采集的网关节点R采用DF工作方式，一个传输过程包括N个数据块，假设能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R占用相等的带宽W，考虑该场景下的能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R的功率指派问题；同时假设用于能量采集的电池容量足够大，除了用于传输消耗的能量忽略不计，在传输每一次的数据块时总的能量约束方程必须满足：其中：PA(i)表示能量采集的传感器节点A发送第i个数据块时分配的功率，EA(i)表示能量采集的传感器节点A在i个传输时隙内采集到的功率，PR(i+1)表示中继站R在第i+1个时隙转发第i个数据块时分配的功率，ER(i+1)表示中继站R在i+1个传输时隙内采集到的功率，信道的输入输出关系满足：其中，xa(i)和xr(i+1)分别表示能量采集的传感器节点A在第i个时隙以及中继站R在第i+1个时隙发送的信号，yar(i)表示能量采集的网关节点R在第i个时隙的接收信号，yab(i)和yrb(i+1)分别表示目标通信传感器节点B在第i个时隙以及第i+1个时隙的接收信号，har表示能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R之间的信道功率增益，hab表示能量采集的传感器节点A和目标通信传感器节点B之间的信道功率增益，hrb表示能量采集的网关节点R和目标通信传感器节点B之间的信道功率增益，nr(i)表示目标通信传感器节点B在第i时隙的接收信号噪声，nb(i)和wb(i+1)分别表示目标通信传感器节点B在第i时隙以及第i+1时隙的接收信号噪声，接收信噪比分别满足：γar(i)＝PA(i)har,γab(i)＝PA(i)hab,γrb(i+1)＝PR(i+1)hrb.其中，γar(i)表示能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R之间第i时隙的接收信噪比，γab(i)和γrb(i+1)分别表示目标通信传感器节点B在第i时隙以及第i+1时隙的接收信噪比，定义新的能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R的能量和功率曲线为：定义新的信道增益：重新改写信道模型的表达式如下：步骤2:系统数学模型建立；在DF中继的传输模式下，当第i个数据块被传输时，必须满足其中RB(i+1)表示能量采集中继站R第i+1时隙的分割速率，C(PR(i+1))表示第i+1时隙能量采集中继站R的容量，结合R(i)＜C(PA(i))，传感器节点A通过网关节点R的转发传输第i个数据块的可达速率是：R(i)＝min{C(PA(i)),RB(i+1)}＝RB(i+1),i＝1,...N,进一步我们可以获得考虑一个N个数据块的传输过程，归结出平均吞吐量最大化问题如下：步骤3:忽略网关节点R的情况下获得最优传感器节点A的功率分配；其相应的子问题P2归结为：步骤4:忽略传感器节点A的情况下获得最优的能量采集的网关节点R功率分配；相应的子问题归结为P3：...
【技术特征摘要】
1.一种无线传感网非实时数据传输的网关功率分配方法，其特征在于，包括：步骤1:系统场景分析，问题归结；场景中有一个能量采集的传感器节点A，一个能量采集的网关节点R和一个目标通信传感器节点B，考虑能量采集的传感器节点A和目标通信传感器节点B之间的不存在直达路径，必须通过一个能量采集的网关节点R协作转发信息，能量采集的网关节点R采用DF工作方式，一个传输过程包括N个数据块，假设能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R占用相等的带宽W，考虑该场景下的能量采集的传感器节点A和能量采集的网关节点R的功率指派问题；同时假设用于能量采集的电池容量足够大，除了用于传输消耗的能量忽略不计，在传输每一次的数据块时总的能量约束方程必须满足：其中：PA(i)表示能量采集的传感器节点A发送第i个数据块时分配的功率，EA(i)表示能量采集的传感器节点A在i个传输时隙内采集到的功率，PR(i+1)表示中继站R在第i+1个时隙转发第i个数据块时分配的功率，ER(i+1)表示中继站R在i+1个传输时隙内采集到的功率，信道的输入输出关系满足：其中，xa(i)和xr(i+1)分别表示能量采集的传感器节点A在第i个时隙以及中继站R在第i+1个时隙发送的信号，yar(i)表示能量采集的网关节点R在第i个时隙的接收信号，yab(i)和yrb(i+1)分别表示目标通信传感器节点B在第i个时隙以及第i+...
【专利技术属性】
技术研发人员：辛建芳，
申请(专利权)人：辛建芳，
类型：发明
国别省市：安徽;34
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。