本发明专利技术公开了一种无线传感器网络协作功率分配方法，该无线传感器网络包括节点ni(nj)至其目的节点di(dj)间的信道i(信道j)，相对于节点nj(ni)而言，节点ni(nj)离目的节点dj(di)更近,设节点ni(nj)在传输数据给其目的节点di(dj)时需要节点nj(ni)的协作。引入博弈理论，定义博弈空间为：参与者，数据源节点，协作节点和目的节点，假设参与协作的节点数为1到k；参与者的信息集，系统的信息集为参与者的总功率，信道衰减模型；策略空间，节点对于自身功率的分配策略，主要是用于协作的功率占总功率的比例；在系统中定义Ti为节点分配用于协作传输的功率比例。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物联网
，特别涉及一种无线传感器网络协作功率分配方法。
技术介绍
无线传感器网络(WSNs)是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合智能信息处理系统，广泛用于农业，军事，医疗，环境监测等领域[1，7-8]。WSNs中，节点一般采用电池供电，由于其工作一般都是在人员很难接近的场所，能源不能及时供给，再加上可再生能源技术应用到实际目前还不成熟，所以节点如何提高功率利用率这一问题一直是无线传感器领域研究的热点。目前已有大量的研究关于此问题。文献[2-3]根据WSNs的成员结构与CDMA的基站移动台结构的相似性，目标函数以节点剩余功率为主要考虑因素,对节点功率利用率进行优化。文献[4]采用分布式的功率控制方法提出分布式的功率控制框架。在CDMA功率控制模型中提出一个基于信噪比的基本效用函数和定价因子。但欠缺对远近公平性因素的考虑，而且研究的对象仅一个蜂窝小区，对于规模更大功率控问题没有做详细深入的探讨。文献[6]通过引入不同的代价机制以保证公平性。文献[5]建立任务调度的完全信息静态博弈模型，获取节点的最优发送概率，从而有效均衡网络节点的能耗，延长网络的生存时间。但是算法没有考虑节点的自私性，没有采取有效奖励制度来激励节点参与协作。然而在无线传感器网络协作通信过程中协作节点若因为其自私性而拒绝参与协作，这将给整个系统带来瘫痪性危害。因而，设计有效的协作模式激励用户节点参与协作，均衡无线传感器网络的能量损耗是非常重要的。现有技术参考文献如下。[1]李飞飞.吴华瑞,张香玲.基于博弈理论的农田能量异构网络节点协同资源利用[J].传感器技术学报.2015,28(11):1695-1701LiFF,WuHR,ZhangXL.CollaborativeResourceUtilizationofEnergyHeterogeneousWSNBasedonGameTheory[J].ChineseJournalofSensorsandActuators.015,28(11):1695-1701[2]郑耿忠,刘三阳,齐小刚.基于非合作博弈的无线传感器网络功率控制研究[J].控制与决策.2011.26(7):1014-1018ZhengGZ,LiuSY,QiXG.StudyonPowerControlofWirelessSenorNetworksBasedonNon-cooperativeGame[J].ControlandDecision,2011.26(7):1014-1018[3]贺云璐,张新,郭洪尧,张雯.无线传感器网络能量均衡路由博弈算法[J].半导体光电.2014,35(2):313-317HeYL,ZhangX,GuoHY,ZhangW.WirelessSensorNetworkEnergyBalancingRoutingAlgorithmBasedonGameTheory[J].SemiconductorOptoelectronics.2014,35(2):313-317[4]曾加，慕春棣.传感器网络非合作博弈功率控制及其仿真[J].计算机工程.2008.34(10):1-3ZengJ,MuCL.PowerControlandSimulationonNon-cooperativeGameinWirelessSenorNetworks[J].ComputerEngineering.2008.34(10):1-3[5]林晓辉,于洁琼,陈彬.基于博弈论的无线传感器网络能耗均衡[J].广西大学学报自然科学.2012.37(6):1150-1157LinXH,YuJQ,ChenB.AGameTheoryBasedApproachtoBalancingtheEnergyConsumptioninWirelessSensorNetwork[J].JournalofGuangxiUniversity:NatSciEd:2012.37(6):1150-1157[6]刘帅,廖晓群.基于博弈论的传感器网络功率控制算法模型[J].煤炭技术.2011.30(1):138-140LiuSh,LiaoXQ.PowerControlModelBasedonGameTheoryofTheSensorNetworks[J].CoalTechnology.2011.30(1):138-140[7]张雷.地下车库通风排烟设计探讨[J].暖通空调.2011,41(6):65-68ZhangL.VentilationandSmokeControlDesigninUndergroundGarage[J]..2011,41(6):65-68[8]郝晓辰,姚宁,汝小月,刘伟静,辛敏洁.基于生命期模型的无线传感器网络信道分配博弈算法[J].物理学报.2015,64(14):14010111-14010111HaoXCh,YaoN,RuXY,LiuWJ,XinMJ.ChannelAllocationGameAlgorithmBasedOnLifetimeModelinWirelessSensorNetwork[J].ActaPhys.Sin.2015,64(14):14010111-14010111
技术实现思路
本专利技术提出一种无线传感器网络协作功率分配方法。一种无线传感器网络协作功率分配方法，该无线传感器网络包括节点ni(nj)至其目的节点di(dj)间的信道i(信道j)，相对于节点nj(ni)而言，节点ni(nj)离目的节点dj(di)更近,设节点ni(nj)在传输数据给其目的节点di(dj)时需要节点nj(ni)的协作，令信道高斯白噪声的方差为σ2，节点发射的最大功率为p，令pi[t]为第i个节点在t阶段的发送功率，节点ni到节点nj的信道增益表示为表示在第1个阶段节点i到di的信道增益，节点间信号传输过程包括以下步骤：步骤1，节点ni广播其信号，节点nj和节点di都接收信息，分别为：和其中是Xi表示节点ni发送的信号，和是信道的加性高斯白噪声；步骤2，节点nj放大步骤1接收的信息，并向di转发，di接收到由此过程产生的信噪比为：di收到的总信噪比为：其中是di在阶段1直接数据传输所能获得的性噪比，引入博弈理论，定义博弈空间为：参与者：数据源节点，协作节点和目的节点，假设参与协作的节点数为1到k；参与者的信息集：系统的的信息集为参与者的总功率，信道衰减模型；策略空间：节点对于自身功率的的分配策略，主要是用于协作的功率占总功率的比例；在系统中定义Ti为节点分配用于协作传输的功率比例,即，定义博弈模型的效用函数为信道容量，对于信道i而言信道容量为：将(3)和(5)带入到(6)中得：这是对于单个节点的效益函数，这是通过协作达到的信道容量，如果直接传输，达到的信道容量为：式(8)中，对于自私的协作节点，在Ci大于Cmin节点i才会参与协作，采用合作博弈模型的系统的效益函数为：U＝Ci*Cj(9)在协作博弈C＝{K,Q本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无线传感器网络协作功率分配方法，该无线传感器网络包括节点ni(nj)至其目的节点di(dj)间的信道i(信道j)，相对于节点nj(ni)而言，节点ni(nj)离目的节点dj(di)更近,设节点ni(nj)在传输数据给其目的节点di(dj)时需要节点nj(ni)的协作，令信道高斯白噪声的方差为σ2，节点发射的最大功率为p，令pi[t]为第i个节点在t阶段的发送功率，节点ni到节点nj的信道增益表示为表示在第1个阶段节点i到di的信道增益，节点间信号传输过程包括以下步骤：步骤1，节点ni广播其信号，节点nj和节点di都接收信息，分别为：和其中是Xi表示节点ni发送的信号，和是信道的加性高斯白噪声；步骤2，节点nj放大步骤1接收的信息，并向di转发，di接收到由此过程产生的信噪比为：di收到的总信噪比为：其中是di在阶段1直接数据传输所能获得的性噪比，其特征在于，引入博弈理论，定义博弈空间为：参与者：数据源节点，协作节点和目的节点，假设参与协作的节点数为1到k；参与者的信息集：系统的的信息集为参与者的总功率，信道衰减模型；策略空间：节点对于自身功率的的分配策略，主要是用于协作的功率占总功率的比例；在系统中定义Ti为节点分配用于协作传输的功率比例,即，定义博弈模型的效用函数为信道容量，对于信道i而言信道容量为：将(3)和(5)带入到(6)中得：这是对于单个节点的效益函数，这是通过协作达到的信道容量，如果直接传输，达到的信道容量为：式(8)中，对于自私的协作节点，在Ci大于Cmin节点i才会参与协作，采用合作博弈模型的系统的效益函数为：U＝Ci*Cj (9)在协作博弈C＝{K,Q}中，节点ni和节点nj的支付空间定义如下：C＝{K,Q}有唯一的纳什议价解的充要条件是:Q是QK闭、凸子集，从式(7)和式(10)得知，Q是一个闭集，求出博弈C＝{K，Q}的纳什议价解NBS：式(11)中存在两个可调参数Ti和Tj。...
【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络协作功率分配方法，该无线传感器网络包括节点ni(nj)至其目的节点di(dj)间的信道i(信道j)，相对于节点nj(ni)而言，节点ni(nj)离目的节点dj(di)更近,设节点ni(nj)在传输数据给其目的节点di(dj)时需要节点nj(ni)的协作，令信道高斯白噪声的方差为σ2，节点发射的最大功率为p，令pi[t]为第i个节点在t阶段的发送功率，节点ni到节点nj的信道增益表示为表示在第1个阶段节点i到di的信道增益，节点间信号传输过程包括以下步骤：步骤1，节点ni广播其信号，节点nj和节点di都接收信息，分别为：和其中是Xi表示节点ni发送的信号，和是信道的加性高斯白噪声；步骤2，节点nj放大步骤1接收的信息，并向di转发，di接收到由此过程产生的信噪比为：di...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵静，吕红芳，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31
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