一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法，包括：构建无线体域网系统模型；基于博弈论的接入策略，计算无线体域网系统模型中各节点间接入过程的系统能耗；基于各节点接入过程的系统能耗，确定无线体域网系统模型的能耗函数；在接入节点连接状态处于固定状态时，采用凸优化方法对所述无线体域网系统的接入资源分配策略进行优化；在接入节点关联传感器节点和用户，且形成联盟博弈状态时，采用博弈论方法对所述无线体域网系统模型的接入资源分配策略进行优化。本发明专利技术利用博弈论相关知识的同时，结合不同传感器获取信息量的不同权重进行资源分配，能够降低整个系统的能量消耗，延长系统的生命周期。延长系统的生命周期。延长系统的生命周期。

【技术实现步骤摘要】
一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法


[0001]本专利技术涉及无线体域网接入及网络资源分配
，更具体的说是涉 及一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法。

技术介绍

[0002]无线体域网是一种新兴的通信类技术，可以实现全天候全地形救援和军 事活动，也可以应用于无处不在的医疗保健服务。由于能量收集和传感器硬 件的进步，无线体域网及其相关应用已变得可行。在救援活动和军事活动方 面，近年来地球生态环境的不断恶化，也使得因自然灾害频繁发生的救援活 动更加困难。就其在医疗保健方面的应用而言，新型冠状病毒具有高度传染 性，与它直接接触的医护人员容易受到感染，从而导致交叉感染。迄今为止， 新型冠状病毒尚未消除。可见，我们需要基于无线体域网的智能可穿戴设备 等远程智能医疗设备来提高入院率和治愈率，从而降低感染率和死亡率。
[0003]传感器节点感知各种生理信息，包括体温、心率、血压、血糖、排汗量、 心电图和脑电图。然后将收集到的生理数据传送到汇聚节点进行进一步处理。 汇聚节点通过互联网将接收到的信息转发到远程数据库服务器或“医疗云
”ꢀ
平台，从而使医生和各类作战指挥员在不中断正常活动的情况下获取实时和 过去的生理信息。
[0004]目前，在多传感器多人体模型或多网络系统等复杂场景中面临以下挑战 和困难：
[0005]1)在多点、多人组成的传感器网络的复杂场景中，无线体域网具有独特 的特点：(1)传感器节点数量多，形成方式自由。无线网络传感器的构建不 受任何外部条件的限制。一旦建设完成，就是一个功能齐全的无线网络传感 器网络；(2)网络拓扑结构不确定。从网络层次来看，由于人类活动和人体 姿态的特殊性，无线传感器的网络拓扑结构是多变的。然而，多人多点无线 体域网的独特功能尚未得到全面研究。因此，有必要根据多人多点无线体域 网的独特特征设计多人多点无线体域网模型。
[0006]2)建模量化的能耗控制机制：无线体域网是无线传感器网络的一种，系 统的整体能耗决定了系统的生命周期。在无线体域网中，传感器节点由人佩 戴或植入人体，这意味着传感器节点必须尽可能小，因此它们的电池尺寸是 有限的。在大多数情况下，充电或更换电池是不方便的。因此，能源效率是 延长无线体域网系统生命周期的关键问题。
[0007]除此之外，国内外针对无线体域网整个传输过程中的接入问题，缺乏利 用博弈论来解决该问题的相关研究。
[0008]因此，如何提供一种在利用博弈论相关知识的同时，结合不同传感器获 取信息量的不同权重进行资源分配，且能降低整个系统的能量消耗，延长系 统的生命周期的基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法是本领域技术 人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配 方法，利用博弈论相关知识的同时，结合不同传感器获取信息量的不同权重 进行资源分配，能够降
低整个系统的能量消耗，延长系统的生命周期。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法，包括以下步骤：
[0012]构建无线体域网系统模型，基于所述无线体域网系统模型及相应信道环 境参数，构建路径衰减模型；所述路径衰减模型用于模拟所述无线体域网系 统模型中从传感器采集信息到接入节点，从接入节点到用户的信息传输过程；
[0013]基于博弈论的接入策略，计算所述无线体域网系统模型中各节点间接入 过程的系统能耗；
[0014]基于各节点接入过程的系统能耗，确定所述无线体域网系统模型的能耗 函数，并利用所述能耗函数确定所述无线体域网系统的接入资源分配策略；
[0015]在接入节点连接状态处于固定状态时，采用凸优化方法对所述无线体域 网系统的接入资源分配策略进行优化；在接入节点关联传感器节点和用户， 且形成联盟博弈状态时，采用博弈论方法对所述无线体域网系统模型的接入 资源分配策略进行优化。
[0016]优选的，在上述一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法中， 所述路径衰减模型PL(d
i
)的表达式为：
[0017][0018]其中，α表示由多径效应引起的路径损耗指数，d'表示参考距离，PL'表 示参考距离d'的路径损耗，d
i
表示节点间的距离变量，假设所有信道都在准静 态平坦衰落下，并且信道参数在一个时隙内信道系数保持不变，不同时隙内 系数相同；发射功率P
t
与接收功率P
r
的关系为：
[0019][0020]其中，G
t
和G
r
表示发射天线和接收天线的增益，λ表示波长。
[0021]优选的，在上述一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法中， 利用下式计算接入节点与传感器之间的信道增益：
[0022][0023]其中，表示接入节点与传感器之间的参考距离，表示从传感器M
A
到接入节点N的体表通道增益；
[0024]利用下式计算接入节点与用户之间的信道增益：
[0025][0026]其中，表示接入与用户间的通信频率，表示接入节点与用户间的 参考距
离，这两个参数可以根据用户的类型来设定；表示来自用户M
B
与 接入节点N间的信道增益。
[0027]优选的，在上述一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法中， 所述无线体域网系统模型包含多个类型的节点，分别为若干不同类型的传感 器节点M
A
、接入节点N和用户M
B
，对应的集合分别表示为M
A
＝{1,2，...,m
A
}、 M
B
＝{1,2，...,m
B
}、N＝{1,2,...,n}。
[0028]优选的，在上述一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法中， 所述无线体域网系统模型中各节点间接入过程的系统能耗的计算过程为：
[0029]利用下式计算传感器节点与接入节点接入过程的信息量；
[0030][0031]其中，表示接入节点和传感器之间的信道容量，表示特定传感器 向特定接入节点发送数据所需的时间；
[0032]利用下式计算接入节点与用户接入过程的信息量；
[0033][0034]其中，表示接入节点和用户之间的信道容量，表示接入节点向目 标用户发送数据所需的时间；为二元变量，当时，表示某用户m
B
占 用某个接入节点n；
[0035]利用下式计算与某个传感器相连的接入节点的信噪比
[0036][0037]其中，表示环境的噪声，表示对于给定分配的频谱资源，传感器与 接入节点传输信息的发射功率；
[0038]基于香农定理描述信道传输速率R
mn
、带宽W和信噪比γ
mn
之间的关系， 如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：构建无线体域网系统模型，基于所述无线体域网系统模型及相应信道环境参数，构建路径衰减模型；所述路径衰减模型用于模拟所述无线体域网系统模型中从传感器采集信息到接入节点，从接入节点到用户的信息传输过程；基于博弈论的接入策略，计算所述无线体域网系统模型中各节点间接入过程的系统能耗；基于各节点接入过程的系统能耗，确定所述无线体域网系统模型的能耗函数，并利用所述能耗函数确定所述无线体域网系统的接入资源分配策略；在接入节点连接状态处于固定状态时，采用凸优化方法对所述无线体域网系统的接入资源分配策略进行优化；在接入节点关联传感器节点和用户，且形成联盟博弈状态时，采用博弈论方法对所述无线体域网系统模型的接入资源分配策略进行优化。2.根据权利要求1所述的一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法，其特征在于，所述路径衰减模型PL(d
i
)的表达式为：其中，α表示由多径效应引起的路径损耗指数，d'表示参考距离，PL'表示参考距离d'的路径损耗，d
i
表示节点间的距离变量，假设所有信道都在准静态平坦衰落下，并且信道参数在一个时隙内信道系数保持不变，不同时隙内系数相同；发射功率P
t
与接收功率P
r
的关系为：其中，G
t
和G
r
表示发射天线和接收天线的增益，λ表示波长。3.根据权利要求2所述的一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法，其特征在于，利用下式计算接入节点与传感器之间的信道增益：其中，表示接入节点与传感器之间的参考距离，表示从传感器M
A
到接入节点N的体表通道增益；利用下式计算接入节点与用户之间的信道增益：其中，表示接入与用户间的通信频率，表示接入节点与用户间的参考距离，这两个参数可以根据用户的类型来设定；表示来自用户M
B
与接入节点N间的信道增益。
4.根据权利要求1所述的一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法，其特征在于，所述无线体域网系统模型包含多个类型的节点，分别为若干不同类型的传感器节点M
A
、接入节点N和用户M
B
，对应的集合分别表示为M
A
＝{1,2，...,m
A
}、M
B
＝{1,2，...,m
B
}、N＝{1,2,...,n}。5.根据权利要求4所述的一种基于联盟博弈的无线体域网接入资源分配方法，其特征在于，所述无线体域网系统模型中各节点间接入过程的系统能耗的计算过程为：利用下式计算传感器节点与接入节点接入过程的信息量；其中，表示接入节点和传感器之间的信道容量，表示特定传感器向特定接入节点发送数据所需的时间；利用下式计算接入节点与用户接入过程的信息量；其中，表示接入节点和用户之间的信道容量，表示接入节点向目标用户发送数据所需的时间；为定义的二元变量，当时，表示某用户m
B
占用某个接入节点n；利用下式计算与某个传感器相连的接入节点的信噪比利用下式计算与某个传感器相连的接入节点的信噪比其中，表示环境的噪声，表示对于给定分配的频谱资源，传感器与接入节点传输信息的发射功率；基于香农定理描述信道传输速率R
mn
、带宽W和信噪比γ
mn
之间的关系，如下式所示：R
mn
＝Wlog2(1+γ
mn
)；利用下式计算某一周期内传感器与接入节点传输信息的发射功率利用下式计算某一周期内传感器与接入节点传输信息的发射功率其中，其中，为传输带宽，为传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡封晔，吕若洲，凌壮，那顺乌力吉，李志军，金驰，毛执，王婷婷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：