【技术实现步骤摘要】
一种基于随机梯度下降的水下无线传感网络资源分配方法
[0001]本专利技术涉及通信
，尤指一种基于随机梯度下降的水下无线传感网络资源分配的实现方法。
技术介绍
[0002]海洋对人类社会的发展有重要的意义，目前迫切的需要对海洋进行有效监测，水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Network,UWSN)作为海洋监测的一项重要技术，在军事和民生领域均有着非常广泛的应用前景，近年来受到了世界各国的关注。UWSN属于无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的一种，由水下传感器节点和基站组成，这些节点能在其覆盖范围内感知某些信号，对信号进行初步处理后传递给所需用户。传感器负责采集温度、PH值、压力和声音等各种信号，并将其传递给处理器。处理器将传感器采集的数据进行处理，将其储存在存储器或者通过调制解调器发送给UWSN中的其他节点。电池需对传感器节点中的各单元供能。由于无线电波在水下的衰减很快，传播距离有限，目前水下节点间的通信主要是借助水下声波来完成，水声通信信...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于随机梯度下降的水下无线传感网络资源分配方法其特征在于，包括以下步骤：第一步：本发明考虑实际网络速率约束、功率约束和能量归还等约束,针对水下无线传感网络(UWSN)采用多归属技术，在能量借还机制的情况下，以通信系统吞吐量最大化为目标，建立了适用于能量借还和数据传输安排的水下传感网络资源分配优化模型；第二步：本文所提改进随机梯度下降方法在每次迭代过程中不需要遍历所有数据，只随机选取一个样本求梯度，进行权重向量的迭代更新，避免了梯度算法计算样本均值期望的方向搜索过程，计算其相应梯度：在更新权重参数时保留之前的更新方向，利用当前数据梯度微调最终更新方向；第三步：将改进的随机梯度下降法应用到水下无线传感网络资源分配问题中，提出一种基于改进随机梯度下降法的水下无线传感网络资源分配优化方法，可有效地降低节点能耗，提高了无线传感器网络的生存时间和网络服务质量。2.按照权利要求1所述的一种基于随机梯度下降的水下无线传感网络资源分配方法，其特征在于，第一步具体包括：本发明采用时隙循环传输通信系统所需的传输数据包，并以N时隙为一个时隙循环；对于水下无线传感通信系统所传输的数据包，表示节点k在第n时隙内的传输功率，为了尽量避免能量的浪费，其约束条件为：式中节点总个数为K，P
max,k
表示为节点k的最大功率；在每个循环时隙开始时，统一传输上一时隙所累积的数据包；为在第n时隙开始时所采集的能量，为在此时隙开始时能量采集供能系统从传统电网供能系统中所借取的能量；假设在第n时隙，能量采集供能系统所能够还取的所有能量的上限为因为此系统为借还系统，即先借取能量再还取能量，所以需要大于0；需满足：为了保证传统电网供能系统的利益，在传输数据截止时间之前，能量采集供能系统需要还取所有借取的能量；在最后一个时隙(第N时隙)满足：充分考虑采集能量的不稳定性，假设在第n时隙中，不同时隙之间信道的变化相互独立，发送端与接收端之间的信道链路增益G
k
(d0)为一个常数；σ表示带宽范围内基站接收的背景噪声，通常看作是高斯白噪声；在第n时隙的传输速率为:由于水下节点之间的连接是相互独立的，引入用户连接指数λ
k
：
在用户连接指数基础上，对传输速率做出如下约束：ν
k
表示每个节点的最低速率要求；UWSN通信系统在截止时间时总的吞吐量为：式中M为信道总数；对于每个时隙，可以用来传输数据的能量不能超过发送端的储能电池中的能量，定义能量因果约束：式中Ψ为能量参数，为能量采集供能系统从传统电网供能系统中的采集能量消耗，用户连接指数λ
k
＝{0,1}是离散的，求解困难；为解决这个问题，对节点约束进行松弛，把节点约束替换为0≤λ
k
≤1，由此可得UWSN通信系统吞吐量最大化资源分配方法的优化模型为：为：为：为：为：为：为：为：式中最后一个约束表示分配功率需要大于等于零。3.按照权利要求1所述的一种基于随机梯度下降的水下无线传感网络资源分配方法，
其特征在于，第二步具体包括：梯度下降算法(Gradien...
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