[發明專利]一種礦井巷道無線傳感網絡傳輸容量下界的計算方法

有效

• 申請號: 201310503056.4
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103546910B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 胡圣波;舒恒
• 申請（專利權）人: 貴州師范大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種礦井巷道無線傳感網絡傳輸容量下界的計算方法，其特征在于：按照以下步驟進行計算，

(1)、基于隨機幾何理論，建立適合礦井巷道無線傳感網絡的二維簇模型和對數正態信道模型：

煤礦巷道無線傳感網絡采用分層簇形無線傳感網絡拓撲，由傳感節點、中繼節點和Sink節點組成，傳感節點空間位置隨機部署并成泊松分布，中繼節點和Sink節點空間位置固定部署；傳感節點自動采集數據，多個傳感節點形成一個簇，中繼節點為該簇簇頭；簇中傳感節點采集的數據經對應的中繼節點傳遞到Sink節點，中繼節點間可以相互通信也可直接與Sink節點相連；Sink節點完成瓦斯數據的處理；

煤礦巷道無線傳感網絡信道采用對數正態陰影模型；假設傳感節點位置在平面上呈強度為λ的齊次泊松分布，在時刻T，試圖與中繼節點通信的傳感節點位置集合為{X_i∈R²，i∈Z₊}，設所有傳感節點發射功率都為P_tx，傳感節點與中繼節點相距d，則中繼節點接收到的傳感節點信號功率為：式中：K是反映傳感節點和中繼節點天線性能的參數，α是信道衰落因子，d_ref是參考距離，Ψ是對數正態隨機變量，其概率密度函數為：fΨ(Ψ)=10/ln102πσexp{-(10log10)2Ψ2σ2},]]>Ψ∈R₊，推得：E[Ψ]=e(ln1010)212σ2,]]>式中E[Ψ]是隨機變量Ψ的數學期望，E[Ψ²]是隨機變量Ψ²的數學期望；

(2)、采用隨機幾何理論中的Palm分布，建立適合礦井巷道無線傳感網絡的信號干擾模型：

無線傳感網絡的干擾特性，主要考慮傳感節點分布和信道傳輸衰落特性；假設Φ(λ)＝{(X_i，Ψ_i)，i∈Z₊}是空間強度為λ的齊次標點泊松過程，{X_i}是某個時刻發射傳感節點位置，標點{Ψ_i}是第i個傳感節點和位于坐標原點處中繼節點間的影子項；標點間相互獨立，與相關位置X_i也獨立；設中繼節點與Sink節點直接相連，正常通信傳感節點與中繼節點間距離為固定值r_tx，則中繼節點正常接收到的信號強度坐標原點處中繼節點間距離；

(3)、采用Campbell定理和Markov不等式，得到礦井巷道無線傳感網絡傳輸容量下界：

假設由于干擾使得中繼節點與正常通信傳感節點間的中斷率為ε，ε∈(0，1)，按照Gupta和Kumar的定義，無線傳感網絡的傳輸容量c(ε)為：c(ε)＝λ(ε)(1-ε)，式中，λ(ε)是企圖正常通信的傳感節點的空間密度；設引起通信中斷的信擾比SIR的門限值為β，即如果中繼節點信擾比SIR值小于β通信將中斷，則通信中斷率為：由于Ψ_i和Ψ_o是同參數σ的獨立對數正態隨機變量，所以新的隨機變量Ψ′_i＝Ψ_i/Ψ_o是參數為的對數正態隨機變量；

由c(ε)＝λ(ε)(1-ε)可知，傳輸容量與λ(ε)成正比；λ(ϵ)=sup{λ:P(ΣΨi′Ri-α≥γ)≤ϵ};]]>由Campbell定理，隨機變量的期望值為：E(Σi∈Φ(λ)′Ψi′Ri-α)=E(Ψi′)λ∫R2Ri-α(dx),]]>通過極坐標變換，式中，只有α＞2時，積分存在，因此：E(Σi∈Φ(λ)′Ψi′Ri-α)=2πα-2E(Ψi′)λ,]]>由Markov不等式可得：λ(ϵ)≥sup{λ:2πλE(Ψ′)(α-2)/γ≤ϵ},]]>求解上述方程得：2πλE(Ψ′)(α-2)/γ=ϵ,]]>求得λ(ε)的下界為：λ=(α-2)ϵ2πλγE(Ψ′),]]>考慮到E[Ψ′]=e(ln1010)2σ2,]]>得：λ=(α-2)ϵ2πλγexp[(ln10/10)2]σ2,]]>則傳輸容量的下界為：λ=(α-2)(1-ϵ)ϵ2πλγexp[(ln10/10)2]σ2.]]>

2.根據權利要求1所述的礦井巷道無線傳感網絡傳輸容量下界的計算方法，其特征在于：步驟(2)中，當||X_i||＜d_rer＝1時，認為中繼節點可以刪除干擾傳感節點的影響。