[發明專利]一種基于幾何學概率的無線傳感器網絡能耗估計模型的建模仿真方法

有效

• 申請號: 201610149164.X
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105704735B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 王昌征;毛劍琳;付麗霞;郭寧;曲蔚賢
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H04W24/00
• 分類號: H04W24/00;H04L12/24;H04W84/18
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本發明涉及一種基于幾何學概率的無線傳感器網絡能耗估計模型的建模仿真方法，屬于計算機仿真技術領域。本發明在規定區域內和規定通信方式下隨機播撒無線傳感器節點，得到節點間通信距離的理論概率分布函數及其擬合函數；引入半Markov鏈的節點能耗模型，得到與時間有關的無線傳感器網絡的能耗功率計算公式；根據節點之間距離的數學期望，加入節點能量計算模型，根據節點在四種狀態下的能耗比例和能耗功率計算公式，得到無線傳感器網絡的能耗估計函數；通過仿真獲得無線傳感器網絡的能耗估計函數圖像，且過蒙特卡羅模擬方法得到能耗估計函數的擬合圖像。本發明將節點間通信距離的概率分布函數與能耗的計算相結合，得到無線傳感器網絡的總能耗。

技術領域

本發明涉及一種基于幾何學概率的無線傳感器網絡能耗估計模型的建模仿真方法，屬于計算機仿真技術領域。

背景技術

無線傳感器網絡是由數量眾多的無線傳感器網絡節點構成的，絕大多數的無線傳感器節點一旦布置好就不會輕易的移動，處于一個無人看管的狀態，因此傳感器節點基本無法通過更替電池的形式來補充新的能源。對于無線傳感器網絡能耗的研究就變得越來越重要。

在任意的一個無線傳感器網絡，根據其基本的節點間距離建立一種幾何模型，用來分析無線傳感器網絡例如k個相鄰節點之間的能耗、路徑的損耗和數據的傳輸等性能指標。這樣可以得到更好的優化配置策略，以便提高無線傳感器網絡的能量傳遞率、減少傳輸路徑的損耗。無線傳感器網絡的節點分布對于無線傳感器網絡的壽命長短有著重要的作用。通過對節點分布的優化，我們可以達到對無線傳感器網絡能耗的最優規劃，實現能耗的最優配置。

在以前的研究中，大多是通過正方形和長方形等普遍的區域對無線傳感器能耗進行研究。有學者研究表明，在正六邊形的幾何模型下對無線傳感器網絡性能就行分析比在正方形和長方形的幾何模型下研究更加接近真實的情況。本發明通過正六邊形幾何模型作為研究區域的方法，考慮節點的狀態，提出了一種能耗估計模型。通過能耗估計模型對無線傳感器網絡的總能耗進行估計，為大規模無線傳感器網絡能耗的預測與估計提供理論依據。

發明內容

本發明提供了一種基于幾何學概率的無線傳感器網絡能耗估計模型的建模仿真方法，以用于解決大規模無線傳感器網絡的能耗估計問題。

本發明的技術方案是：一種基于幾何學概率的無線傳感器網絡能耗估計模型的建模仿真方法，首先在規定區域內和規定通信方式下隨機播撒無線傳感器節點，得到節點間通信距離的理論概率分布函數及其擬合函數；引入半Markov鏈的節點能耗模型，得到與時間有關的無線傳感器網絡的能耗功率計算公式；然后根據節點之間距離的數學期望，加入節點能量計算模型，根據節點在四種狀態下的能耗比例和能耗功率計算公式，得到無線傳感器網絡的能耗估計函數；最后通過仿真獲得無線傳感器網絡的能耗估計函數圖像，蒙特卡羅模擬方法得到能耗估計函數的擬合圖像。

所述方法的具體步驟如下：

Step1、節點間通信距離的理論概率分布函數的獲得：

在規定區域內和規定通信方式下隨機播撒無線傳感器節點，通過幾何積分的方法獲得理論概率分布函數為u₁(d)或者u₂(d)，對理論概率分布函數通過蒙特卡羅模擬方法分別得到其擬合函數；

所述規定區域為單個正六邊形時的擬合函數u₃(d)的公式為：

所述規定區域為兩個相鄰正六邊形時的擬合函數u₄(d)的公式為：