[發(fā)明專(zhuān)利]基于能量和傳輸?shù)臒o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710407571.0
• 申請(qǐng)日: 2017-06-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107257565B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮海林;董潔玉;馬琳;梁倫;齊小剛;雷花
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W24/10
• 分類(lèi)號(hào): H04W24/10;H04L12/24;H04W24/02;H04W40/04;H04W40/32;H04W84/18
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 俞曉明

1.一種基于能量和傳輸?shù)臒o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在M×M的平面目標(biāo)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)均勻地拋灑n個(gè)節(jié)點(diǎn)，基站在相互垂直的兩個(gè)方向上發(fā)射的具有等差性質(zhì)的信號(hào)，將網(wǎng)絡(luò)劃分為N個(gè)虛擬網(wǎng)格；

(2)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的基站信號(hào)判斷屬于哪些功率等級(jí)的網(wǎng)格中，并將自身的ID及能量信息進(jìn)行廣播，同時(shí)接收并比較其余節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息，判斷自身所在的簇及簇內(nèi)其余成員；

(3)各簇確定完成后，節(jié)點(diǎn)對(duì)接收的信息進(jìn)行比較，選擇簇內(nèi)剩余能量最大的節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前簇的簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)確定后對(duì)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次身份廣播；

(4)根據(jù)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)評(píng)估其能力，具體包括：

(4a)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)感知，并將感知數(shù)據(jù)發(fā)送到簇頭節(jié)點(diǎn)，假設(shè)節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻感知到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)服從參數(shù)為λ的泊松分布，由于簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行感知傳輸任務(wù)，因此其感知和傳輸數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)相同，即則簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的能耗分別為：

其中，E_s(l)為感知到一個(gè)長(zhǎng)度為l bit的數(shù)據(jù)所需能量，E_t(d,l)為節(jié)點(diǎn)傳輸一個(gè)長(zhǎng)度為lbit的數(shù)據(jù)所耗能量；

(4b)在節(jié)點(diǎn)工作各環(huán)節(jié)的能耗獲取后，計(jì)算其在某一時(shí)刻的剩余能量，分析剩余能量大于節(jié)點(diǎn)感知和發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)所需能量的概率，即為節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的瞬時(shí)可靠性：

整理后有

其中，E₀為節(jié)點(diǎn)的初始能量；

(5)簇頭節(jié)點(diǎn)的瞬時(shí)可靠性分析計(jì)算，具體包括：

(5a)每個(gè)簇中有m個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)應(yīng)用要求至少需要簇內(nèi)的k個(gè)節(jié)點(diǎn)正常工作且將數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)酱仡^，該簇才被認(rèn)為符合要求，即簇內(nèi)結(jié)構(gòu)可視為k-out-of-m結(jié)構(gòu)，由于簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)采用星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作，因此簇頭節(jié)點(diǎn)j將接收到數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為故而簇頭節(jié)點(diǎn)j接收數(shù)據(jù)所耗能量為：

其中，E_r(l)表示接收一個(gè)長(zhǎng)度為l bit的數(shù)據(jù)需要的能量；

(5b)簇頭節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，將p個(gè)數(shù)據(jù)融合處理為一個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算處理后的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)即為簇頭所發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，其所耗能量為：

其中，E_DA表示融合p個(gè)數(shù)據(jù)需要的能量；

(5c)根據(jù)剩余能量得出簇頭節(jié)點(diǎn)j的可靠性：

整理后有其中，

C＝E_s(l)+E_t(d,l)+E_r(l)+E_da-fu，

F＝(E_s(l)+lE_DA)+λE_t(d,l)+fE_r(l)+fE_DA

(6)針對(duì)簇內(nèi)星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用要求每個(gè)簇內(nèi)需要至少k個(gè)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)酱仡^，結(jié)合節(jié)點(diǎn)工作概率以及傳輸概率計(jì)算簇內(nèi)傳輸可靠性，具體包括：

應(yīng)用要求每個(gè)簇內(nèi)至少需要k個(gè)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)酱仡^，在節(jié)點(diǎn)i能量充足并且傳輸過(guò)程成功的情況下，節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)才能到達(dá)簇頭節(jié)點(diǎn)，故簇頭j滿足應(yīng)用要求而正常工作的能力可表示為：

其中P_ij為節(jié)點(diǎn)i成功將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱仡^j的概率；

(7)簇間路由采用高可靠性路由方式，利用分解算法采用遞歸方法推導(dǎo)出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性，推導(dǎo)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性的具體過(guò)程為：

簇間路由采用高可靠性路由方式，利用分解算法采用遞歸方法推導(dǎo)出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性：

R(G)＝R(G*e)P_e+R(G-e)(1-P_e)

其中P_e為簇頭間數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)母怕剩?dāng)收縮邊e使得某一簇頭節(jié)點(diǎn)與sink節(jié)點(diǎn)重合時(shí)，R(G*e)＝1，當(dāng)刪除邊e使得所有簇頭均與sink節(jié)點(diǎn)不連通，此時(shí)R(G-e)＝1。