[發明專利]基于能量感知的選擇協作方法和中繼選擇方法

在審

• 申請號: 201810426228.5
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108632941A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 李敏;王凱莉;王平山
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W40/08
• 分類號: H04W40/08;H04W40/10;H04W40/22;H04W84/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于能量感知的選擇協作方法和中繼選擇方法，屬于協作通信的技術領域。本發明根據無線傳感器網絡中節點能量有限、無法補給，但能自我感知能量使用情況的特點，提出三種中繼選擇策略：最大剩余能量策略、最小傳輸功率策略和最小能量消耗策略。利用反饋機制和節點的能量感知功能，將節點的剩余能量和傳輸功率充分考慮進協作傳輸過程；在最佳中繼節點選擇上，將能量不足的節點首先排除，再按照剩余能量和傳輸功率根據一定的策略來挑選最佳中繼，盡可能均衡網絡中的節點，不使某些節點因頻繁當選能量耗盡，過早退出網絡。本發明在提高傳輸可靠性的同時，能有效均衡各中繼節點的能量消耗，最大限度的延長網絡生命周期。

技術領域

本發明屬于協作通信的技術領域，具體涉及在能量受限的傳感器網絡中基于能量感知的選擇協作方法和三種中繼選擇策略。

背景技術

選擇協作技術由于只需要通過單個中繼協作就可以達到與分布式空時編碼協議相同的傳輸性能，具有低復雜度、高可靠性的特點，因此，非常適合應用于無線傳感器網絡中。而無線傳感器網絡節點經常由能量有限的電池供電并投放到無法或不便補充能量的荒郊野外或危險環境。一旦節點能量不足或耗盡，就無法進行數據傳輸或協作，再好的協作方法都無法實施，網絡的可靠性立刻受到影響。因此對選擇協作的研究應逐步著眼于提高能量效率、減少能量消耗。

目前，在能量受限傳感器網絡中從能量角度研究選擇協作方法和性能的成果很少。李敏等人提出了一種輕量級選擇協作協議，顯著降低了中繼節點與目標節點之間的信息交互開銷，減少能量消耗。但該方法依然假設中繼節點能量充足，其重點在于減小信息交互，并未聚焦在節點能量上，沒有考慮和分析能量對系統性能帶來的負面影響。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于能量感知的選擇協作方法和三種基于能量的中繼選擇方法，在提高整個網絡傳輸可靠性的同時能夠均衡網絡能量消耗、延長網絡生命周期。

本發明針對能量受限的傳感器網絡，提出了基于能量感知的選擇協作方法，充分利用反饋機制和節點的能量感知功能，提高傳輸可靠性；在中繼選擇上將剩余能量和傳輸功率考慮進協作傳輸中，提出了三種最佳中繼選擇策略，包括：最大剩余能量策略、最小傳輸功率策略和最小能量消耗策略。相比于之前的中繼選擇方法，本發明考慮實際無線傳感器網絡能量受限的特點，從能量角度對最佳中繼進行選擇，使得最佳中繼有充足的能量轉發數據，各中繼節點能量得到均衡，網絡生命周期得以延長。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

基于能量感知的選擇協作方法和中繼選擇方法，該方法包括以下步驟：

設網絡中有一個源節點s、一個目的節點d、M個中繼節點r_i，i＝1,2,...M；各中繼節點由容量有限的電池供電，無外界能量補給，且具有能量感知功能，能夠及時感知自身能量的消耗和剩余情況；利用反饋機制和節點的能量感知功能，將節點的剩余能量和傳輸功率充分考慮進協作傳輸過程中用于提高傳輸可靠性；選擇協作傳輸過程分為兩階段；第一階段：直接傳輸；源節點s發送數據到目的節點d，同時各中繼節點嘗試接收并解碼s發來的數據，解碼成功的中繼節點加入解碼集D(s)；若源節點直接傳輸成功，目的節點返回確認ACK幀，此輪數據傳輸結束；若直接傳輸失敗，目的節點反饋否決NACK幀，進入第二階段；第二階段：協作傳輸；D(s)中能夠成功接收NACK幀的中繼節點繼續加入有效集A(s)；為保證中繼節點能順利完成數據轉發，需排除信道較好但能量不足的節點，有效集中剩余能量大于等于傳輸能量的中繼節點進一步加入能量有效集E(s)，在E(s)中根據一定策略選擇出最佳中繼協助源節點轉發數據到目的節點，完成此輪數據的協作傳輸。