[發明專利]一種提高分簇網絡中傳輸可靠性的兩級選擇協作方法

有效

• 申請號: 201910407320.1
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110087275B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 李敏;李青;劉沖
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/12;H04W40/22;H04W40/32;H04L45/122
• 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

1.一種提高分簇網絡中傳輸可靠性的兩級選擇協作方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：

S1：成簇：每輪數據傳輸前，網絡中各節點按照一定的規則競爭簇頭，競選成功的節點當選為簇頭，按簇頭順序為其編號；簇頭建立后，除簇頭外的每個節點計算自己到各個簇頭的信道質量和距離，選擇離自己距離近、信道質量好的簇頭，加入該簇頭所在簇；成簇完成后，整個網絡被分成若干個大小不等的簇；

簇頭的選擇規則為：綜合考慮節點的剩余能量和節點到基站的信道值，使得剩余能量多、信道質量好的節點有更大概率成為簇頭；同時，在一個周期內，當選過簇頭的節點不再參與簇頭的競爭，直至所有節點都當選過簇頭，該周期結束；在下一個周期開始后，所有節點重新開始競爭簇頭；具體包括以下步驟：

(1)節點n當選為簇頭的概率閥值T(n)的計算公式為：

其中，Q＝E_n/E_n0，表示節點n的剩余能量與初始能量的比值；λ表示節點n到基站的信道質量，k表示總的簇頭個數；N表示網絡中的節點總數；r表示在當前周期中節點n未當選簇頭的輪數；a、b分別表示能量比率和信道質量所占的權重，a＞0，b＞0；若系統在簇頭選擇時，更關注節點的能量比率，則a取較大值，b取較小的值；若更關注傳輸可靠性，則a選較小的值，b取較大的值；集合G表示在本周期中未當選過簇頭的集合，若在本周期中，n已經當選過簇頭，則從集合G中去除，其當選簇頭的概率為0，直到下一個周期到來，其才能重新競選簇頭；

(2)節點n產生隨機數x，若x＞T(n)，則n當選為簇頭，并從集合G中退出；否則仍留在G中，在下一輪再次參與簇頭競爭；

S2：兩級選擇協作傳輸：分簇完成后，各簇按簇序號依次實施一級簇內選擇協作傳輸；各簇中的成員按照自身的標號依次將數據傳輸到簇頭，若傳輸不成功，則在簇內實施選擇協作；所有節點均完成自身到簇頭的數據傳輸后，進行二級簇間選擇協作傳輸；各簇頭將自身數據和此輪接收到的簇成員數據進行融合，一起發往基站；若傳輸不成功，則在簇間實施選擇協作，由其他簇頭協作其轉發數據到基站。

2.根據權利要求1所述的一種提高分簇網絡中傳輸可靠性的兩級選擇協作方法，其特征在于，所述步驟S2中，一級簇內選擇協作傳輸的過程為：簇內各成員依次向簇頭發送數據，其他簇成員監聽，若簇頭接收數據成功，則反饋ACK幀；輪到下一個簇成員發送數據；若簇頭接收數據失敗，則反饋NACK幀，系統將從簇成員中按照一定的規則選出最佳中繼，由最佳中繼協作該簇成員轉發數據到簇頭；轉發成功后，輪到下一個簇成員發送數據；轉發失敗，則系統產生中斷。

3.根據權利要求2所述的一種提高分簇網絡中傳輸可靠性的兩級選擇協作方法，其特征在于，在一級簇內選擇協作傳輸過程中，最佳中繼的選擇按照信道質量最優原則進行，以保證簇內節點的可靠傳輸，用公式表示為：

其中，表示節點n到簇頭C_i的信道質量，表示節點n到簇頭C_i的距離。

4.根據權利要求1所述的一種提高分簇網絡中傳輸可靠性的兩級選擇協作方法，其特征在于，所述步驟S2中，二級簇間選擇協作傳輸的過程為：各簇簇頭按順序依次將融合后的數據發往基站，若基站接收成功，則反饋ACK幀；輪到下一個簇頭發送數據；若基站接收數據失敗，則反饋NACK幀，系統將從監聽的其他簇頭中選擇一個最佳中繼進行數據轉發；轉發成功后，輪到下一個簇頭發送數據；轉發失敗，則系統產生中斷。

5.根據權利要求4所述的一種提高分簇網絡中傳輸可靠性的兩級選擇協作方法，其特征在于，在二級簇間選擇協作傳輸過程中，最佳中繼的選擇按照簇頭信道質量、剩余能量和到基站的距離進行，信道質量最好、剩余能量最多且距離基站最近的簇頭當選為最佳中繼，用公式表示為：

其中，Q_c＝E_c/E_c0，表示簇頭的剩余能量與初始能量的比值；λ_c表示簇頭到基站的信道質量，d_c表示簇頭到基站的距離。