[發明專利]一種基于可充電無線傳感器網絡的重復博弈路由方法

有效

• 申請號: 202011144441.0
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112261704B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 劉貴云;林家豪;鐘曉靜;李君強;彭智敏;舒聰
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/32;H04W84/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于可充電無線傳感器網絡的重復博弈路由方法，其特征在于，包括下述步驟：

在無線傳感器網絡所監測的區域中布置多個初始能量值相同的節點，根據面積大小和sink節點所在處對所有節點進行區域分簇；

分簇完成后，構建效用值模型及構建結合充電的獎勵機制；

所述構建效用值模型具體步驟為：

當一個源節點確定后，其同一簇的所有節點對其轉發請求給出自身評估競選簇頭節點的效用值，源節點在其中選擇一個作為下一跳節點協助進行數據轉發；

針對各個區域內的節點到源節點的距離、到sink節點的距離、到區域中心的距離，以及選擇轉發或者不轉發數據包策略時的能量變化，構造一個節點競選簇頭的效用函數，具體表示為：

不轉發數據包：

轉發數據包：

其中，E_node代表待選節點的剩余能量，E_rec代表接收源節點數據包的過程所消耗的能量，E_trans代表待選節點成為簇頭節點后將數據包成功轉發到sink節點的過程所消耗的能量，p代表成功轉發的概率，E₀代表節點的初始能量，D_i-sink代表待選節點i到sink節點的距離，D_sink-max代表本區域內節點到sink的最大距離，D_i-center代表待選節點i到區域中心的距離，D_center-max代表本區域內節點到區域中心距離的最大值，D_i-source代表待選節點i到源節點的距離，D_source-max代表本區域內的節點到源節點距離的最大值；

所述構建結合充電的獎勵機制，具體步驟包括：

當本輪待選節點選擇合作策略時，在下一輪信息傳遞模擬開始前，對該節點給予充電獎勵，使其消耗的能量得到補充，所獲得的收益超過當前選擇合作策略行為付出的代價，作為對其的獎勵；

成功轉發且成功充電所獲得能量的期望值為：

E_charge×p-E_trans×q

故定義收益函數為：

其中，E_charge代表每一輪中待選節點成為簇頭節點并成功轉發數據包后得到補充的能量，p為成功轉發的概率，q代表成功充電的概率；

更新源節點所在區域內所有節點的效用函數；

具體定義如下：

不轉發數據包：

轉發數據包：

其中，a₁、a₂、a₃表示對應的權重系數；

將獎勵機制中E_charge值的大小定義為：

E_charge＝1.05555556×E_trans+E_rec；

在每一輪的數據傳輸中，隨機選取一個節點作為源節點，數據包發送到sink節點；

源節點所在區域內的其它節點對是否進行源節點數據包的轉發工作進行策略博弈，并給出自身競選簇頭節點的效用值；

源節點從競選節點中選擇效用值最大的同簇節點作為簇頭，并將數據信息轉發到簇頭；

簇頭向sink節點傳輸信息，sink節點成功接收到數據信息后，通知無人機UAV對本輪簇頭進行充電。

2.根據權利要求1所述的基于可充電無線傳感器網絡的重復博弈路由方法，其特征在于，所述根據面積大小和sink節點所在處對所有節點進行區域分簇，具體步驟包括：

以sink節點為中心，向其四周平均劃分面積形狀相同的正方形區域，區域的邊長應小于設定倍數的節點間通信閾值，區域數量多少由無線傳感器網絡需要覆蓋監測的面積大小決定；

節點根據自身所在的區域進行分簇，在同一片區域內分布的節點歸為同一簇；分簇模型前提條件是：節點在布置之后位置不再改變，所有節點的位置都可被獲知，每個節點知曉其同一簇的其它節點的所有信息。

3.根據權利要求1所述的基于可充電無線傳感器網絡的重復博弈路由方法，其特征在于，所述隨機選取一個節點作為源節點，數據包發送到sink節點，具體采取節點轉發的兩跳方式進行數據傳輸，選出一個簇頭節點進行源節點數據的轉發。