[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

本發明公開了一種基于可充電無線傳感器網絡的重復博弈路由方法，該方法包括下述步驟：在無線傳感器網絡的監測區域布置多個初始能量值相同的節點，根據面積大小和sink節點對所有節點進行區域分簇；每一輪數據傳輸中，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，成功接收到數據信息后，通知無人機對本輪簇頭進行充電。本發明有效提高無線傳感器網絡節點的合作性，解決節點能耗和信息傳輸路線的問題，延長整個網絡的工作壽命。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡技術領域，具體涉及一種基于可充電無線傳感器網絡的重復博弈路由方法。

背景技術

目前，無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)技術已經被應用在很多新興領域，并在其中發揮了重要作用，如應用于智能家居行業、國家軍事安全領域、自動化工業生產領域、智慧農業調控系統、日常人體健康監測等，都不可避免地運用到了無線傳感器網絡技術，目前急需解決方案的難題是找到延長無線傳感器網絡的工作壽命的方法。當前主要研究方向是開發盡可能地節省傳感器節點自身能量消耗的運行方法，以提高傳感器節點續航能力。因為在實際應用的場景中，無線傳感器節點是用來代替人進行信息收集工作的，所以其大多被布置在環境條件較為惡劣的地方，而且為了確保收集到的數據信息具有一定的全面性、準確性，在一個無線傳感器網絡中所需要用于布置的傳感器節點數量一般較大，從技術角度上較難實現頻繁的人工充電。因此，探索在不影響無線傳感器網絡總體性能的情況下，傳感器節點如何以最節省能量的方式工作就顯得十分有意義。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺陷與不足，本發明提供一種基于可充電無線傳感器網絡的重復博弈路由方法，本發明將博弈論知識與WSN技術相結合，針對數據轉發階段中下一跳節點的選擇進行設計，形成了一種重復博弈路由協議，該協議能夠有效提高無線傳感器網絡節點的合作性，結合UAV充電技術使網絡持續不斷運行且能耗均衡，解決了節點能耗和信息傳輸路線的問題，延長了整個網絡的工作壽命。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種基于可充電無線傳感器網絡的重復博弈路由方法，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；

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。

作為優選的技術方案，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；該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。

作為優選的技術方案，所述構建效用值模型具體步驟為：