CN104066142B - 一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置 - Google Patents
一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104066142B CN104066142B CN201310094365.0A CN201310094365A CN104066142B CN 104066142 B CN104066142 B CN 104066142B CN 201310094365 A CN201310094365 A CN 201310094365A CN 104066142 B CN104066142 B CN 104066142B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- source node
- node
- msub
- mrow
- cost
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Abstract
本发明公开了一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置，能够根据功率分配确定数据传输路径，平衡协作节点的能量消耗，进而延长网络的生命周期，该方法包括：S1：确定WSN中包含的数据传输的源节点对应的加权功率分配值；S2：针对WSN除源节点之外的其他任一子节点，根据加权功率分配值，确定数据从源节点传输至子节点的第一传输代价；S3：在全部子节点中，选择第一传输代价最小的子节点加入到源节点集合中；S4：对新加入到源节点集合中的子节点和未加入到源节点集合的全部子节点做松弛操作，将新加入到返回执行源节点集合中的子节点作为源节点，返回执行步骤S2，直至将数据传输的目的节点加入到源节点集合为止。
Description
技术领域
本发明涉及无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Network)技术领域，尤其是涉及一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置。
背景技术
无线信道的多径衰落阻碍了信道容量的增加和服务质量的改善。其中多输入多输出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Out-put)技术通过在接收端和发射端同时安置多根天线，既可有效对抗衰落，又能充分利用空域资源，大幅度提高信道容量。MIMO技术已经成为无线通信领域的关键技术之一。但是理想状态下的MIMO多天线系统要求相邻天线之间的距离远大于载波波长，并且多个收发天线之间的传输信道必须是独立的。然而移动终端的体积、质量和能耗都受到限制，根本无法安装多根天线。因此，虽然MIMO技术可以在蜂窝基站上运行，但是MIMO技术无法应用于普通的包含多个移动终端的无线通信网络，例如由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成无线传感器网络。无线传感器网络是通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。由于传感节点一般数目比较庞大，部署的环境也比较复杂，人工很难随时补充或更换电池补充能量。因此，采用有效的能量管理策略，延长网络生存周期，是无线传感器网络设计和实现的核心问题。
协作通信技术作为一种多天线技术的扩展，是利用无线广播的优势，通过共享网络中其他用户的天线，形成虚拟的MIMO天线阵列来实现发送或接收，获得增益，从而减少信息传送的能量开销。协作路由是联合物理层的协作通信技术和网络层的路由选择技术的跨层路由方案。协作路由可以有效的节约网络中节点的能量消耗，特别是在无线传感器网络中，由于传感节点一般数目比较庞大，部署的环境也比较复杂，人工很难随时补充或更换电池补充能量。因此，采用有效的能量管理策略，延长网络生存周期，是无线传感器网络设计和实现的核心问题。
确定无线传感器网络中数据传输路径的方法可以是能量有效(Energy-efficient)的协作路由算法，该算法是以最小化端到端传输总能量为目标的协作路由算法，如累加协作(PC，Progressive Cooperation)、基于最短路径的协作算法(CAN，Cooperation Along the Non-Cooperative)、最短路径协作(CSP，Cooperative ShortestPath)、最小功率协作(MPCR，Minimum Power Cooperative Routing)、一般最短路径算法(GSPRA，Generalized Shortest Path Routing Algorithm)等协作路由算法。其中，PLC协作路由算法与CAN协作路由算法的基本思想是一致的，首先确定出传统传输下的数据传输的最短路径，再基于此路径选择中继从而实现协作传输。二者区别在于PLC协作路由算法的比CAN协作路由算法更节省能量，但算法的复杂度高很多。CSP协作路由算法是以迪杰斯特拉(Dijkstra)最短路径算法作为路由算法的基本架构，并把协作传输的特性引到松弛阶段而重新设计的协作路由算法。MPCR协作路由算法是一种保证一定吞吐量下的单中继选择的分布式协作路由算法。GSPRA是基于MIMO的分布式多跳协作路由算法。无线传感网络的生存周期取决于第一个能量损耗完全的节点，因此该种方法的缺陷在于总能量的节省并不意味着能够延长无线传感网络的生存周期。
下面以一具体实例来分析该种协作路由算法的缺陷：如图1所示，图1中的数字表示每传输单位数据需要消耗多少单位的电量。例如，数字2表示每传输单位数据需要消耗2单位的电量，数字12表示每传输单位数据需要消耗12单位的电量。数据需要从源节点s传输到目的节点d。其中两节点之间的边表示两节点间直接传输单位数据需要消耗的能量。除节点b外的其他三个节点都是满电量的节点。若选取传统多跳路由算法确定数据传输路径，数据将延传输路径{s->a,a->b,b->d}传输，且每传输单位数据需要消耗6单位的电量。节点b也会因电量较少，最先耗尽电量造成整个无线传感器网络作废。若采取上述协作路由算法(如CAN、PLC、CSP)来确定数据传输路径，数据将沿路径{s->a,(s,a)->b,(a,b)->d}传输，且将消耗5单位的电量。因此相比传统传输，协作路由算法确定出的数据传输路径，会使得传输时消耗的能量大幅降低，在一定程度上使得整个无线传感器网络的生存周期得以延长。
但是该种协作路由算法确定出的数据传输路径，未能考虑到功率分配对整个无线传感器网络的生存周期的影响。例如在(a,b)->d这一跳时，还可以适当增加节点a的传输功率，减小节点b的传输功率。虽然总的能量开销相比CSP协作路由算法将会增加，但能量负载均衡了，整个无线传感器网络的生存周期也将延长。因此，现有技术中提出的协作路由算法确定出的数据传输路径并不能使整个无线传感器网络的生存周期达到最大化。
发明内容
本发明实施例提供了一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置，能够根据功率分配确定数据传输路径，平衡协作节点的能量消耗，进而延长无线传感器网络的生命周期。
一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法，包括：步骤S1：确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点对应的加权功率分配值，其中所述加权功率分配值是源节点的初始能量和剩余能量之间的比值；步骤S2：针对无线传感器网络中除源节点之外的其他任一子节点，根据所述加权功率分配值，确定数据从源节点传输至所述子节点的第一传输代价，其中所述第一传输代价是数据在从源节点传输至该子节点之间的传输代价；步骤S3：根据确定出的第一传输代价，在全部子节点中，选择第一传输代价最小的子节点加入到源节点集合中；步骤S4：对新加入到源节点集合中的子节点和未加入到源节点集合的全部子节点做松弛操作，将新加入到返回执行源节点集合中的子节点作为源节点，返回执行步骤S2，直至将数据传输的目的节点加入到源节点集合为止，所述源节点集合中包含的所有元素组成的数据传输路径作为协作传输模式下的数据传输路径。
一种确定无线传感器网络中数据传输路径的装置，包括：加权功率分配值确定模块，用于确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点对应的加权功率分配值，其中所述加权功率分配值是源节点的初始能量和剩余能量之间的比值；第一传输代价确定模块，用于针对无线传感器网络中除源节点之外的其他任一子节点，根据所述加权功率分配值，确定数据从源节点传输至所述子节点的第一传输代价，其中所述第一传输代价是数据在从源节点传输至该子节点之间的传输代价；选取模块，用于根据确定出的第一传输代价，在全部子节点中，选择第一传输代价最小的子节点加入到源节点集合中；松弛操作模块，用于对新加入到源节点集合中的子节点和未加入到源节点集合的全部子节点做松弛操作，将新加入到返回执行源节点集合中的子节点作为源节点，并触发第一传输代价确定模块，直至将数据传输的目的节点加入到源节点集合为止，所述源节点集合中包含的所有元素组成的数据传输路径作为协作传输模式下的数据传输路径。
采用上述技术方案，通过步骤一确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点对应的加权功率分配值，以及步骤二针对无线传感器网络中除源节点之外的其他任一子节点，根据所述加权功率分配值，确定数据从源节点传输至所述子节点的第一传输代价；然后在全部子节点中，选择第一传输代价最小的子节点加入到源节点集合中，最后对新加入到源节点集合中的子节点和未加入到源节点集合的全部子节点做松弛操作，将新加入到返回执行源节点集合中的子节点作为源节点，返回执行步骤二，直至将数据传输的目的节点加入到源节点集合为止，所述源节点集合中包含的所有元素组成的数据传输路径作为协作传输模式下的数据传输路径。相比现有技术，本发明上述提出的技术方案，引入加权功率分配值，在现有技术中提出的基于最短路径算法确定数据传输路径上，进行扩展，使得协作通信中，协作传输过程中功率分配方式更加合理，使得路由路径的选择更加适合于协作传输。能够根据功率分配确定数据传输路径，平衡协作节点的能量消耗，进而延长无线传感器网络的生命周期。
附图说明
图1为现有技术中，提出的简单无线传感器网络拓扑结构示意图；
图2为本发明实施例一中，提出的确定无线传感器网络中数据传输路径的方法流程图；
图3a为本发明实施例一中，提出的点对点传输模式示意图；
图3b为本发明实施例一中，提出的广播传输模式示意图；
图3c为本发明实施例一中，提出的多对点传输模式示意图；
图3d为本发明实施例一中，提出的协作广播传输模式示意图；
图4为本发明实施例一中，提出的WSN中传输节点拓扑示意图；
图5为本发明实施例一中，提出的MNLCR不同场景性能对比示意图；
图6为本发明实施例一中，提出的不同节点密度MNLCR性能对比示意图；
图7为本发明实施例一中，提出的算法性能对比示意图；
图8为本发明实施例二中，提出的确定无线传感器网络中数据传输路径的装置结构示意图。
具体实施方式
针对现有技术中提出的协作路由算法确定出的数据传输路径并不能使整个无线传感器网络的生存周期达到最大化的问题，本发明实施例这里提出的技术方案，引入加权功率分配值，在现有技术中提出的基于最短路径算法确定数据传输路径上，进行扩展，使得协作通信中，协作传输过程中功率分配方式更加合理，使得路由路径的选择更加适合于协作传输，从而能够根据功率分配确定数据传输路径，平衡协作节点的能量消耗，进而延长无线传感器网络的生命周期。
下面将结合各个附图对本发明实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细地阐述。
实施例一
本发明实施例一这里提出一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法，本发明实施例一这里提出的技术方案中，首先权衡考虑节点初始能量、剩余能量和协作传输的能量开销等因素，提出一种加权的协作传输功率分配方式，即提出加权功率分配值也就是说，加权功率分配值是源节点的初始能量和剩余能量之间的比值，然后在得到的加权功率分配值的基础上，提出一种最大化网络生存周期的协作路由算法(MNLCR，CooperativeRouting Algorithm for Maximizing Network Lifetime)，来确定无线传感器网络中的数据传输路径。如图2所示，主要包括下述四个步骤：
步骤S1，确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点对应的加权功率分配值。
步骤S2，针对无线传感器网络中除源节点之外的其他任一子节点，根据步骤S1中确定出的加权功率分配值，确定数据从源节点传输至所述子节点的第一传输代价。
步骤S3，根据确定出的第一传输代价，在全部子节点中，选择第一传输代价最小的子节点加入到源节点集合中。
步骤S4：对新加入到源节点集合中的子节点和未加入到源节点集合的全部子节点做松弛操作，将新加入到返回执行源节点集合中的子节点作为源节点，返回执行步骤S2，直至将数据传输的目的节点加入到源节点集合为止，所述源节点集合中包含的所有元素组成的数据传输路径作为协作传输模式下的数据传输路径。
下面对本发明实施例这里提出的技术方案作出进一步详细说明。
实施例一
步骤一，确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点对应的加权功率分配值。
加权功率分配值是源节点的初始能量和剩余能量之间的比值。无线传感器网络中，数据传输一般包含多跳。其中在多跳协作传输过程中，数据传输的每一跳都可以包含四种不同传输的形式，具体可以参见图3a～3d所示，不同的传输形式对应不同的功率分配方式与能量损耗。因此不同的协作传输方式进行数据传输对无线传感器网络的生存周期也有不同的影响。具体为：
第一种数据传输模式：如图3a所示，属于点对点的数据传输模式，该种传输模式也可以称之为传统模式，该种传输模式下，源节点集合为S＝{s1}，目的节点集合为T＝{t1}。
第二种数据传输模式：如图3b所示，属于广播模式，该种数据传输模式也归属于点对多的数据传输，该种传输模式下，源节点集合为S＝{s1}，目的节点集合为T＝{t1,t2,…,tm}。广播模式中，数据传输利用了无线传输的广播特性，在信号覆盖范围内的各节点都能够的接收到信号。因此，在广播模式下，点对多传输过程中，链路代价以链路开销最大的传输节点为准，链路开销小于最大节点的都能不耗费能量的接收到信号。
第三种数据传输模式：如图3c所示，属于协作模式，该种数据传输模式也属于多对点传输，如源节点集合为S＝{s1,s2,…,sm}，目的节点集合为T＝{t1}。
第四种数据传输模式：如图3d所示，属于协作广播传输模式，该种传输模式也属于多对多的数据传输，源节点集合为S＝{s1,s2,…,sm}，目的节点集合为T＝{t1,t2,…,tm}。
上述在无线传感器网络中的四种数据传输模式，不同的数据传输模式有其不同的优缺点。其中，协作广播传输模式下，数据传输的源节点和目的节点都是多个，因此数据传输过程中信令成本、时间同步开销、干扰范围等都大幅增加。因此本发明实施例一这里提出的技术方案中，主要是基于协作模式的数据传输，即图3c所示的协作模式。
在无线传感器网络中，数据传输过程中，由于参与数据传输的多个源节点在初始能量Ei和剩余能量Ri上是有差别的，所以在确定数据传输路径时，则希望剩余能量不足的源节点不需要消耗较多的能量。因此，本发明实施例一这里提出的技术方案中，在协作传输通信中，结合考虑源节点的初始能量与剩余能量的比值Ei:Ri来确定数据传输路径。例如在数据传输过程中，当两个节点消耗同样能量时，比值大的节点需要比比值小的传输节点付出更多的传输代价。因此，在无线传感器网络中，确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点的初始能量值和剩余能量值，根据初始能量值和剩余能量值，确定源节点对应的加权功率分配值。
具体地，可以按照下述公式1来确定源节点对应的加权功率分配值：
其中，P1是加权功率分配值，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数。X是定义了在功率分配中，节点初始能量Ei和剩余能量Ri的比值与节点需消耗能量之间的权重关系。加权参数X的取值越大，表示在协作传输模式下，功率分配方案更注重该传输节点的剩余能量百分比，反之，加权参数X的取值越小，表示在协作传输模式下，功率分配方案更注重完成数据传输需要消耗的能量。当X＝0时，表示在协作传输模式下，功率分配方案仅考虑数据传输需要消耗的能量，而不考虑该传输节点的剩余能量百分比。
步骤二，针对无线传感器网络中除源节点之外的其他任一子节点，根据步骤一确定出的加权功率分配值，确定数据从源节点传输至该子节点的第一传输代价。
其中第一传输代价是数据在从源节点传输至该子节点之间的传输代价。针对任一子节点，首先确定该子节点是否是源节点的相邻节点，如果判断结果为是，则确定源节点的发送功率值，将确定出的加权功率分配值和发送功率值相乘，得到的乘积作为数据从源节点传输至该子节点的第一传输代价。反之，如果判断结果为否，则确定该子节点的第一传输代价为无穷大。
步骤三，根据确定出的第一传输代价，在全部子节点中，选择第一传输代价最小的子节点加入到源节点集合中。
步骤四，对新加入到源节点集合中的子节点和未加入到源节点集合的全部子节点做松弛操作，将新加入到返回执行源节点集合中的子节点作为源节点，返回执行步骤二，直至将数据传输的目的节点加入到源节点集合为止，源节点集合中包含的所有元素组成的数据传输路径作为协作传输模式下的数据传输路径。
其中，确定第二传输代价，其中第二传输代价是数据在从源节点传输至新加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价；
在确定出第二传输代价之后，针对任一未加入到源节点集合的子节点，执行下述操作：
分别确定第三传输代价和加权代价，其中第三传输代价是数据在从源节点传输至该未加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价，加权代价是数据在从新加入到源节点集合中的子节点与之前加入到的源节点集合中的子节点之间通过协作通信，协作传输到该未加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价；
若确定出的第三传输代价大于第二传输代价和加权传输代价的和值；
则将新加入到源节点集合的子节点设置为排列在该未加入到源节点集合中的子节点的前节点。
其中，加权代价，可以按照下述方式确定：
确定源节点集合中包含的各子节点之间通过协作通信，协作传输到新加入到源节点集合中的子节点的最短传输路径，获得最短传输路径包含的子节点数量信息；判断该获得的子节点数量信息是否大于等于预先设定的协作子节点数量信息；如果是，则以待加入到源节点结合的子节点作为目的节点，按照功率分配函数，将预先设定的协作子节点数量信息的子节点，协作传输到该目的节点的传输代价作为加权代价，如果否，则以待加入到源节点集合的子节点作为目的节点，按照功率分配函数，将包含新加入到源节点集合中的子节点的最短传输路径中的所有子节点，协作传输到该目的节点的传输代价作为加权代价。
其中，功率分配函数可以按照下述方式确定：
首先根据源节点对应的加权功率分配值，确定符合下述约束条件的目标函数。
第一约束条件：接收端联合接收的信噪比大于预设门限值。
第二约束条件：源节点发送数据时对应的信号幅值的绝对值小于等于额定功率值开平方。
其次，基于拉格朗日乘值法对所述目标函数求解，确定出功率分配函数。
具体地，目标函数可以采用下述公式2表示：
其中，是源节点对应的加权功率分配值，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数，|ωi|2是源节点i发送数据时的发送功率。
具体地，第一约束条件采用下述公式3表示：
其中，SNRmin是预设门限值，是接收端联合接收的信噪比，η(t)是接收到的噪声，Pη是噪声η(t)所对应的功率，αil表示发送节点i到接收节点t1的功率衰减系数的开平方。
第二约束条件采用下述公式4表示：
其中，|ωi|是源节点发送数据时对应的信号幅值的绝对值，是源节点额定功率值开平方。
具体地，确定出的功率分配函数可以采用下述公式5来表示：
其中，SNRmin是预设门限值，是源节点对应的加权功率分配值，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数，是源节点i发送数据时的发送功率，η(t)是接收到的噪声，Pη是噪声η(t)所对应的功率，αi1 2表示发送节点i到接收节点t1的功率衰减系数。
具体实施中，为便于阐述，本发明实施例一这里将基于图3c所示的协作传输模式，以数据传输过程中一跳为例来详细阐述最大化网络生命周期的功率分配方式，即确定功率分配函数的具体处理过程。
在协作传输模式下，如图3d所示，接收端(即目的节点)T接收的信号可以采用下述公式6表示：
其中，r(t)是接收端T接收到的信号(相当于目的节点接收到的数据)，|ωi|是源节点i发送数据时的发送功率开平方后的绝对值，η(t)是接收到的噪声，αi1是发送节点i到接收节点t1的功率衰减系数的开平方，φ(t)表示单位功率发送的信号。
假设发送端(源节点)和接收端(目的节点)接收同步，则当接收端联合接收的信噪比大于门限值SNRmin，接收端可以将接收到的数据进行正确解码。此时，源节点传输的总能量(也可以是总功率)是
在无线传感器网络中，数据传输过程中，由于参与数据传输的多个源节点在初始能量Ei和剩余能量Ri上是有差别的，所以在确定数据传输路径时，则希望剩余能量不足的源节点不需要消耗较多的能量。因此，根据上述公式2～公式4可知，协作通信中，协作传输模式下，单跳数据传输时目标优化函数为：
约束条件分别为：和
确定出目标优化函数和约束条件之后，可以通过拉格朗日乘值法求解对目标优化函数进行求解，得到下述公式：
然后对得到的上述公式进行求导得到：
联合上述两个公式，求解可得公式5中的功率分配函数：
上述公式即是在协作通信中，在单跳协作传输中，数据传输结合(源节点集合)S的发送功率的最佳分配方式。
在协作通信中，采用加权的功率分配方式，能够平衡参与协作传输节点的负载，从而延长该无线传感器网络的生命周期。并且由于考虑到源节点的初始能量与剩余能量的选路方式，能使得在基于路由算法确定数据传输路径时，避免选择能量不足的节点参与协作传输。
下面以一具体实例来详细阐述上述步骤一～步骤四的具体实施方式。本发明实施例一上述提出的在协作传输模式下，基于MNLCR(x)算法来确定数据传输路径，该算法基本思想是：
将无线传感器网络表示为一张带权重的能量衰耗图G＝(V,E)，其中V表示传输节点集合，E表示传输链路集合，Ei与Ri分别表示传输节点i的初始能量与剩余能量，Pij表示传输节点i到传输节点j在传统模式下(即点对点传输模式下)传输时的最小发送功率。其中，在上述程序中，需要设定传输链路eij∈E的初始权重为Pij。Coop(u,v)表示数据通过传输节点u与其前k-1个传输节点协作传输到传输节点v的加权代价，Coop(u,v)值可表示为则是路径选取的权重值。Cost[v]是数据在源节点到节点v的传输链路上的传输代价。Cost[u]是数据从源节点到传输节点v的前续传输节点u的传输链路上的传输代价。把图G顶点集合V分成两组，第一组为已求出最短路径的顶点集合(用S表示，初始时S中只有一个源点，以后每求得一条最短路径,就将加入到集合S中，直到全部顶点都加入到S中，算法就结束了)，第二组为其余未确定最短路径的顶点集合(用U表示)，按最短路径长度的递增次序依次把第二组的顶点加入S中。则可以通过执行下述程序来执行步骤一～步骤四：
Step1:初始化S＝{s}；U＝V-{s}；
对于所有传输节点i∈U
若传输节点i是源节点的邻节点，Cost[i]＝(Es/Rs)xPsi；
若传输节点i不是源节点的邻节点，Cost[i]＝∞；
Step2:在集合U中选取一个其Cost[u]最小的顶点u，且不在S中，加入S；
则S＝S+{u}；U＝U-{u}；
Step3:对于U中其他节点v进行松弛操作。
Relax(u,v)；
重复上述Step2、Step3，直到S中包含所有顶点，即S＝V，U＝{}为止。
其中，松弛操作调用函数可以通过执行下述程序来实现：
协作代价函数可以通过执行下述程序来实现：
下面通过模拟实验来对本发明实施例一这里提出的技术方案进行分析，并将本发明实施例这里提出的基于MNLCR算法确定数据传输路径和基于现有技术中提出的算法确定数据传输路径对无线传感器网络的生命周期的影响。即不同技术方案下，无线传感器网络的生命周期的比较。
如图4所示，假设在80*80的区域内随机分布N个传输节点(为便于阐述，后文简称为节点)，设置功率衰减因子λ＝2，设定每跳参与协作的节点的个数为2个，节点的最大非协作传输半径dmax＝25，各个节点都可以动态调整发送功率，把任意节点i向邻节点以传统方式传输单位数据需要耗费的能源的归一化值为ei＝(R/400)2，设定节点的初始能量为1。在进行模拟实验时，本发明实施例这里提出的技术方案中，给出了两种网络场景。场景一是模拟固定源节点和目的节点的数据传输直至网络中有一个节点能量耗尽而网络死亡，本发明实施例这里称这种场景为单一数据流场景(简称单一流)。场景二是每次均在N个节点中随机选取源节点与目的节点模拟数据传输，每完成一次传输再重新选择节点直至网络死亡，本发明实施例这里称这种场景为随机数据流场景(简称单一流)。显然单一流不利于节点能量的平均使用，因而同等条件下，单一流会使得无线传感器网络先死亡。
图5是MNLCR路由算法在单一流与随机流的两种场景下的网络生存周期曲线图(N＝25)。图6的纵坐标是归一化的网络生存周期，横坐标则是MNLCR(x)算法中x的取值。对比图5和图6，随机流的场景下的网络生存周期是远大于单一流场景的。当x＝0时，MNLCR(x)路由算法是不考虑节点初始能量和剩余能量。此时，MNLCR(x)算法就退化成了CSP算法，也使得网络的生存周期少于x≠0时。x的增大表示算法在选择路由节点时将更加偏重选择节点剩余能量多而信道不那么优的节点。
从图中可以看出：在随机流的场景下，x＝2时网络生存周期最长；在单一流的场景下，x＝5时网络生存周期最长。图6则是在不同的节点密度下(随机分布15、25、35、45、55个节点)，x取值与网络生存周期关系。图6的纵坐标是归一化的网络生存周期，横坐标则是MNLCR(x)算法中x的取值。从实验可得出：在不同节点密度下，网络生存周期在不同x取值下的变化趋势是基本一致的；当x＝2时，不同节点密度的网络生存周期均是最长的；节点密度越高，MNLCR(2)比CSP(即MNLCR(0))算法的生命周期延长得越明显。另外，节点的增多会使得网络生存周期延长(55个节点的生命周期大于35个节点)，但在MNLCR(x)算法下生命周期延长的速度是略高于节点增加的速度。鉴于以上两组对比实验，在此种理想网络环境下，x＝2是此类算法中表现最佳的。
因此，如图7所示，在单一流场景下，本发明实施例这里提出的基于MNLCR算法确定数据传输路径的技术方案，网络生存周期分别是多跳等路由算法的1209％、281％、732％、393％、122％；在随机流场景下，本发明实施例这里提出的基于MNLCR算法确定数据传输路径的技术方案，网络生存周期分别是多跳等路由算法的292％、178％、193％、148％、127％。多跳、CSP、CAN算法的设计初衷并不是为了最大化网络生存周期，因此性能表现比较差。FA算法虽是经典的最大化网络周期算法，但因没有协作机制使得在随机流的场景下表现还不如CSP算法。对比真正意义上的最大化网络生存周期的协作路由算法FACR，MNLCR(2)也有25％左右的生存周期增长。
综上所述，采用本发明实施例一上述提出的技术方案，引入加权功率分配值，在现有技术中提出的基于最短路径算法确定数据传输路径上，进行扩展，使得协作通信中，协作传输过程中功率分配方式更加合理，使得路由路径的选择更加适合于协作传输。能够根据功率分配确定数据传输路径，平衡协作节点的能量消耗，进而延长无线传感器网络的生命周期。
实施例二
本发明实施例二这里提出一种确定无线传感器网络中数据传输路径的装置，如图8所示，包括：
加权功率分配值确定模块801，用于确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点对应的加权功率分配值。
具体地，上述加权功率分配值确定模块801，具体用于确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点的初始能量值和剩余能量值；根据所述初始能量值和剩余能量值，确定源节点对应的加权功率分配值。
具体地，上述加权功率分配值确定模块801，具体用于按照公式确定源节点对应的加权功率分配值，其中所述加权功率分配值是源节点的初始能量和剩余能量之间的比值；
其中，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数。
第一传输代价确定模块802，用于针对无线传感器网络中除源节点之外的其他任一子节点，根据所述加权功率分配值，确定数据从源节点传输至所述子节点的第一传输代价，其中所述第一传输代价是数据在从源节点传输至该子节点之间的传输代价。
具体地，上述第一传输代价确定模块802，具体用于确定所述子节点是否是源节点的相邻节点；如果是，确定源节点的发送功率值，将所述加权功率分配值和所述发送功率值相乘，得到的乘积作为数据从源节点传输至所述子节点的第一传输代价；如果否，确定所述子节点的第一传输代价为无穷大。
选取模块803，用于根据确定出的第一传输代价，在全部子节点中，选择第一传输代价最小的子节点加入到源节点集合中。
松弛操作模块804，用于对新加入到源节点集合中的子节点和未加入到源节点集合的全部子节点做松弛操作，将新加入到返回执行源节点集合中的子节点作为源节点，并触发第一传输代价确定模块，直至将数据传输的目的节点加入到源节点集合为止，所述源节点集合中包含的所有元素组成的数据传输路径作为协作传输模式下的数据传输路径。
具体地，上述松弛操作模块804，具体用于确定第二传输代价，其中所述第二传输代价是数据在从源节点传输至新加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价；针对任一未加入到源节点集合的子节点，执行下述操作：分别确定第三传输代价和加权代价，其中所述第三传输代价是数据在从源节点传输至该未加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价，所述加权代价是数据在从新加入到源节点集合中的子节点与之前加入到的源节点集合中的子节点之间通过协作通信，协作传输到该未加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价；若所述第三传输代价大于第二传输代价和加权传输代价的和值；则将新加入到源节点集合的子节点设置为排列在该未加入到源节点集合中的子节点的前节点。
具体地，上述松弛操作模块804，具体用于按照下述方式确定所述加权代价：确定源节点集合中包含的各子节点之间通过协作通信，协作传输到新加入到源节点集合中的子节点的最短传输路径；获得所述最短传输路径包含的子节点数量信息；判断所述子节点数量信息是否大于等于预先设定的协作子节点数量信息；如果是，则以待加入到源节点结合的子节点作为目的节点，按照功率分配函数，将预先设定的协作子节点数量信息的子节点，协作传输到该目的节点的传输代价作为加权代价；如果否，则以待加入到源节点集合的子节点作为目的节点，按照功率分配函数，将包含新加入到源节点集合中的子节点的最短传输路径中的所有子节点，协作传输到该目的节点的传输代价作为加权代价。
具体地，上述松弛操作模块804，具体用于按照下述方式确定所述功率分配函数：根据源节点对应的加权功率分配值，确定符合下述约束条件的目标函数：第一约束条件：接收端联合接收的信噪比大于预设门限值；第二约束条件：源节点发送数据时对应的信号幅值的绝对值小于等于额定功率值开平方；基于拉格朗日乘值法对所述目标函数求解，确定出功率分配函数。
所述目标函数为：
其中，是源节点对应的加权功率分配值，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数，|ωi|2是源节点i发送数据时的发送功率。
所述第一约束条件采用下述公式表示：
其中，SNRmin是预设门限值，是接收端联合接收的信噪比，η(t)是接收到的噪声，Pη是噪声η(t)所对应的功率，αil表示发送节点i到接收节点t1的功率衰减系数的开平方。
所述第二约束条件采用下述公式表示：
其中，|ωi|是源节点发送数据时对应的信号幅值的绝对值，是源节点额定功率值开平方。
所述功率分配函数采用下述公式表示：
其中，SNRmin是预设门限值，是源节点对应的加权功率分配值，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数，是源节点i发送数据时的发送功率，η(t)是接收到的噪声，Pη是噪声η(t)所对应的功率，αi1 2表示发送节点i到接收节点t1的功率衰减系数。
本领域的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (18)
1.一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法，其特征在于，包括：
步骤S1：确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点对应的加权功率分配值，其中所述加权功率分配值是源节点的初始能量和剩余能量之间的比值；
步骤S2：针对无线传感器网络中除源节点之外的其他任一子节点，根据所述加权功率分配值，确定所述子节点是否是源节点的相邻节点；如果是，确定源节点的发送功率值，将所述加权功率分配值和所述发送功率值相乘，得到的乘积作为数据从源节点传输至所述子节点的第一传输代价；如果否，确定所述子节点的第一传输代价为无穷大；
步骤S3：根据确定出的第一传输代价，在全部子节点中，选择第一传输代价最小的子节点加入到源节点集合中；
步骤S4：对新加入到源节点集合中的子节点和未加入到源节点集合的全部子节点做松弛操作，将新加入到返回执行所述源节点集合中的子节点作为源节点，返回执行步骤S2，直至将数据传输的目的节点加入到源节点集合为止，所述源节点集合中包含的所有元素组成的数据传输路径作为协作传输模式下的数据传输路径。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点对应的加权功率分配值，包括：
确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点的初始能量值和剩余能量值；
根据所述初始能量值和剩余能量值，确定源节点对应的加权功率分配值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述初始能量值和剩余能量值，确定源节点对应的加权功率分配值，包括：
按照公式确定源节点对应的加权功率分配值；
其中，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对新加入到源节点集合中的子节点和未加入到源节点集合的全部子节点做松弛操作，将新加入到返回执行所述源节点集合中的子节点作为源节点，包括：
确定第二传输代价，其中所述第二传输代价是数据在从源节点传输至新加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价；
针对任一未加入到源节点集合的子节点，执行下述操作：
分别确定第三传输代价和加权代价，其中所述第三传输代价是数据在从源节点传输至该未加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价，所述加权代价是数据在从新加入到源节点集合中的子节点与之前加入到的源节点集合中的子节点之间通过协作通信，协作传输到该未加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价；
若所述第三传输代价大于第二传输代价和加权传输代价的和值；
则将新加入到源节点集合的子节点设置为排列在该未加入到源节点集合中的子节点的前节点。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加权代价，按照下述方式确定：
确定源节点集合中包含的各子节点之间通过协作通信，协作传输到新加入到源节点集合中的子节点的最短传输路径；
获得所述最短传输路径包含的子节点数量信息；
判断所述子节点数量信息是否大于等于预先设定的协作子节点数量信息；
如果是，则以待加入到源节点结合的子节点作为目的节点，按照功率分配函数，将预先设定的协作子节点数量信息的子节点，协作传输到该目的节点的传输代价作为加权代价；
如果否，则以待加入到源节点集合的子节点作为目的节点，按照功率分配函数，将包含新加入到源节点集合中的子节点的最短传输路径中的所有子节点，协作传输到该目的节点的传输代价作为加权代价。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述功率分配函数按照下述方式确定：
根据源节点对应的加权功率分配值，确定符合下述约束条件的目标函数：
第一约束条件：接收端联合接收的信噪比大于预设门限值；
第二约束条件：源节点发送数据时对应的信号幅值的绝对值小于等于额定功率值开平方；
基于拉格朗日乘值法对所述目标函数求解，确定出功率分配函数。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述目标函数为：
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mo>{</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
</munderover>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>X</mi>
</msup>
<mo>|</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>}</mo>
</mrow>
其中，是源节点对应的加权功率分配值，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数，|ωi|2是源节点i发送数据时的发送功率。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述第一约束条件采用下述公式表示：
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<mo>|</mo>
<msubsup>
<mi>&Sigma;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>n</mi>
</msubsup>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>&alpha;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<msup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>&eta;</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>&GreaterEqual;</mo>
<msub>
<mi>SNR</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
其中，SNRmin是预设门限值，是接收端联合接收的信噪比，η(t)是接收到的噪声，Pη是噪声η(t)所对应的功率，αil表示发送节点i到接收节点t1的功率衰减系数的开平方；
所述第二约束条件采用下述公式表示：
<mrow>
<mn>0</mn>
<mo>&le;</mo>
<mo>|</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>|</mo>
<mo>&le;</mo>
<msqrt>
<msub>
<mi>P</mi>
<msub>
<mi>&gamma;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</msub>
</msqrt>
</mrow>
其中，|ωi|是源节点发送数据时对应的信号幅值的绝对值，是源节点额定功率值开平方。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述功率分配函数采用下述公式表示：
<mfenced open = "" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>L</mi>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>t</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mo>|</mo>
<msub>
<mover>
<mi>&omega;</mi>
<mo>^</mo>
</mover>
<mi>i</mi>
</msub>
<msup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>X</mi>
</msup>
<msubsup>
<mi>&alpha;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<msub>
<mi>SNR</mi>
<mi>min</mi>
</msub>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>&eta;</mi>
</msub>
</mrow>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msubsup>
<mi>&Sigma;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>n</mi>
</msubsup>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>X</mi>
</msup>
<msubsup>
<mi>&alpha;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
其中，SNRmin是预设门限值，是源节点对应的加权功率分配值，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数，是源节点i发送数据时的发送功率，η(t)是接收到的噪声，Pη是噪声η(t)所对应的功率，αi1 2表示发送节点i到接收节点t1的功率衰减系数。
10.一种确定无线传感器网络中数据传输路径的装置，其特征在于，包括：
加权功率分配值确定模块，用于确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点对应的加权功率分配值，其中所述加权功率分配值是源节点的初始能量和剩余能量之间的比值；
第一传输代价确定模块，用于针对无线传感器网络中除源节点之外的其他任一子节点，确定所述子节点是否是源节点的相邻节点；如果是，确定源节点的发送功率值，将所述加权功率分配值和所述发送功率值相乘，得到的乘积作为数据从源节点传输至所述子节点的第一传输代价；如果否，确定所述子节点的第一传输代价为无穷大；
选取模块，用于根据确定出的第一传输代价，在全部子节点中，选择第一传输代价最小的子节点加入到源节点集合中；
松弛操作模块，用于对新加入到源节点集合中的子节点和未加入到源节点集合的全部子节点做松弛操作，将新加入到返回执行所述源节点集合中的子节点作为源节点，并触发第一传输代价确定模块，直至将数据传输的目的节点加入到源节点集合为止，所述源节点集合中包含的所有元素组成的数据传输路径作为协作传输模式下的数据传输路径。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述加权功率分配值确定模块，具体用于确定无线传感器网络中包含的数据传输的源节点的初始能量值和剩余能量值；根据所述初始能量值和剩余能量值，确定源节点对应的加权功率分配值。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述加权功率分配值确定模块，具体用于按照公式确定源节点对应的加权功率分配值；
其中，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述松弛操作模块，具体用于确定第二传输代价，其中所述第二传输代价是数据在从源节点传输至新加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价；针对任一未加入到源节点集合的子节点，执行下述操作：分别确定第三传输代价和加权代价，其中所述第三传输代价是数据在从源节点传输至该未加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价，所述加权代价是数据在从新加入到源节点集合中的子节点与之前加入到的源节点集合中的子节点之间通过协作通信，协作传输到该未加入到源节点集合中的子节点之间的传输代价；若所述第三传输代价大于第二传输代价和加权传输代价的和值；则将新加入到源节点集合的子节点设置为排列在该未加入到源节点集合中的子节点的前节点。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述松弛操作模块，具体用于按照下述方式确定所述加权代价：确定源节点集合中包含的各子节点之间通过协作通信，协作传输到新加入到源节点集合中的子节点的最短传输路径；获得所述最短传输路径包含的子节点数量信息；判断所述子节点数量信息是否大于等于预先设定的协作子节点数量信息；如果是，则以待加入到源节点结合的子节点作为目的节点，按照功率分配函数，将预先设定的协作子节点数量信息的子节点，协作传输到该目的节点的传输代价作为加权代价；如果否，则以待加入到源节点集合的子节点作为目的节点，按照功率分配函数，将包含新加入到源节点集合中的子节点的最短传输路径中的所有子节点，协作传输到该目的节点的传输代价作为加权代价。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述松弛操作模块，具体用于按照下述方式确定所述功率分配函数：根据源节点对应的加权功率分配值，确定符合下述约束条件的目标函数：第一约束条件：接收端联合接收的信噪比大于预设门限值；第二约束条件：源节点发送数据时对应的信号幅值的绝对值小于等于额定功率值开平方；基于拉格朗日乘值法对所述目标函数求解，确定出功率分配函数。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述目标函数为：
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mo>{</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
</munderover>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>X</mi>
</msup>
<mo>|</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>}</mo>
</mrow>
其中，是源节点对应的加权功率分配值，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数，|ωi|2是源节点i发送数据时的发送功率。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，
所述第一约束条件采用下述公式表示：
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<mo>|</mo>
<msubsup>
<mi>&Sigma;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>n</mi>
</msubsup>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>&alpha;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<msup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>&eta;</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>&GreaterEqual;</mo>
<msub>
<mi>SNR</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
其中，SNRmin是预设门限值，是接收端联合接收的信噪比，η(t)是接收到的噪声，Pη是噪声η(t)所对应的功率，αil表示发送节点i到接收节点t1的功率衰减系数的开平方；
所述第二约束条件采用下述公式表示：
<mrow>
<mn>0</mn>
<mo>&le;</mo>
<mo>|</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>|</mo>
<mo>&le;</mo>
<msqrt>
<msub>
<mi>P</mi>
<msub>
<mi>&gamma;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</msub>
</msqrt>
</mrow>
其中，|ωi|是源节点发送数据时对应的信号幅值的绝对值，是源节点额定功率值开平方。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述功率分配函数采用下述公式表示：
<mfenced open = "" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>L</mi>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>t</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mo>|</mo>
<msub>
<mover>
<mi>&omega;</mi>
<mo>^</mo>
</mover>
<mi>i</mi>
</msub>
<msup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>X</mi>
</msup>
<msubsup>
<mi>&alpha;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<msub>
<mi>SNR</mi>
<mi>min</mi>
</msub>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>&eta;</mi>
</msub>
</mrow>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msubsup>
<mi>&Sigma;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>n</mi>
</msubsup>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>X</mi>
</msup>
<msubsup>
<mi>&alpha;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
其中，SNRmin是预设门限值，是源节点对应的加权功率分配值，Ei是源节点i的初始能量值，Ri是源节点i的剩余能量值，X是加权参数，是源节点i发送数据时的发送功率，η(t)是接收到的噪声，Pη是噪声η(t)所对应的功率，αi1 2表示发送节点i到接收节点t1的功率衰减系数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310094365.0A CN104066142B (zh) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | 一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310094365.0A CN104066142B (zh) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | 一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104066142A CN104066142A (zh) | 2014-09-24 |
| CN104066142B true CN104066142B (zh) | 2017-11-21 |
Family
ID=51553623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310094365.0A Active CN104066142B (zh) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | 一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104066142B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105828426B (zh) * | 2015-12-22 | 2019-03-01 | 北京交通大学 | 高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理方法及系统 |
| CN106059861B (zh) * | 2016-07-26 | 2023-10-24 | 河南工程学院 | 一种分布式构建物联网最小动态汇聚树的系统及方法 |
| CN106851768B (zh) * | 2016-12-30 | 2020-03-27 | 北京航空航天大学 | 服务质量保证的自适应跨层多址接入方法及系统 |
| CN106941532B (zh) * | 2017-03-30 | 2019-07-12 | 北京奇艺世纪科技有限公司 | 一种应用于分布式系统的数据传输方法及装置 |
| CN108632941A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-10-09 | 重庆邮电大学 | 基于能量感知的选择协作方法和中继选择方法 |
| CN109275170A (zh) * | 2018-08-20 | 2019-01-25 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种无线可充电传感网络的充电方法及系统 |
| CN110286694B (zh) * | 2019-08-05 | 2022-08-02 | 重庆邮电大学 | 一种多领导者的无人机编队协同控制方法 |
| CN110493842B (zh) * | 2019-08-20 | 2020-12-11 | 常熟理工学院 | 一种移动自组网的数据通信方法 |
| CN111542070B (zh) * | 2020-04-17 | 2023-03-14 | 上海海事大学 | 一种工业无线传感器网络的高效多约束部署方法 |
| CN111800838B (zh) * | 2020-06-17 | 2022-02-01 | 西安电子科技大学 | 无线移动自组织网络分簇跨层通信控制方法、系统及应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101098373A (zh) * | 2006-06-30 | 2008-01-02 | 中国科学院软件研究所 | 无线传感器网络中数据收集设备的移动决策方法 |
| CN101577956A (zh) * | 2009-06-15 | 2009-11-11 | 北京邮电大学 | 协作中继节点选择方法及系统 |
| CN102325041A (zh) * | 2011-07-18 | 2012-01-18 | 南京邮电大学 | 一种基于复杂网络理论的无线传感器网络分组管理方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7486627B2 (en) * | 2003-06-03 | 2009-02-03 | Palo Alto Research Center Incorporated | Time-aware strategy for message-initiated constraint-based routing |
-
2013
- 2013-03-22 CN CN201310094365.0A patent/CN104066142B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101098373A (zh) * | 2006-06-30 | 2008-01-02 | 中国科学院软件研究所 | 无线传感器网络中数据收集设备的移动决策方法 |
| CN101577956A (zh) * | 2009-06-15 | 2009-11-11 | 北京邮电大学 | 协作中继节点选择方法及系统 |
| CN102325041A (zh) * | 2011-07-18 | 2012-01-18 | 南京邮电大学 | 一种基于复杂网络理论的无线传感器网络分组管理方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 引入剩余能量的LEACH 协议改进算法;徐东意，张华忠;《计算机工程与应用》;20091231;全文 * |
| 无线传感器网络中的能量均衡路由算法研究;张海洋;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20090115;全文 * |
| 无线传感器网络分簇协议LEACH协议中的簇头选择的改进研究;王法;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20091115;全文 * |
| 无线传感器网络能量均衡的分簇路由算法研究;聂丽;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20090615;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104066142A (zh) | 2014-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104066142B (zh) | 一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置 | |
| Mukherjee et al. | Edge computing-enabled cell-free massive MIMO systems | |
| Chen et al. | Distributed power splitting for SWIPT in relay interference channels using game theory | |
| CN101138206B (zh) | 用于多跳网络中的高级路由选择度量的方法及装置 | |
| Xie et al. | Optimal resource allocation for reliable and energy efficient cooperative communications | |
| Guan et al. | Topology control in mobile ad hoc networks with cooperative communications | |
| CN102638872B (zh) | 协作中继网络中基于负载均衡的中继选择方法 | |
| Yu et al. | Topology control in cooperative wireless ad-hoc networks | |
| Jia et al. | A genetic approach on cross-layer optimization for cognitive radio wireless mesh network under SINR model | |
| Khayatian et al. | Coalition-based approaches for joint power control and relay selection in cooperative networks | |
| Zhang et al. | Resource allocation for wireless cooperative networks: A unified cooperative bargaining game theoretic framework | |
| Hafeez et al. | Analysis of dynamic spectrum leasing for coded bi-directional communication | |
| Hussain et al. | Energy efficient virtual MIMO communication for wireless sensor networks | |
| Song et al. | Energy efficient cooperative coalition selection in cluster-based capillary networks for CMIMO IoT systems | |
| CN104954970A (zh) | 一种d2d的资源分配的方法及系统 | |
| CN104661278B (zh) | 一种基于演化博弈的分簇协作路由方法 | |
| Chen et al. | Energy-balanced cooperative routing in multihop wireless ad hoc networks | |
| Avokh et al. | Interference-aware multicast and broadcast routing in wireless mesh networks using both rate and channel diversity | |
| Ebrahimi et al. | Device-to-device data transfer through multihop relay links underlaying cellular networks | |
| Lu et al. | A layered coalitional game framework of wireless relay network | |
| Mach et al. | Incentive-based D2D relaying in cellular networks | |
| Dai et al. | Fairness improves throughput in energy-constrained cooperative ad-hoc networks | |
| Chen et al. | Energy-balanced cooperative routing in multihop wireless networks | |
| CN106550409A (zh) | 协作下行通信中的复合中继激励方法 | |
| Saad et al. | 13 Coalitional games for cooperative cellular wireless networks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |