本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，提出一種基于不完全信息的無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)收集方法。

背景技術(shù)：

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中由于某些節(jié)點(diǎn)的不確定性，例如節(jié)點(diǎn)位置的動(dòng)態(tài)變化等，其他節(jié)點(diǎn)對(duì)于此節(jié)點(diǎn)的信息不是完全可知的。數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的不確定性導(dǎo)致的聯(lián)盟內(nèi)信息的不完全性,

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種不完全信息下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集方法，使用不完全信息的貝葉斯聯(lián)盟博弈，來解決節(jié)點(diǎn)的不確定性問題，提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能。

本發(fā)明的一種不完全信息下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集方法，該方法包括以下步驟：

步驟(1)、收集節(jié)點(diǎn)根據(jù)控制中心傳來的信息，獲得各個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)初始的位置信息，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性導(dǎo)致聯(lián)盟結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，一旦收集節(jié)點(diǎn)感受到數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，收集節(jié)點(diǎn)之間彼此通信來確定數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置；

步驟(2)、每個(gè)收集節(jié)點(diǎn)分別利用對(duì)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行估測(cè)，來確定自身所存在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；

步驟(3)、計(jì)算每個(gè)估測(cè)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的各聯(lián)盟結(jié)構(gòu)下各數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的安全效益值，使用吞吐量和延時(shí)之間的比值表示聯(lián)盟S的收益：

其中，表示數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)i的利用率；表示總利用率，λ_i為數(shù)據(jù)的到達(dá)率，W_i為數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)i的平均等待時(shí)間，表示聯(lián)盟的平均吞吐量，β∈(0,1)為吞吐量和延時(shí)之間的平衡參數(shù)，δ為網(wǎng)絡(luò)提供給聯(lián)盟S的單位功率價(jià)格，T表示數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)，i∈s表示的是聯(lián)盟S中的節(jié)點(diǎn)i；

運(yùn)用拒絕機(jī)制，找到滿足貝葉斯核的約定，即滿足以下定義：

如果存在一種S-約定滿足：A^S_S＞_SA^M_S，則聯(lián)盟S拒絕約定A^M，其中S表示聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，A^M表示約定M，A^S表示約定S；

步驟(4)、經(jīng)過貝葉斯聯(lián)盟博弈后得到納什穩(wěn)定的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，聯(lián)盟內(nèi)的收集節(jié)點(diǎn)幫助不同的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，解決數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的不確定性帶來的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化特性，從而有效地將數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)分配給不同的收集節(jié)點(diǎn)，保證收集節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)之間形成穩(wěn)定的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)能夠以較高的吞吐量和較低的延時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至目的節(jié)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于貝葉斯聯(lián)盟博弈的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)模型；

圖2是本發(fā)明的一種不完全信息下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集方法的整體流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本發(fā)明提供一種基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的貝葉斯聯(lián)盟博弈算法，用戶預(yù)先知道一定的參與者信息，各用戶對(duì)真實(shí)的應(yīng)用環(huán)境有自己的信息，并依此進(jìn)行信息分割。為了分配未知的收益，用戶之間有相互約定。約定中會(huì)列出各種不同用戶組成應(yīng)用環(huán)境下的收益分配額，并對(duì)約定的穩(wěn)定性和公正性進(jìn)行分析，以形成穩(wěn)定的聯(lián)盟協(xié)作關(guān)系，保證聯(lián)盟整體收益和各成員收益最優(yōu)。每一個(gè)聯(lián)盟都包含數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和收集節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化導(dǎo)致收集節(jié)點(diǎn)關(guān)于數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的信息是不完全可知的，因此收集節(jié)點(diǎn)使用信念更新機(jī)制估測(cè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的信念概率，從而動(dòng)態(tài)地調(diào)整聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，最后形成納什穩(wěn)定的貝葉斯核。在貝葉斯核對(duì)應(yīng)的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)中，收集節(jié)點(diǎn)在不同的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)之間移動(dòng)，從而將數(shù)據(jù)有效地傳輸至目的節(jié)點(diǎn)。

1、整體算法包括以下幾個(gè)步驟：

(1)收集節(jié)點(diǎn)根據(jù)控制中心傳來的信息，獲得各個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)初始的位置信息，一旦收集節(jié)點(diǎn)感受到數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，收集節(jié)點(diǎn)之間便會(huì)彼此通信來確定數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置；

(2)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性導(dǎo)致聯(lián)盟結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，因此每個(gè)收集節(jié)點(diǎn)分別對(duì)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行估測(cè)，確定可能存在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；

(3)確定所有可能形成的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，計(jì)算每個(gè)估測(cè)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的各聯(lián)盟結(jié)構(gòu)下各數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的安全效益值，運(yùn)用拒絕機(jī)制，找到滿足貝葉斯核的約定；

(4)收集節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)在貝葉斯核對(duì)應(yīng)的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息傳輸。

2、如圖1所示的基于貝葉斯聯(lián)盟博弈的數(shù)據(jù)收集模型，假設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中含有T個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和L個(gè)收集節(jié)點(diǎn)，收集節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在某一個(gè)區(qū)域內(nèi)，j＝{1,2,…,L}用來表示不同的收集節(jié)點(diǎn)，收集節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)之間移動(dòng)并進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集。節(jié)點(diǎn)的鏈路傳輸容量為μ_j，單位是數(shù)據(jù)包/秒，1/μ_j表示的是收集節(jié)點(diǎn)j服務(wù)單個(gè)數(shù)據(jù)包的服務(wù)時(shí)間。所有的收集節(jié)點(diǎn)都限制相同的最大傳輸功率，用于將數(shù)據(jù)傳輸至目的節(jié)點(diǎn)。{1,2,…,T}表示不同的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)是要傳送到目的節(jié)點(diǎn)的一個(gè)隊(duì)列的數(shù)據(jù)包。

3、聯(lián)盟收益的計(jì)算

(1)假設(shè)傳輸信道為瑞利衰落信道，信道內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的收集節(jié)點(diǎn)有l(wèi)個(gè)，表示為H_i＝{j₁…j_h…j_l}，其中j₁表示收集者，j_h表示中繼節(jié)點(diǎn)，j_l為目的節(jié)點(diǎn)。B比特的數(shù)據(jù)包從數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)i∈T處的收集節(jié)點(diǎn)經(jīng)過信道內(nèi)的l個(gè)收集節(jié)點(diǎn)，傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)成功的概率為：其中為單個(gè)比特從收集節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)较噜徥占?jié)點(diǎn)或者目的節(jié)點(diǎn)的成功傳輸概率。為了保證接收端的信噪比高于閾值γ₀，單比特的數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的概率定義為：

其中，k是信道衰減的常數(shù)，為節(jié)點(diǎn)之間的距離，δ²為高斯白噪聲的方差，α為信道衰減的指數(shù)，為節(jié)點(diǎn)的最高傳輸功率。

(3)將此聯(lián)盟看做輪詢系統(tǒng)，此聯(lián)盟的延時(shí)表示為：

其中，W_i為數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)i的平均等待時(shí)間，為對(duì)于給定的路徑{i₁,...i_|S∩T|}，收集節(jié)點(diǎn)服務(wù)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)所需要的切換時(shí)間，收集節(jié)點(diǎn)組可以看做是單個(gè)的收集者，為傳輸容量的總和，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)i的利用率為：總利用率為λ_i為數(shù)據(jù)的到達(dá)率。

(4)此模型的聯(lián)盟中，聯(lián)盟的平均吞吐量表示為：

(5)在此系統(tǒng)模型中，為了最大化聯(lián)盟收益，需要平衡聯(lián)盟的代價(jià)和效益之間的關(guān)系，因此使吞吐量和延時(shí)之間的比值表示聯(lián)盟S的收益：

其中β∈(0,1)為吞吐量和延時(shí)之間的平衡參數(shù)，δ為網(wǎng)絡(luò)提供給聯(lián)盟S的單位功率價(jià)格。

(6)為了合理分配聯(lián)盟S的收益，根據(jù)聯(lián)盟中單個(gè)成員對(duì)聯(lián)盟的貢獻(xiàn)，對(duì)聯(lián)盟S中的收益進(jìn)行合理地分配，因此聯(lián)盟中成員i∈S的單個(gè)收益可以表示為：

4、拒絕機(jī)制：

拒絕機(jī)制用來評(píng)估每一種約定，從而得到貝葉斯核，定義如下：

對(duì)于給定的貝葉斯聯(lián)盟博弈B＝＜M,Π,P,(I_y),(≥_y)＞和大聯(lián)盟約定A^M，聯(lián)盟S拒絕大聯(lián)盟約定A^M的條件為：如果存在一種S-約定使得某個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境e∈∏^*(A^M,A^S)滿足：則聯(lián)盟S拒絕約定A^M。

5、經(jīng)過貝葉斯聯(lián)盟博弈后得到納什穩(wěn)定的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，聯(lián)盟內(nèi)的收集節(jié)點(diǎn)幫助不同的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。