一種基于體域網(wǎng)平臺(tái)的中繼選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于移動(dòng)通信領(lǐng)域，尤其涉及體域網(wǎng)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和可穿戴設(shè)備的不斷發(fā)展，在體域網(wǎng)中的應(yīng)用越來越廣泛。 同時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)的使用壽命短和能耗高等問題，一直是制約體域網(wǎng)走向通用的瓶頸。在無 線傳感器體域網(wǎng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)能耗主要由兩部分組成，分別是自身工作能耗和數(shù)據(jù)傳輸 能耗。數(shù)據(jù)傳輸能耗是其使用壽命的決定性因素。
[0003] 傳統(tǒng)的體域網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少，數(shù)據(jù)與個(gè)人控制終端間多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸， 因此節(jié)點(diǎn)分布相對(duì)固定也較為簡單。然而，隨著未來傳感器節(jié)點(diǎn)的增多，信息數(shù)據(jù)的多樣性 和節(jié)點(diǎn)信息交互的增加，體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將動(dòng)態(tài)變化。除此之外，傳感器節(jié)點(diǎn)類型的多樣 性決定了對(duì)各節(jié)點(diǎn)的能耗要求也不同，如可穿戴節(jié)點(diǎn)要求相對(duì)寬松，而對(duì)身體植入節(jié)點(diǎn)則 盡量減少傳輸能耗，使用時(shí)間須盡可能長。考慮以上兩種因素，在這樣一個(gè)時(shí)變多類型傳感 器網(wǎng)絡(luò)下，如何降低體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能耗，同時(shí)又能保證節(jié)點(diǎn)信息的傳播速率，將是未來體域網(wǎng) 一項(xiàng)很重要的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，考慮了體域網(wǎng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和多種類型的傳感器， 針對(duì)體域網(wǎng)特性，提出了一種低能耗的組網(wǎng)和傳輸機(jī)制，即通過選擇最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)，降低 體域網(wǎng)傳輸能耗，保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間傳輸速率。
[0005] 為了方便的描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先對(duì)本發(fā)明所使用的術(shù)語進(jìn)行介紹：
[0006] 傳輸能耗度：定義任意節(jié)點(diǎn)i的傳輸能耗度為(i)，是衡量節(jié)點(diǎn)傳輸能耗的量化 指標(biāo)。
[0007] 傳輸權(quán)值：每個(gè)傳感器相當(dāng)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)u到節(jié)點(diǎn)V之間的傳輸能耗 Wf3dgf3 (u, V)作為節(jié)點(diǎn)u和節(jié)點(diǎn)V的傳輸權(quán)值。若節(jié)點(diǎn)u和節(jié)點(diǎn)V不相關(guān)，則傳輸權(quán)值無窮大。
[0008] 擴(kuò)散速率：節(jié)點(diǎn)u到節(jié)點(diǎn)V之間的數(shù)據(jù)傳輸速率λ uv。
[0009] 傳輸參與度：節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳輸過程中的參與度，反映節(jié)點(diǎn)在傳輸能耗中的權(quán)值以 及節(jié)點(diǎn)之間信息傳輸?shù)南嚓P(guān)程度。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0011] 假設(shè)在一個(gè)體域網(wǎng)中有多種不同類型的傳感器，例如可穿戴設(shè)備，可植入設(shè)備等 等。傳感器節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)哪芎牡陀诠?jié)點(diǎn)與控制終端的傳輸能耗?；诋?dāng)前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中傳 感器節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)分布，以及可變的能量狀態(tài)信息，選擇最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)，使得節(jié)點(diǎn)傳輸能耗 最小。根據(jù)不斷變化的節(jié)點(diǎn)分布和能量狀態(tài)，適時(shí)的對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新，即重新選擇最優(yōu) 的中繼節(jié)點(diǎn)。
[0012] 一種基于體域網(wǎng)平臺(tái)的中繼選擇方法，包括如下步驟：
[0013] S1、監(jiān)控體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和能耗，通過測(cè)量設(shè)備計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗狀 態(tài)，其中，節(jié)點(diǎn)i的能耗狀態(tài)表示為Es(i)，i e Λ (i)，Λ (i)為整個(gè)體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的集合；
[0014] S2、根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)分布情況，計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗度，其 中，節(jié)點(diǎn)i的傳輸能耗度E^(i) = [Er(i)+Eh(i)]/E。，Er(i)表示節(jié)點(diǎn)i儲(chǔ)存的能量，E h(i) 為節(jié)點(diǎn)i采集的能量，
為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的總能耗，艮⑴為節(jié)點(diǎn)i的傳 輸能耗；
[0015] S3、利用S2所述L(i)，計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸參與度，其中，節(jié)點(diǎn)i的傳輸參與
N1表示與節(jié)點(diǎn)i數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)數(shù)，N為體域網(wǎng)絡(luò)總的節(jié)點(diǎn)數(shù)，p表 示節(jié)點(diǎn)i與其他節(jié)點(diǎn)信息傳輸相關(guān)度的權(quán)值，q表示節(jié)點(diǎn)i傳輸能耗的權(quán)值，匕為整個(gè)網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳輸參與度的總和；
[0016] S4、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸參與度，選擇k個(gè)節(jié)點(diǎn)作為整個(gè)體域網(wǎng)數(shù) 據(jù)傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)，其中，〇 < k < N，k為經(jīng)驗(yàn)值；
[0017] S5、計(jì)算出最優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸策略，即其他節(jié)點(diǎn)通過S4所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收發(fā)方 案；
[0018] S6、更新網(wǎng)絡(luò)層信息，保存現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息，返回S1。
[0019] 進(jìn)一步地，S4所述選擇k個(gè)節(jié)點(diǎn)作為整個(gè)體域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)具體方法 為：依次選擇出k個(gè)傳輸參與度最大的節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：
[0021] 本發(fā)明提出了一種基于體域網(wǎng)平臺(tái)的中繼選擇方法，通過計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸 參與度，有效地選擇出傳輸參與度大的節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，從而達(dá)到降低節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗， 保證節(jié)點(diǎn)間較高的傳輸速率的目的。又通過考慮時(shí)變多類型體域網(wǎng)架構(gòu)，實(shí)時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)信 息，減少遠(yuǎn)程監(jiān)控能耗，提高節(jié)點(diǎn)電池的壽命。本發(fā)明與已有體域網(wǎng)的傳輸方法相比，更加 適用于未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)多變且多類型的傳感器體域網(wǎng)，采用動(dòng)態(tài)中繼選擇方法，將中繼作為 服務(wù)提供者，兼顧降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗下，又能保持節(jié)點(diǎn)間較高傳播速率。
【附圖說明】
[0022] 圖1是傳統(tǒng)的傳感器體域網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明中利用K個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)捏w域網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0025] 無線傳感器在體域網(wǎng)的應(yīng)用為例，傳感器體域網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，圖2是中繼選 擇算法的體域網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。
[0026] 假設(shè)的條件如下：
[0027] 每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)順序標(biāo)注，任意節(jié)點(diǎn)i表示為i = (1，2, 3, ...，N)，初始時(shí)刻任意 節(jié)點(diǎn)i的傳輸能耗度L⑴=0,初始時(shí)刻任意節(jié)點(diǎn)i的能耗狀態(tài)Es⑴=0,整個(gè)體域網(wǎng) 節(jié)點(diǎn)和傳輸路徑表示為加權(quán)圖{G= (i，}，已知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的平均傳輸速率I il.
[0028] 實(shí)施例：
[0029] 步驟1、監(jiān)控體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和能耗，通過測(cè)量設(shè)備計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗 狀態(tài)，得到表1的數(shù)據(jù)，表1為節(jié)點(diǎn)間的單跳和多跳傳輸路徑能耗。
[0032] 步驟2、根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)分布情況，計(jì)算出13個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗度。 任意節(jié)點(diǎn)i的傳輸能耗度L (i)，滿足L⑴=㈤⑴+Eh⑴]/E。，其中，Eh⑴和E。都可通 過表1得到。從而得出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗度E tll⑴。
[0033] 步驟3、利用每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗度L (i)，計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸參與度。任意 節(jié)點(diǎn)i的傳輸參與度NP⑴為
其中，N= 13, NjPL1通過表1得知。 本實(shí)施例假設(shè)，P = 〇. 2, q = 0. 8。
[0034] 步驟4、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸參與度，選擇出k個(gè)傳輸參與度最大的 節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)。
[0035] 步驟5、利用選擇出的中繼節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)通過這k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，得 出最優(yōu)的傳輸策略。
[0036] 步驟6、更新網(wǎng)絡(luò)層信息，保存計(jì)算得到的數(shù)據(jù)信息，返回步驟1。
[0037] 表2為兩種模型在體域網(wǎng)中的能耗對(duì)比。從表2可以看出與傳統(tǒng)方法對(duì)比，本發(fā) 明的方法大大降低了節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗，又能保證較高的節(jié)點(diǎn)傳輸速率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于體域網(wǎng)平臺(tái)的中繼選擇方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 監(jiān)控體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和能耗，通過測(cè)量設(shè)備計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗狀態(tài)，其 中，節(jié)點(diǎn)i的能耗狀態(tài)表示為氏(i)，ieΛ(i)，Λ(i)為整個(gè)體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的集合； 52、 根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)分布情況，計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗度，其中， 節(jié)點(diǎn)i的傳輸能耗度Ed(i) = [Er(i)+Eh(i)]/Ee，Er(i)表示節(jié)點(diǎn)i儲(chǔ)存的能量，Eh(i)為節(jié) 點(diǎn)i采集的能量，為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的總能耗，Et(i)為節(jié)點(diǎn)i的傳輸能 耗； 53、 利用S2所述Eti(i)，計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸參與度，其中，節(jié)點(diǎn)i的傳輸參與度Ni表示與節(jié)點(diǎn)i數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)數(shù)，N為體域網(wǎng)絡(luò)總的節(jié)點(diǎn)數(shù)，P表 示節(jié)點(diǎn)i與其他節(jié)點(diǎn)信息傳輸相關(guān)度的權(quán)值，q表示節(jié)點(diǎn)i傳輸能耗的權(quán)值，Eti為整個(gè)網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳輸參與度的總和； 54、 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸參與度，選擇k個(gè)節(jié)點(diǎn)作為整個(gè)體域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳 輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)，其中，0 <k《N，k為經(jīng)驗(yàn)值； 55、 計(jì)算出最優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸策略，即其他節(jié)點(diǎn)通過S4所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收發(fā)方案； 56、 更新網(wǎng)絡(luò)層信息，保存現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息，返回S1。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體域網(wǎng)平臺(tái)的中繼選擇方法，其特征在于：S4所述 選擇k個(gè)節(jié)點(diǎn)作為整個(gè)體域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)具體方法為：依次選擇出k個(gè)傳輸參與 度最大的節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于移動(dòng)通信領(lǐng)域，尤其涉及體域網(wǎng)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸。一種基于體域網(wǎng)平臺(tái)的中繼選擇方法，假設(shè)在一個(gè)體域網(wǎng)中有多種不同類型的傳感器，傳感器節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)哪芎牡陀诠?jié)點(diǎn)與控制終端的傳輸能耗?；诋?dāng)前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中傳感器節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)分布，以及可變的能量狀態(tài)信息，選擇最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)，使得節(jié)點(diǎn)傳輸能耗最小。根據(jù)不斷變化的節(jié)點(diǎn)分布和能量狀態(tài)，適時(shí)的對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新，即重新選擇最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)。
【IPC分類】H04W40/22, H04W52/02
【公開號(hào)】CN105246122
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510535055
【發(fā)明人】但黎琳, 謝濟(jì)全, 陳升華, 孫兆杰, 劉曉波
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年8月27日