[发明专利]一种考虑重传的分簇式无线传感器网络寿命优化方法

权利要求书

1.一种考虑重传的分簇式无线传感器网络寿命优化方法，包括如下步骤：

步骤一：根据模型初步部署分簇式无线传感器网络；

步骤二：建立无线传感器节点的能耗模型，得到总消耗能量E；

步骤三：建立分簇式无线传感器网络的重传模型，得到单个SN的重传概率模型RR_SN(D_SN)和RN的重传概率模型RR_RN(D_RN)，D_SN是SN间信息传输距离，D_RN是RN间信息传输距离；

步骤四：建立考虑重传的分簇式无线传感器网络的能耗模型；

步骤五：建立考虑重传的分簇式无线传感器网络的传输成功率计算模型；

步骤六：建立均匀部署条件下分簇式无线传感器网络的寿命优化模型，通过求解该模型得到相邻SN间的最佳部署距离，以及SN和RN部署的最佳层数；

其特征在于，

所述的步骤一中，根据蜂窝状六边形结构部署一个分簇式无线传感器网络，该网络对半径为R_a的圆形区域实现信息监测；基站BS部署于圆形区域中心，围绕BS以六边形结构部署了L'层中继节点RN，围绕RN以六边形结构部署L层无线传感器节点SN；SN负责收集周围信息并向距离簇头RN较近的SN汇报，最后由距离RN最近的一层SN将信息汇报给RN，位于簇边缘的SN以等概率向其距离最近的RN汇报；同样，RN将收集到的信息，包括自身收集的信息和SN向其传递的信息，汇报给距离基站BS较近的RN，最后由距离BS最近的一层RN将全部信息汇报给BS；令该网络中的相邻SN间的距离为d，则相邻RN间的距离为无线传感器网络中的信息收集周期为t，每个SN和RN在一个信息收集周期内感知到大小为m的1个数据包，通过GPSR路由实现传递信息，信息传输过程中要求逐层传递，节点处也无信息融合；当各节点接收到的信息不正确或信息接收超时，前一节点将信息重传，直到达到设定的最大重传次数；

所述的步骤四中，设围绕某个RN部署的第i层的第j个SN记为第(i,j)个SN，考虑重传时，一个信息收集周期内该SN的能耗模型E(i,j)为：

E(i,j)＝[(β_{1_SN}+β_{2_SN}d^α)-β_{4_SN}](N_t,re,DATA(i,j)m+N_t,re,ACK(i,j)m_ACK)+

(β_{3_SN}-β_{4_SN})[N_r,re,DATA(i,j)m+N_r,re,ACK(i_,j)m_ACK]+β_{4_SN}tP_dm

其中，β_{1_SN}、β_{2_SN}、β_{3_SN}和β_{4_SN}为节点SN的系统固有参数；α是路径损失指数，2≤α≤4；m_ACK表示ACK信息的比特数；N_t,re,DATA(i,j)表示该SN向下一跳SN发送感知数据包数量的期望，N_t,re,ACK(i,j)表示该SN向上一跳SN发送ACK数据包数量的期望，N_r,re,DATA(i,j)表示该SN接收上一跳SN的感知数据包数量的期望，N_r,re,ACK(i,j)表示该SN接收下一跳SN的ACK数据包数量的期望，P_d是传感器对感知数据包的处理率；

设围绕BS部署的第i'层上的第j'个RN记为第(i',j')个RN，考虑重传时，该RN的能耗模型E(i',j')为：

E(i′,j′)=[(β1_RN+β2_RNdα)-β4_RN]Nt,re,SN,ACK(i′,j′)mACK+[(β1_RN+β2_RN(3Ld)α)-β4_RN]Nt,re,RN,DATA(i′,j′)m+[(β1_RN+β2_RN(3Ld)α)-β4_RN]Nt,re,RN,ACK(i′,j′)mACK+(β3_RN-β4_RN)[Nr,re,SN,DATA(i′,j′)+Nr,re,RN,DATA(i′,j′)]m+(β3_RN-β4_RN)Nr,re,RN,ACK(i′,j′)mACK+β4_RNtPdm,]]>

其中，β_{1_RN}、β_{2_RN}、β_{3_RN}和β_{4_RN}为节点RN的系统固有参数；N_t,re,SN,DATA(i',j')为该RN接收到发自SN的感知数据包数量的期望；N_t,re,SN,ACK(i',j')为该RN向SN发送ACK数据包数量的期望；N_t,re,RN,DATA(i',j')为该RN向下一跳RN或BS发送感知数据包数量的期望；N_t,re,RN,ACK(i',j')为该RN向上一跳RN发送ACK数据包数量的期望；N_r,re,RN,DATA(i',j')为该RN接收上一跳RN的感知数据包数量的期望；N_r,re,RN,ACK(i',j')为该RN接收下一跳RN或BS的ACK数据包数量的期望；

所述的步骤五中，一个信息收集周期内，通过位于(i,j)的SN向下一跳SN成功传递所有的数据的概率S_SN(i,j)为：

SSN(i,j)=[1-ASN3-2ASN2BSN(1-ASN)-ASNBSN2(1-ASN)2]Nt,SN(i,j)]]>

其中，A_SN是SN之间传递感知数据的重传概率，B_SN是SN之间传递ACK信息的重传概率；N_t,SN(i,j)是不考虑重传时一个信息收集周期内第(i,j)个SN向下一跳SN发送的感知数据包个数；整个网络中SN之间成功传输数据的概率S_SN为：

通过SN向位于(i',j')的RN成功传输所有数据的概率S_SR(i’,j’)为：

SSR(i′,j′)=[1-ASR3-2ASR2BSR(1-ASR)-ASRBSR2(1-ASR)2]NSN(i′,j′)]]>

其中，A_SR是SN向RN传递感知数据的重传概率，B_SR是SN向RN传递ACK信息的重传概率；N_SN(i’,j’)是不考虑重传时一个信息收集周期内SN向第(i’,j’)个RN发送的感知数据包个数；

通过位于(i',j')的RN向下一跳RN或BS成功传递所有数据的概率为S_RN(i’,j’)：

SRN(i′,j′)=[1-ARN3-2ARN2BRN(1-ARN)-ARNBRN2(1-ARN)2]Nt,RN(i′,j′)]]>

其中，A_RN是RN之间传递感知数据的重传概率，B_RN是RN之间传递ACK信息的重传概率；N_t,RN(i',j')为不考虑重传时一个信息收集周期内第(i',j')个RN向下一跳RN或BS发送的数据包个数；

将所有数据传输的成功率连乘，得到整个网络在一个信息收集周期内的成功传输数据的概率S：

所述的步骤六中，均匀部署条件下分簇式无线传感器网络的寿命优化模型为：

max[min(E0,RNmaxi′=1L′(maxj′=16i′E(i′,j′))t,E0,SNmaxi′=1L′(maxj′=16i′(maxi=1L(maxj=16iE(i,j))))t)]]]>

s.t.Rs<d≤3Rs,]]>

约束条件为：33Rt,SN<d≤Rt,SN,13Rt,RN<Ld≤33Rt,RN,]]>

S＞S^*

其中，E_0,RN为每个RN携带的初始能量，E_0,SN为每个SN携带的初始能量；S^*是规定的整网数据传递成功率；R_s是SN和RN的感知半径；R_t,SN和R_t,RN分别是SN和RN信息传输半径。