[发明专利]一种面向无线体域网的高能效拓扑结构优化方法

权利要求书

1.一种面向无线体域网的高能效拓扑结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、分析无线体域网应用场景，确定可供选择的网络拓扑结构；

B、分析信道路径损耗对数据传输的影响，获得单位时间内传感器节点的成功传输的数据量；

C、计算单位时间内传感器节点的能耗，并结合在步骤B中得到的数据，求出传感器节点的单位比特能耗模型；

D、分析步骤C中的传感器节点的单位比特能耗模型，获得传感器节点的最优发射功率，以降低传感器节点的单位比特能耗；

E、对同一拓扑结构中所有传感器节点应用步骤B、C和D，得到此时汇聚节点成功接收的数据的单位比特能耗模型；

F、对所有可供选择的网络拓扑结构应用步骤E，建立并分析最优汇聚节点位置模型，从而获得最优网络拓扑结构；

上述步骤F中最优汇聚节点位置模型为：

其中，i表示第i个传感器节点，PAR为信号的峰均比，ρ为射频端功放的漏极效率，P_ti表示传感器节点i的发射功率，T_si表示休眠期的时间，P_c为传感器节点中电路元器件的功率，P_s为传感器节点处于休眠期内系统的功率，x_j表示待选汇聚节点位置，R_i为传感器节点i的数据传输速率，n表示传感器节点个数，T_ai表示传感器节点的活跃期时间，α_i为传感器节点i的发射信号能被汇聚节点成功接收的概率，s表示休眠时间，t表示传感器，M表示待选汇聚节点的总数。

2.根据权利要求1所述的一种面向无线体域网的高能效拓扑结构优化方法，其特征在于，上述步骤A中确定可供选择的网络拓扑结构包括以下步骤：

A1、根据无线体域网应用场景，确定传感器节点的种类及数目，假设无线体域网中传感器节点个数为n；

A2、确定每个传感器节点的位置；

A3、确定可供选择的汇聚节点位置，假设待选汇聚节点位置为x_j，其中j＝1,2,…,M并且M表示待选汇聚节点的总数；

A4、根据不同的汇聚节点位置，确定可供选择的拓扑结构。

3.根据权利要求1所述的一种面向无线体域网的高能效拓扑结构优化方法，其特征在于，上述步骤B中获得单位时间内传感器节点的成功传输的数据量包括以下步骤：

B1、根据应用场景选取信道路径损耗模型，静态场景中最合适的路径损耗模型为对数正态分布；动态场景中最适合描述一般运动引起的中等衰落的是Nakagami-m分布，最适合描述剧烈运动引起的严重衰落的是Weibull分布；

B2、多次测量链路的信道增益，结合所选的路径损耗模型，利用最大似然估计获得路径损耗模型的概率密度函数的参数，进而获得路径损耗模型的累积分布函数；

B3、分析上述路径损耗模型的累积分布函数，得到传感器节点i的发射信号能被汇聚节点成功接收的概率α_i；

B4、根据传感器节点i在单位时间内发送的数据量，结合发射信号能被汇聚节点成功接收的概率，获得单位时间内被汇聚节点成功接收的数据量：

L_ri＝R_i·T_ai·α_i(1)

其中，R_i为传感器节点i的数据传输速率，T_ai表示传感器节点i的活跃期时间；步骤B中所述信道为CM3，所述链路为上行链路。