[发明专利]无线传感网中速率和可靠性协同的跨层优化方法

说明书

本发明公开了一种无线传感网中速率和可靠性协同的跨层优化方法，本发明通过利用变量替换以及引入中间变量的方法将一个非凸的无线传感网速率和可靠性协同的跨层优化问题转化成一个凸问题，然后再利用对偶分解和次梯度方法，设计了分布式优化算法，可分布式求解转化后的凸问题。该方法兼顾了无线传感网中速率和可靠性这两个重要性能指标，提出的分布式优化算法便于转化成无线传感网实际实施的协议。

技术领域

本发明涉及无线通信传输技术领域，具体为无线传感网络中，通过单路径传输的速率和其可靠性协同跨层优化的方法。

背景技术

无线传感网络作为是一种新型的综合信息采集、信息处理和信息传输功能于一体的现代化智能网络信息系统，它能够实时感知和采集各种准确的环境数据和目标信息，实现人与物理世界之间的通信和信息交互，极大的提高了人类认识和改造物理世界的能力。目前国内外对无线传感网络的基础理论及关键技术的研究正如火如荼的开展，并取得了一定的研究成果。针对无线传感网络中的速率控制问题、数据传输可靠性问题的相关研究也取得了一定进展。速率控制(也称流控制)是无线传感网络中资源公平和有效分配的一项重要技术。

保证数据传输的可靠性，主要从两个方面来进行：减少数据丢包和出错的概率；一旦发生数据丢失或出错，则重发数据。越来越多的科研人员已经投入到改善数据传输可靠性的研究之中。

近年来，无线传感网络中，数据传输速率的提高必然会降低数据传输的可靠性，因此数据传输速率和数据传输可靠性是两个基本的却又相互冲突的优化目标，两者之间存在一个内在的折中关系。所以我们必须对这种折中优化问题进行研究。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无线传感网络中速率和可靠性协同的跨层优化方法，该方法既优化了数据传输的速率又使可靠性得到了保证。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无线传感网络中速率和可靠性协同的跨层优化方法，包括以下步骤：

(1)建立无线传感网速率和可靠性协同的跨层优化问题P₁：

其中，x_f表示会话流的传输速率，U_f(x_f)表示速率的效用函数，r_l,f表示码率，B表示链路l的带宽，σ_l表示噪声干扰，p_l表示在链路l上消耗的功率，p_n表示进行传输数据时节点n消耗的功率，E(r_l,f)表示会话f使用链路l的出错概率，定义为一个关于码率r_l,f的函数，为了权衡会话流f的传输速率和错误概率，设定权重值w₁，w₁可取[0,1]之间的任何一个值；为了保持前后数量级一致，添加w_f。

(2)将非凸的问题P₁转化为凸问题P₂：

其中x′_f＝log(x_f)，c_l,f表示l链路上f会话的中间变量；

(3)采用对偶分解方法和次梯度方法对问题P₂进行分布式求解。问题P₂的对偶问题P₃为：