[发明专利]一种基于功率和能量优化的势博弈拓扑控制方法

权利要求书

1.一种基于功率和能量优化的势博弈拓扑控制方法，其特征在于：依照下列步骤顺序进行：

步骤1：选择簇头：采用N阶近邻分析方法计算出网络的最佳簇数k_opt，再依据节点能量、节点之间的距离和节点丢包率参数来指导选取出k_opt个节点作为最终选择的簇头；

步骤2：构建簇内和簇间路由：根据步骤1方法已确定为簇头的节点邀请非簇头节点加入所在的簇，非簇头节点通过衡量网络通信代价成本的方式选择合适的簇并加入，各个簇确定簇成员以及各个节点间确定通信关系后，Sink节点直接或间接地与簇头节点建立通信关系；

步骤3：拓扑维护：在网络运行过程中节点故障触发局部的拓扑维护，将节点失效后的链路重构成序数势博弈模型，参与博弈的节点进行功率选择使博弈收敛到一个纳什均衡状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于功率和能量优化的势博弈拓扑控制方法，其特征在于：所述步骤1中簇头的选择首先根据下列公式计算出每个节点成为簇头的概率：

上述公式中，E_r为节点剩余能量，为t时刻网络的平均能量，p_loss为节点的丢包率，p_loss∈[0,1]，γ∈(0,1]是调节因数；将上述计算结果根据从大到小排序从数值最大的开始依次选择k_opt个节点作为候选簇头；再将概率最大的节点确定为簇头，以确定的簇头为圆心，以设定的数值l为半径，分别判断其他候选簇头与所确定簇头之间的距离是否满足小于数值l，若其他候选簇头均在所设定的半径l数值范围内，则这k_opt个候选簇头均确定为最终所选择的簇头；若存在到所确定簇头的距离大于设定的数值l的候选簇头，则首先将上述所确定为圆心的簇头作为最终确定选择的簇头后，再以概率值次之小的节点确定为簇头，按照上述方案以其为圆心进行判断，以此类推，直至确定符合上述要求的k_opt个节点作为最终选择的簇头。

3.根据权利要求1所述的一种基于功率和能量优化的势博弈拓扑控制方法，其特征在于：所述构建簇内路由时，首先已被确定为簇头的节点以其最大的发射功率p_max向周围广播HELLO消息，非簇头节点接收到消息后在邻居列表上记录消息内容，并根据与各个簇头之间的距离和各个簇头当前剩余的能量按下列公式来计算，

上式中val(i,j,r)表示由非簇头节点i计算出的它与簇头节点j之间的数值；是簇头节点j在网络生命周期中的第r轮的剩余能量；d(i,j)是节点i与簇头节点j之间的距离；非簇头节点向上述计算数值最大的簇头发应答消息ACK，由此加入簇头所在的簇并建立与簇头之间的路由。

4.根据权利要求3所述的一种基于功率和能量优化的势博弈拓扑控制方法，其特征在于：所述邻居列表上记录的内容为发送消息节点的ID、发送消息节点的剩余能量、直接通信的路径损耗P_loss、通信方式和计数器加1的数值。

5.根据权利要求3所述的一种基于功率和能量优化的势博弈拓扑控制方法，其特征在于：所述构建簇间路由时，sink节点以设定的半径广播HELLO消息，消息包括sink节点的ID和计数器的数值；接收到消息的簇头记录计数器中的值加1后向其他簇头节点传递，并确定自己到sink节点的路径，构建簇头节点与sink节点之间的直接通信。