[发明专利]基于步态周期的功率控制，中继选择和时隙分配方法

权利要求书

1.基于步态周期的功率控制，中继选择和时隙分配方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：

步骤1：传感器节点检测出信道状况变化的周期性，计算出步态周期，对下一个周期的信道状况进行预测；

步骤2：将步态周期划分成两个以上的子帧，对于每个子帧，以平均信道路径损失代表信道状况，并根据信道状况为每个传感器节点筛选出候选中继，然后结合功率控制的算法，得到网络总能耗最小化的中继选择方案；

步骤3：对每个子帧，得到每个传感器的中继节点之后，为了保证时延不会超过一个子帧的时间长度，中继节点的时隙需要安排在源节点的时隙之后，在此约束下，结合功率控制算法，得到网络总能耗最小化的时隙分配方案。

2.根据权利要求1所述基于步态周期的功率控制，中继选择和时隙分配方法，其特征在于，所述步骤1包括以下分步骤：

步骤1-1：传感器节点对过去的一段样本数据进行信道状况变化的周期性检测，计算步态周期；

步骤1-2：检测出步态周期之后，采用周期滑动平均的方法对下一个周期的信道状况进行预测。

3.根据权利要求1所述基于步态周期的功率控制，中继选择和时隙分配方法，其特征在于，所述步骤2包括以下分步骤：

步骤2-1：对每个子帧，计算平均的信道路径损失用于表示信道状况；

步骤2-2：根据信道状况为每个传感器节点筛选候选中继集合，筛选的条件是传感器节点通过候选中继能够找到一条传输到中心节点的多跳链路，并且该链路的每一跳的信道路径损失都低于传感器节点到中心节点的直接传输链路；

步骤2-3：遍历所有中继选择的组合，结合功率控制的算法，计算网络的总能耗，选择最佳的中继组合使得网络的能量消耗最小化。

4.根据权利要求1所述基于步态周期的功率控制，中继选择和时隙分配方法，其特征在于，所述步骤3包括以下分步骤：

步骤3-1：将传感器节点分为A类节点和B类节点；A类节点是无需借助中继直接传输给中心节点并且不作为其他节点的中继的节点，B类节点则是需要借助中继传输的节点以及作为其他节点的中继的节点；

步骤3-2：对于B类节点，在每个子帧的时隙分配时约束中继节点分配的时隙需要在其源节点分配的时隙之后；

步骤3-3：为B类节点分配可选的时隙中的信道路径损失最小的时隙，采用功率控制的方法计算B类节点的总能耗，然后结合功率控制算法计算A类节点在剩余的每个时隙发送数据所需的能耗，构成一个效用矩阵，采用匈牙利算法求解最优分配方案，得到A类节点在剩余的时隙里分配的最小总能耗，从而得到网络的总能耗；由于为B类节点分配当前能够选择的最好的时隙的结果会受到B类节点的分配次序的影响，因此需要遍历任意B类节点的分配次序，重复上述步骤计算总能耗，最终选择总能耗最小的时隙分配方案。

5.根据权利要求1所述基于步态周期的功率控制，中继选择和时隙分配方法，其特征在于，是基于超帧结构的MAC协议，分为三个阶段：

上行信标阶段：传感器节点将它的每条通信链路的信道状况通过信标帧的方式传给中心节点；

下行信标阶段：中心节点广播信标帧，信标中携带着分配给每个传感器节点的时隙信息，以及每个时隙的传输的目的节点以及传输功率的信息；

数据传输阶段：本阶段分为两个以上固定长度的子帧，每个子帧划分为两个以上固定长度的时隙，数目与传感器节点数目相当，即每个传感器节点在每个子帧只发送一次数据；每个时隙内的通信包括上行的数据帧和下行的应答帧；所有节点在接收到信标帧以后，在指定的时隙里按照制定的发射功率传输数据包到指定的目的节点，目的节点随后回复应答帧ACK。