[发明专利]基于纳什均衡的水下信道竞争机制在审
申请号: | 202110058839.0 | 申请日: | 2021-01-17 |
公开(公告)号: | CN112512129A | 公开(公告)日: | 2021-03-16 |
发明(设计)人: | 羊秋玲;董威;黄向党;陈艳霞;刘敬科 | 申请(专利权)人: | 海南大学 |
主分类号: | H04W74/00 | 分类号: | H04W74/00;H04W74/08;H04W84/18;H04B13/02 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 570100 海*** | 国省代码: | 海南;46 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 均衡 水下 信道 竞争机制 | ||
本发明涉及一种基于纳什均衡的水下信道竞争机制的设计,主要包括下列步骤:建立系统模型:n个成员节点随机分布在一个主节点的传输范围内,成员节点和主节点被锚定在水下某一深度,通过水声通信链路进行通信,网络中所有节点时针同步;当一个节点在时刻0发送控制包时,将一个成员节点发送的控制包到达主节点的时刻建模[0,Tmax]上的均匀分布;将n个成员节点在同一时刻发送RTS控制包竞争信道的行为建模成一个非合作的信息不完全的博弈,并得到混合策略下的纳什均衡;所有成员节点根据得到的混合策略选择性的发送RTS控制包竞争信道。
技术领域
本发明属于水下无线传感器网络通信技术领域,涉及一种基于纳什均衡的水下信道竞争机制。
背景技术
水下无线传感器网络使用声学链路进行节点之间的通信,而声波在水下的传播速度约为1500m/s,这与陆地使用的电磁波相比,低了5个数量级,从而,水下无线传感器网络有着长传播时延的特性,1000m的传播距离就需要0.67s的时间,这无疑是很长的,因此节点无法及时获知信道的状态。当一个节点感知到信道为空闲状态时,可能此时信道正在被其它节点占用,若此时节点选择发送报文,则可能会产生碰撞。水下传感器节点使用声学调制解调器工作,而且由于数据包具有较长的前导码,导致数据包的传输时延较大,从而,一个节点要完整的接收一个数据包的时间较长,在这段时间内,如果存在其它数据包刚好到达该节点,则将会产生碰撞,导致数据包传输的失败。这种情况在负载较大的水声传感器网络中更加严重。如图2所示,在竞争性MAC协议中,节点通过发送RTS控制包进行信道的预约,当网络负载较大时,碰撞就会变得很严重,导致能量的浪费,时间的浪费,因此设计了一种基于纳什均衡的水下信道竞争机制。
发明内容
针对水下无限传感器网络面临的网络负载大的情况下碰撞概率大的问题,本发明提供了一种基于纳什均衡的水下信道竞争机制,在该发明中,把每个节点看作一个博弈方,在同一时刻发送RTS控制包竞争信道的行为建模成一个非合作的信息不完全的博弈,从而得到混合策略下的纳什均衡。提出的发明可以减少控制包的碰撞,提高握手的成功率,从而提高网络的吞吐量,降低端到端延迟,减少能量的消耗。技术方案如下:
基于纳什均衡的水下信道竞争机制的设计,包括下列步骤:
(1)n个成员节点随机分布在一个主节点的传输范围内,成员节点和主节点被锚定在水下某一深度,通过水声通信链路进行通信,网络中所有节点时针同步,在初始化阶段所有节点通过信息交互获得网络的规模,也就是网络中成员节点的数量;所有成员节点每次发送RTS控制包竞争信道的行为都是在同一时刻开始的;
(2)当成员节点均匀分布在主节点的传输范围内时,当一个节点在时刻0发送控制包时,将一个成员节点发送的控制包到达主节点的时刻建模[0,Tmax]上的均匀分布,从而在主节点上,两个任意成员节点同时发送控制包的碰撞概率可以表示为;
(3)将n个成员节点在同一时刻发送RTS控制包竞争信道的行为建模成一个非合作的信息不完全的博弈,设节点在一轮通信的开始的混合策略为(P,1-P),其中P为选择发送的概率,由于每个成员节点都是对称的博弈方,于是任意一个成员节点发送RTS控制包时,在主节点碰撞的期望为,支付函数为Y=P.P1.S+P(1-P1)F+(1-P)W,于是可以得到混合策略下的纳什均衡为(P,1-P),其中,S代表节点发送数据成功的支付,W代表节点等待不发送的支付,F代表节点发送产生碰撞的支付;
(4)所有成员节点根据得到的混合策略选择性的发送RTS控制包竞争信道,也就是一概论P发送RTS控制包竞争信道。
本发明提供了一种基于纳什均衡的水下信道竞争机制,把每个节点看作一个博弈方,在同一时刻发送RTS控制包竞争信道的行为建模成一个非合作的信息不完全的博弈,从而得到混合策略下的纳什均衡,节点根据混合策略竞争信道,提高了握手效率和吞吐量。
附图说明
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