[发明专利]一种环境监测定向WSN节能实现的方法

权利要求书

1.一种环境监测定向WSN节能实现的方法，具体操作步骤如下，其特征在于：

所述S1、在用于环境监测中的WSN设有一个基站，基站覆盖区域内设置多个传感器节点，同时基站覆盖区域中的传感器数量表示为N，传感器的放置位置表示为(x,y)；

S2、检测基站接收机的热噪声功率谱密度，热噪声功率谱密度表示为N_o，检测基站内传感器发射功率，传感器的发射功率表示为P_T(x,y)，测量基站内的天线增益，基站天线增益表示为g_R(x,y)，同时测量基站覆盖区域的面积，面积表示为A；

S3、根据S1步骤以及S2步骤按照通信相关理论，可假设基站内传感器节点存活时间是其发射机功率的反函数，为简化推导，以传感器的发射功率作为优化参数，因此位于(x,y)位置的传感器信干噪比γ(x,y)可表示为：

S4、测量基站发射机天线增益，发射机天线增益表示为G_T，测量基站中所有天线的平均天线增益，平均天线增益表示为G_R，测量传感器电磁波的自由空间损耗，自由空间损耗表示为L_fs，测量传感器电磁波在传输过程中的衰减和大气吸收的损耗，衰减和大气吸收的损耗表示为L_l；

根据上述参数使得S3步骤中的K₁可定义为：K₁＝g_RG_TL_fsL_l；

S5、K₂定义如下：K₂＝G_Tg_RL_fsL_l(N-1)R/W；

S6、在CDMA通信系统中，为了以系统所需的BER使系统容量最大化，SNR必须始终独立于传感器位置，即要求接收节点以相同的功率接收来自处于不同地理位置的传感器节点的信号，因此S3步骤中分母中的第二项可化简为：K₂g_R(x,y)P_T(x,y)，因此将该公式引入S3步骤公式中可得：

S7、定义节点传感器的平均发送功率为：∫∫_AF(x,y,g(x,y))dxdy，其中公式中：F(x,y,g(x,y))＝P_T(x,y)f(x,y)；

假设F(x,y,g(x,y))及其导数在A上是连续的，根据S6步骤和所需的SNR值，发射功率是关于g_R(x,y)的函数，其表示为：

S8、定义节点传感器的最小平均发射功率为：

同时定义两个约束条件：①假设天线满足以下标准化约束，即能量守恒约束：

上述S_A是监测区域；假设多个波束(天线)接收来自现场覆盖区域的信息，我们将上述步骤的右侧数量1替换为波束(天线)的数量；

②假定使用以下非负条件：

S9、根据优化理论，使用变分法和欧-拉方程，找到使平均发射功率最小的函数，欧-拉方程为：

将S7步骤中的第二函数公式带入欧-拉方程公式中可得：

通过对上述公式进行求解，可得的解为：

可见，上述公式关联起了基站接收天线增益、传感器密度分布函数和通信系统参数，由于S8步骤中的两个约束条件，天线增益和传感器密度分布函数之间的关系是非线性的，使用上述公式同时对S8步骤中的两个约束公式求解，进而计算出λ₁和κ₁(x,y)，从而推导出给定系统约束情况下的平均网络生命周期的上界值。

2.根据权利要求1所述的一种环境监测定向WSN节能实现的方法，其特征在于：所述无线传感器网络是基于CDMA的多址技术运行。

3.根据权利要求1所述的一种环境监测定向WSN节能实现的方法，其特征在于：所述S3步骤公式中分母中的第一项表示节点传感器的热噪声，第二项表示其他节点信号造成的干扰，S3步骤中K₁和K₂为常数，f(x,y)是环境中传感器节点密度分布函数(DF)，DF依赖于环境(如风、地形、雨等)和节点部署机制。