[发明专利]一种协作无线传感网增强网络生命周期的节点选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种协作无线传感网增强网络生命周期的节点选择方法，属于无线通信中继技术。

背景技术

无线传感器网络(WSN，wireless sensor networks)是由大量的微型传感器节点通过自组织方式构成的网络。这些传感器节点成本低、功耗小、并且具备一定的感知能力、计算能力和无线通信能力。无线传感器网络在环境检测、国防反恐、抗震救灾、医疗护理、智能家居和太空探测等诸多领域都有广阔的应用前景，是目前学术界研究的热点之一。传感器节点的能量一般都是依靠节点内置的电池提供，可供节点进行操作处理的能量是有限的，而且传感器节点一般都是播撒在环境条件复杂的地区，如何进行节点能量的补充是一大难题。因此，如何高效地使用能量，最大化网络生命周期成为无线传感器网络进一步应用面临的首要挑战。

按照参与协作通信的中继节点数目，中继选择方案可以分为两类：一类为多中继节点选择方案，即按照某要求选择多个中继参与协作转发；另一类为单中继节点选择方案，即根据某一算法在多个可供选择的中继中只选择一个最优中继来协助源节点进行数据转发。以满足目的节点的SNR为指标，当系统中的中继节点小于一定的数量后(或者比例小于一定的数值后)，定义协作通信网络“死亡”，死亡前的时长即为协作通信网络的生命时长。

在图1所示的中继网络中，信源S在第一时隙发送信息到达目的节点D与各中继节点R，各中继节点R经过单中继节点选择方案后选出一个中继节点在第二个时隙转发信息至目的节点D。在现有技术中，常用的单中继节点选择方案一般有两种：一种是MTP方案，是指每次选取需要最少传输能量的中继节点作为协作传输节点；另一种是MRE方案，是指选择剩余能量最大的中继节点，即中继节点的当前能量减去传输所需的能量，最大者即为协作传输节点。

但是MTP方案和MRE方案存在如下缺陷：1、以存在特定数量(比例)的传感器节点定义协作无线传感器网络生命时长并不准确，因为某个传感器不能参与转发信息只是降低了该系统的空间增益，并不一定不满足系统的QoS需求；2、MTP方案选择每次传输能量最小的节点，有可能使得某个中继过早“死亡”；3、MRE方案使得中继中的能量更平均，但同时会造成转发信息的中继节点消耗过大能量，因此两者并不有益于无线传感网生命时长的延长。因此需要一个更优的中继节点选择方案来克服这些问题。

缩略语和关键术语定义

WSN wireless sensor networks 无线传感网

CSI channel state information信道状态信息

REI residual energy information剩余能量信息

QOS quality of service 服务质量

AFamplify and forward放大转发

MTP minimum transmission energy最小传输能量

MRE maximum residual energy最大剩余能量

MRI maximum energy-efficiency index最大能效指数

OLS optimal lifetime strategy最优网络寿命

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种协作无线传感网增强网络生命周期的节点选择方法，通过建立信道状态信息(CSI)、节点剩余能量(REI)与中断概率的关系，从而确定出哪些节点可以作为潜在的中继传输消息，以有效延长协作网络的生命时长，同时采用更准确的方法定义协作网络的生命时长。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种协作无线传感网增强网络生命周期的节点选择方法，包括如下步骤：

(1)初始化中继个数N，N个中继节点的初始能量为设置计时步长lifetime＝0；

(2)判断系统中断概率是否小于设定阈值η，η是协作中继系统最大可容忍中断概率值：