[发明专利]一种基于随机几何理论的无线传感器网络能耗模型的建模仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于随机几何理论的无线传感器网络能耗模型的建模仿真方法， 属于计算机仿真技术领域。

背景技术

无线传感器网络是由数量众多的无线传感器网络节点构成的，绝大多数的无线传 感器节点一旦布置好就不会轻易的移动，处于一个无人看管的状态，因此传感器节点基本 无法通过更替电池的形式来补充新的能源。对于无线传感器网络能耗的研究就变得越来越 重要。

在任意的一个无线传感器网络，根据其基本的节点间距离建立一种几何模型，用 来分析无线传感器网络例如k个相邻节点之间的能耗、路径的损耗和数据的传输等性能指 标。这样可以得到更好的优化配置策略，以便提高无线传感器网络的能量传递率、减少传输 路径的损耗。无线传感器网络的节点分布对于无线传感器网络的寿命长短有着重要的作 用。通过对节点分布的优化，我们可以达到对无线传感器网络能耗的最优规划，实现能耗的 最优配置。

在以前的研究中，大多是通过正方形和长方形等普遍的区域对无线传感器能耗进 行研究。有学者研究表明，在正六边形的几何模型下对无线传感器网络性能就行分析比在 正方形和长方形的几何模型下研究更加接近真实的情况。本专利通过正六边形几何模型作 为研究区域的方法，提出了模拟能耗概率分布函数和模拟能耗概率密度函数的模型，通过 模拟能耗概率分布函数分析无线传感器网络节点分布于能耗的关系，以期望得到最佳的通 信距离，为优化无线传感器网络节点的配置提供理论依据。

发明内容

本发明提供了一种基于随机几何理论的无线传感器网络能耗模型的建模仿真方 法，以用于得到能耗概率密度与节点间通信距离的关系及能耗概率分布与节点间通信距离 的关系，为预测无线传感器网络中节点的最佳通信范围提供依据。

本发明的技术方案是：一种基于随机几何理论的无线传感器网络能耗模型的建模 仿真方法，首先在规定区域内和规定通信方式下随机播撒无线传感器节点，得到节点间通 信距离的理论概率密度函数u₁(d)和概率分布函数u₂(d)；接着加入无线传感器网络的节点 能耗计算函数u₃(d)，结合理论概率密度函数u₁(d)和概率分布函数u₂(d)，得到模拟能耗概 率密度函数u₄(d)和模拟能耗概率分布函数u₅(d)；最后在规定区域内和规定通信方式下随 机播撒无线传感器节点，通过仿真获得模拟能耗概率密度函数和模拟能耗概率分布函数图 像。

所述方法的具体步骤如下：

Step1、节点间通信距离的理论概率密度函数和概率分布函数的获得：

在规定区域内和规定通信方式下随机播撒无线传感器节点，通过几何积分的方法 获得理论概率密度函数u₁(d)和概率分布函数u₂(d)；

Step2、加入节点能量计算模型u₃(d)，结合理论概率密度函数u₁(d)和概率分布函 数u₂(d)，推导获得模拟能耗概率密度函数u₄(d)和模拟能耗概率分布函数u₅(d)：

Step2.1、加入节点能量计算模型u₃(d)，所述u₃(d)的公式为：u₃(d)＝(α+βd^m)·L； 其中，u₃(d)表示节点发送信息所需的能量；L表示所发数据的长度；d表示节点之间的通信 距离；m表示信号的消减因子；α表示传输一比特信息所需的能量且包括启动时消耗的能量； β表示传输过程中单位能量的损耗；

Step2.2、在节点能量计算模型u₃(d)的基础上，等式两边同时比上同除以时间t， 则有P＝(α+βd^m)·ν；其中，P表示能耗功率；ν表示数据传输速率；

Step2.3、结合理论概率密度函数u₁(d)和概率分布函数u₂(d)，获得模拟能耗概率 密度函数u₄(d)和模拟能耗概率分布函数u₅(d)：