[发明专利]基于能量感知的选择协作方法和中继选择方法

说明书

本发明涉及一种基于能量感知的选择协作方法和中继选择方法，属于协作通信的技术领域。本发明根据无线传感器网络中节点能量有限、无法补给，但能自我感知能量使用情况的特点，提出三种中继选择策略：最大剩余能量策略、最小传输功率策略和最小能量消耗策略。利用反馈机制和节点的能量感知功能，将节点的剩余能量和传输功率充分考虑进协作传输过程；在最佳中继节点选择上，将能量不足的节点首先排除，再按照剩余能量和传输功率根据一定的策略来挑选最佳中继，尽可能均衡网络中的节点，不使某些节点因频繁当选能量耗尽，过早退出网络。本发明在提高传输可靠性的同时，能有效均衡各中继节点的能量消耗，最大限度的延长网络生命周期。

技术领域

本发明属于协作通信的技术领域，具体涉及在能量受限的传感器网络中基于能量感知的选择协作方法和三种中继选择策略。

背景技术

选择协作技术由于只需要通过单个中继协作就可以达到与分布式空时编码协议相同的传输性能，具有低复杂度、高可靠性的特点，因此，非常适合应用于无线传感器网络中。而无线传感器网络节点经常由能量有限的电池供电并投放到无法或不便补充能量的荒郊野外或危险环境。一旦节点能量不足或耗尽，就无法进行数据传输或协作，再好的协作方法都无法实施，网络的可靠性立刻受到影响。因此对选择协作的研究应逐步着眼于提高能量效率、减少能量消耗。

目前，在能量受限传感器网络中从能量角度研究选择协作方法和性能的成果很少。李敏等人提出了一种轻量级选择协作协议，显著降低了中继节点与目标节点之间的信息交互开销，减少能量消耗。但该方法依然假设中继节点能量充足，其重点在于减小信息交互，并未聚焦在节点能量上，没有考虑和分析能量对系统性能带来的负面影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于能量感知的选择协作方法和三种基于能量的中继选择方法，在提高整个网络传输可靠性的同时能够均衡网络能量消耗、延长网络生命周期。

本发明针对能量受限的传感器网络，提出了基于能量感知的选择协作方法，充分利用反馈机制和节点的能量感知功能，提高传输可靠性；在中继选择上将剩余能量和传输功率考虑进协作传输中，提出了三种最佳中继选择策略，包括：最大剩余能量策略、最小传输功率策略和最小能量消耗策略。相比于之前的中继选择方法，本发明考虑实际无线传感器网络能量受限的特点，从能量角度对最佳中继进行选择，使得最佳中继有充足的能量转发数据，各中继节点能量得到均衡，网络生命周期得以延长。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于能量感知的选择协作方法和中继选择方法，该方法包括以下步骤：

设网络中有一个源节点s、一个目的节点d、M个中继节点r_i，i＝1,2,...M；各中继节点由容量有限的电池供电，无外界能量补给，且具有能量感知功能，能够及时感知自身能量的消耗和剩余情况；利用反馈机制和节点的能量感知功能，将节点的剩余能量和传输功率充分考虑进协作传输过程中用于提高传输可靠性；选择协作传输过程分为两阶段；第一阶段：直接传输；源节点s发送数据到目的节点d，同时各中继节点尝试接收并解码s发来的数据，解码成功的中继节点加入解码集D(s)；若源节点直接传输成功，目的节点返回确认ACK帧，此轮数据传输结束；若直接传输失败，目的节点反馈否决NACK帧，进入第二阶段；第二阶段：协作传输；D(s)中能够成功接收NACK帧的中继节点继续加入有效集A(s)；为保证中继节点能顺利完成数据转发，需排除信道较好但能量不足的节点，有效集中剩余能量大于等于传输能量的中继节点进一步加入能量有效集E(s)，在E(s)中根据一定策略选择出最佳中继协助源节点转发数据到目的节点，完成此轮数据的协作传输。