一種確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法及裝置，能夠根據(jù)功率分配確定數(shù)據(jù)傳輸路徑，平衡協(xié)作節(jié)點的能量消耗，進(jìn)而延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，該方法包括：S1：確定WSN中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值；S2：針對WSN除源節(jié)點之外的其他任一子節(jié)點，根據(jù)加權(quán)功率分配值，確定數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至子節(jié)點的第一傳輸代價；S3：在全部子節(jié)點中，選擇第一傳輸代價最小的子節(jié)點加入到源節(jié)點集合中；S4：對新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點和未加入到源節(jié)點集合的全部子節(jié)點做松弛操作，將新加入到返回執(zhí)行源節(jié)點集合中的子節(jié)點作為源節(jié)點，返回執(zhí)行步驟S2，直至將數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康墓?jié)點加入到源節(jié)點集合為止。
【專利說明】一種確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN, Wireless Sensor Network)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是 涉及一種確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線信道的多徑衰落阻礙了信道容量的增加和服務(wù)質(zhì)量的改善。其中多輸入多輸 出（ΜΙΜΟ, Multiple-Input Multiple-〇ut-put)技術(shù)通過在接收端和發(fā)射端同時安置多根 天線，既可有效對抗衰落，又能充分利用空域資源，大幅度提高信道容量。ΜΜ0技術(shù)已經(jīng)成 為無線通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。但是理想狀態(tài)下的ΜΜ0多天線系統(tǒng)要求相鄰天線之間 的距離遠(yuǎn)大于載波波長，并且多個收發(fā)天線之間的傳輸信道必須是獨立的。然而移動終端 的體積、質(zhì)量和能耗都受到限制，根本無法安裝多根天線。因此，雖然ΜΙΜΟ技術(shù)可以在蜂窩 基站上運行，但是ΜΜ0技術(shù)無法應(yīng)用于普通的包含多個移動終端的無線通信網(wǎng)絡(luò)，例如由 部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通 過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理 網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。由于傳感節(jié)點一般數(shù)目比較龐大，部 署的環(huán)境也比較復(fù)雜，人工很難隨時補(bǔ)充或更換電池補(bǔ)充能量。因此，采用有效的能量管理 策略，延長網(wǎng)絡(luò)生存周期，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和實現(xiàn)的核心問題。
[0003] 協(xié)作通信技術(shù)作為一種多天線技術(shù)的擴(kuò)展，是利用無線廣播的優(yōu)勢，通過共享網(wǎng) 絡(luò)中其他用戶的天線，形成虛擬的ΜΙΜ0天線陣列來實現(xiàn)發(fā)送或接收，獲得增益，從而減少 信息傳送的能量開銷。協(xié)作路由是聯(lián)合物理層的協(xié)作通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)層的路由選擇技術(shù)的 跨層路由方案。協(xié)作路由可以有效的節(jié)約網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的能量消耗，特別是在無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中，由于傳感節(jié)點一般數(shù)目比較龐大，部署的環(huán)境也比較復(fù)雜，人工很難隨時補(bǔ)充或更換 電池補(bǔ)充能量。因此，采用有效的能量管理策略，延長網(wǎng)絡(luò)生存周期，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè) 計和實現(xiàn)的核心問題。
[0004] 確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法可以是能量有效 (Energy-efficient)的協(xié)作路由算法，該算法是以最小化端到端傳輸總能量為目標(biāo)的協(xié)作 路由算法，如累加協(xié)作（PC，Progressive Cooperation)、基于最短路徑的協(xié)作算法（CAN, Cooperation Along the Non-Cooperative)、最短路徑協(xié)作（CSP，Cooperative Shortest Path)、最小功率協(xié)作（MPCR，Minimum PowerCooperative Routing)、一般最短路徑算法 (GSPRA，Generalized Shortest PathRouting Algorithm)等協(xié)作路由算法。其中，PLC 協(xié) 作路由算法與CAN協(xié)作路由算法的基本思想是一致的，首先確定出傳統(tǒng)傳輸下的數(shù)據(jù)傳輸 的最短路徑，再基于此路徑選擇中繼從而實現(xiàn)協(xié)作傳輸。二者區(qū)別在于PLC協(xié)作路由算法 的比CAN協(xié)作路由算法更節(jié)省能量，但算法的復(fù)雜度高很多。CSP協(xié)作路由算法是以迪杰斯 特拉（Dijkstra)最短路徑算法作為路由算法的基本架構(gòu)，并把協(xié)作傳輸?shù)奶匦砸剿沙陔A 段而重新設(shè)計的協(xié)作路由算法。MPCR協(xié)作路由算法是一種保證一定吞吐量下的單中繼選擇 的分布式協(xié)作路由算法。GSPRA是基于ΜΜ0的分布式多跳協(xié)作路由算法。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的 生存周期取決于第一個能量損耗完全的節(jié)點，因此該種方法的缺陷在于總能量的節(jié)省并不 意味著能夠延長無線傳感網(wǎng)絡(luò)的生存周期。
[0005] 下面以一具體實例來分析該種協(xié)作路由算法的缺陷：如圖1所示，圖1中的數(shù)字表 示每傳輸單位數(shù)據(jù)需要消耗多少單位的電量。例如，數(shù)字2表示每傳輸單位數(shù)據(jù)需要消耗 2單位的電量，數(shù)字12表示每傳輸單位數(shù)據(jù)需要消耗12單位的電量。數(shù)據(jù)需要從源節(jié)點 S 傳輸?shù)侥康墓?jié)點d。其中兩節(jié)點之間的邊表示兩節(jié)點間直接傳輸單位數(shù)據(jù)需要消耗的能量。 除節(jié)點b外的其他三個節(jié)點都是滿電量的節(jié)點。若選取傳統(tǒng)多跳路由算法確定數(shù)據(jù)傳輸路 徑，數(shù)據(jù)將延傳輸路徑{s->a，a->b，b_>d}傳輸，且每傳輸單位數(shù)據(jù)需要消耗6單位的電量。 節(jié)點b也會因電量較少，最先耗盡電量造成整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作廢。若采取上述協(xié)作路 由算法（如CAN、PLC、CSP)來確定數(shù)據(jù)傳輸路徑，數(shù)據(jù)將沿路徑{s->a，（s，a)_>b，（a，b)_>d} 傳輸，且將消耗5單位的電量。因此相比傳統(tǒng)傳輸，協(xié)作路由算法確定出的數(shù)據(jù)傳輸路徑， 會使得傳輸時消耗的能量大幅降低，在一定程度上使得整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存周期得 以延長。
[0006] 但是該種協(xié)作路由算法確定出的數(shù)據(jù)傳輸路徑，未能考慮到功率分配對整個無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存周期的影響。例如在（a，b)_>d這一跳時，還可以適當(dāng)增加節(jié)點a的傳輸 功率，減小節(jié)點b的傳輸功率。雖然總的能量開銷相比CSP協(xié)作路由算法將會增加，但能量 負(fù)載均衡了，整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存周期也將延長。因此，現(xiàn)有技術(shù)中提出的協(xié)作路由 算法確定出的數(shù)據(jù)傳輸路徑并不能使整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存周期達(dá)到最大化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明實施例提供了一種確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法及裝置，能 夠根據(jù)功率分配確定數(shù)據(jù)傳輸路徑，平衡協(xié)作節(jié)點的能量消耗，進(jìn)而延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的生命周期。
[0008] -種確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法，包括：步驟S1 :確定無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，其中所述加權(quán)功率分配值是源 節(jié)點的初始能量和剩余能量之間的比值；步驟S2 :針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中除源節(jié)點之外的 其他任一子節(jié)點，根據(jù)所述加權(quán)功率分配值，確定數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至所述子節(jié)點的第一 傳輸代價，其中所述第一傳輸代價是數(shù)據(jù)在從源節(jié)點傳輸至該子節(jié)點之間的傳輸代價；步 驟S3 :根據(jù)確定出的第一傳輸代價，在全部子節(jié)點中，選擇第一傳輸代價最小的子節(jié)點加 入到源節(jié)點集合中；步驟S4 :對新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點和未加入到源節(jié)點集合的 全部子節(jié)點做松弛操作，將新加入到返回執(zhí)行源節(jié)點集合中的子節(jié)點作為源節(jié)點，返回執(zhí) 行步驟S2,直至將數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康墓?jié)點加入到源節(jié)點集合為止，所述源節(jié)點集合中包含的 所有元素組成的數(shù)據(jù)傳輸路徑作為協(xié)作傳輸模式下的數(shù)據(jù)傳輸路徑。
[0009] -種確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的裝置，包括：加權(quán)功率分配值確定模 塊，用于確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，其中所 述加權(quán)功率分配值是源節(jié)點的初始能量和剩余能量之間的比值；第一傳輸代價確定模塊， 用于針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中除源節(jié)點之外的其他任一子節(jié)點，根據(jù)所述加權(quán)功率分配值， 確定數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至所述子節(jié)點的第一傳輸代價，其中所述第一傳輸代價是數(shù)據(jù)在從 源節(jié)點傳輸至該子節(jié)點之間的傳輸代價；選取模塊，用于根據(jù)確定出的第一傳輸代價，在全 部子節(jié)點中，選擇第一傳輸代價最小的子節(jié)點加入到源節(jié)點集合中；松弛操作模塊，用于對 新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點和未加入到源節(jié)點集合的全部子節(jié)點做松弛操作，將新加 入到返回執(zhí)行源節(jié)點集合中的子節(jié)點作為源節(jié)點，并觸發(fā)第一傳輸代價確定模塊，直至將 數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康墓?jié)點加入到源節(jié)點集合為止，所述源節(jié)點集合中包含的所有元素組成的數(shù) 據(jù)傳輸路徑作為協(xié)作傳輸模式下的數(shù)據(jù)傳輸路徑。
[0010] 采用上述技術(shù)方案，通過步驟一確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點 對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，以及步驟二針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中除源節(jié)點之外的其他任一子節(jié) 點，根據(jù)所述加權(quán)功率分配值，確定數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至所述子節(jié)點的第一傳輸代價；然后 在全部子節(jié)點中，選擇第一傳輸代價最小的子節(jié)點加入到源節(jié)點集合中，最后對新加入到 源節(jié)點集合中的子節(jié)點和未加入到源節(jié)點集合的全部子節(jié)點做松弛操作，將新加入到返回 執(zhí)行源節(jié)點集合中的子節(jié)點作為源節(jié)點，返回執(zhí)行步驟二，直至將數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康墓?jié)點加 入到源節(jié)點集合為止，所述源節(jié)點集合中包含的所有元素組成的數(shù)據(jù)傳輸路徑作為協(xié)作傳 輸模式下的數(shù)據(jù)傳輸路徑。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明上述提出的技術(shù)方案，引入加權(quán)功率分配 值，在現(xiàn)有技術(shù)中提出的基于最短路徑算法確定數(shù)據(jù)傳輸路徑上，進(jìn)行擴(kuò)展，使得協(xié)作通信 中，協(xié)作傳輸過程中功率分配方式更加合理，使得路由路徑的選擇更加適合于協(xié)作傳輸。能 夠根據(jù)功率分配確定數(shù)據(jù)傳輸路徑，平衡協(xié)作節(jié)點的能量消耗，進(jìn)而延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的生命周期。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中，提出的簡單無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明實施例一中，提出的確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法流 程圖；
[0013] 圖3a為本發(fā)明實施例一中，提出的點對點傳輸模式示意圖；
[0014] 圖3b為本發(fā)明實施例一中，提出的廣播傳輸模式示意圖；
[0015] 圖3c為本發(fā)明實施例一中，提出的多對點傳輸模式示意圖；
[0016] 圖3d為本發(fā)明實施例一中，提出的協(xié)作廣播傳輸模式不意圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明實施例一中，提出的WSN中傳輸節(jié)點拓?fù)涫疽鈭D；
[0018] 圖5為本發(fā)明實施例一中，提出的MNLCR不同場景性能對比示意圖；
[0019] 圖6為本發(fā)明實施例一中，提出的不同節(jié)點密度MNLCR性能對比示意圖；
[0020] 圖7為本發(fā)明實施例一中，提出的算法性能對比示意圖；
[0021] 圖8為本發(fā)明實施例二中，提出的確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的裝置結(jié) 構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 針對現(xiàn)有技術(shù)中提出的協(xié)作路由算法確定出的數(shù)據(jù)傳輸路徑并不能使整個無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存周期達(dá)到最大化的問題，本發(fā)明實施例這里提出的技術(shù)方案，引入加權(quán) 功率分配值，在現(xiàn)有技術(shù)中提出的基于最短路徑算法確定數(shù)據(jù)傳輸路徑上，進(jìn)行擴(kuò)展，使得 協(xié)作通信中，協(xié)作傳輸過程中功率分配方式更加合理，使得路由路徑的選擇更加適合于協(xié) 作傳輸，從而能夠根據(jù)功率分配確定數(shù)據(jù)傳輸路徑，平衡協(xié)作節(jié)點的能量消耗，進(jìn)而延長無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
[0023] 下面將結(jié)合各個附圖對本發(fā)明實施例技術(shù)方案的主要實現(xiàn)原理、【具體實施方式】及 其對應(yīng)能夠達(dá)到的有益效果進(jìn)行詳細(xì)地闡述。
[0024] 實施例一
[0025] 本發(fā)明實施例一這里提出一種確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法，本 發(fā)明實施例一這里提出的技術(shù)方案中，首先權(quán)衡考慮節(jié)點初始能量、剩余能量和協(xié)作傳輸 的能量開銷等因素，提出一種加權(quán)的協(xié)作傳輸功率分配方式，即提出加權(quán)功率分配值也就 是說，加權(quán)功率分配值是源節(jié)點的初始能量和剩余能量之間的比值，然后在得到的加權(quán)功 率分配值的基礎(chǔ)上，提出一種最大化網(wǎng)絡(luò)生存周期的協(xié)作路由算法（MNLCR，Cooperative Routing Algorithm forMaximizing Network Lifetime)，來確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù) 傳輸路徑。如圖2所示，主要包括下述四個步驟：
[0026] 步驟S1，確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配 值。
[0027] 步驟S2,針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中除源節(jié)點之外的其他任一子節(jié)點，根據(jù)步驟S1中 確定出的加權(quán)功率分配值，確定數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至所述子節(jié)點的第一傳輸代價。
[0028] 步驟S3,根據(jù)確定出的第一傳輸代價，在全部子節(jié)點中，選擇第一傳輸代價最小的 子節(jié)點加入到源節(jié)點集合中。
[0029] 步驟S4 :對新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點和未加入到源節(jié)點集合的全部子節(jié) 點做松弛操作，將新加入到返回執(zhí)行源節(jié)點集合中的子節(jié)點作為源節(jié)點，返回執(zhí)行步驟S2， 直至將數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康墓?jié)點加入到源節(jié)點集合為止，所述源節(jié)點集合中包含的所有元素組 成的數(shù)據(jù)傳輸路徑作為協(xié)作傳輸模式下的數(shù)據(jù)傳輸路徑。
[0030] 下面對本發(fā)明實施例這里提出的技術(shù)方案作出進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031] 實施例一
[0032] 步驟一，確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配 值。
[0033] 加權(quán)功率分配值是源節(jié)點的初始能量和剩余能量之間的比值。無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中，數(shù)據(jù)傳輸一般包含多跳。其中在多跳協(xié)作傳輸過程中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿恳惶伎梢园?種不同傳輸?shù)男问?，具體可以參見圖3a?3d所示，不同的傳輸形式對應(yīng)不同的功率分配方 式與能量損耗。因此不同的協(xié)作傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存周期也有 不同的影響。具體為：
[0034] 第一種數(shù)據(jù)傳輸模式：如圖3a所不，屬于點對點的數(shù)據(jù)傳輸模式，該種傳輸模式 也可以稱之為傳統(tǒng)模式，該種傳輸模式下，源節(jié)點集合為S= {si}，目的節(jié)點集合為T={tl}。
[0035] 第二種數(shù)據(jù)傳輸模式：如圖3b所不，屬于廣播模式，該種數(shù)據(jù)傳輸模式也歸屬于 點對多的數(shù)據(jù)傳輸，該種傳輸模式下，源節(jié)點集合為S={sl}，目的節(jié)點集合為T={tl，t2,… ，tm}。廣播模式中，數(shù)據(jù)傳輸利用了無線傳輸?shù)膹V播特性，在信號覆蓋范圍內(nèi)的各節(jié)點都能 夠的接收到信號。因此，在廣播模式下，點對多傳輸過程中，鏈路代價以鏈路開銷最大的傳 輸節(jié)點為準(zhǔn)，鏈路開銷小于最大節(jié)點的都能不耗費能量的接收到信號。
[0036] 第三種數(shù)據(jù)傳輸模式：如圖3c所不，屬于協(xié)作模式，該種數(shù)據(jù)傳輸模式也屬于多 對點傳輸，如源節(jié)點集合為S={sl，s2,…，sm}，目的節(jié)點集合為T={tl}。
[0037] 第四種數(shù)據(jù)傳輸模式：如圖3d所不，屬于協(xié)作廣播傳輸模式，該種傳輸模式也 屬于多對多的數(shù)據(jù)傳輸，源節(jié)點集合為S={sl，s2,…，sm}，目的節(jié)點集合為T={tl，t2,… ，tm}。
[0038] 上述在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的四種數(shù)據(jù)傳輸模式，不同的數(shù)據(jù)傳輸模式有其不同的 優(yōu)缺點。其中，協(xié)作廣播傳輸模式下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點和目的節(jié)點都是多個，因此數(shù)據(jù)傳 輸過程中信令成本、時間同步開銷、干擾范圍等都大幅增加。因此本發(fā)明實施例一這里提出 的技術(shù)方案中，主要是基于協(xié)作模式的數(shù)據(jù)傳輸，即圖3c所示的協(xié)作模式。
[0039] 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于參與數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€源節(jié)點在初始 能量Ei和剩余能量Ri上是有差別的，所以在確定數(shù)據(jù)傳輸路徑時，則希望剩余能量不足的 源節(jié)點不需要消耗較多的能量。因此，本發(fā)明實施例一這里提出的技術(shù)方案中，在協(xié)作傳輸 通信中，結(jié)合考慮源節(jié)點的初始能量與剩余能量的比值Ei : Ri來確定數(shù)據(jù)傳輸路徑。例如 在數(shù)據(jù)傳輸過程中，當(dāng)兩個節(jié)點消耗同樣能量時，比值大的節(jié)點需要比比值小的傳輸節(jié)點 付出更多的傳輸代價。因此，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸 的源節(jié)點的初始能量值和剩余能量值，根據(jù)初始能量值和剩余能量值，確定源節(jié)點對應(yīng)的 加權(quán)功率分配值。
[0040] 具體地，可以按照下述公式1來確定源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值：
[0041]公式 1
[0042] 其中，

【權(quán)利要求】
1. 一種確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法，其特征在于，包括： 步驟S1 :確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，其 中所述加權(quán)功率分配值是源節(jié)點的初始能量和剩余能量之間的比值； 步驟S2 :針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中除源節(jié)點之外的其他任一子節(jié)點，根據(jù)所述加權(quán)功率 分配值，確定數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至所述子節(jié)點的第一傳輸代價，其中所述第一傳輸代價是 數(shù)據(jù)在從源節(jié)點傳輸至該子節(jié)點之間的傳輸代價； 步驟S3 :根據(jù)確定出的第一傳輸代價，在全部子節(jié)點中，選擇第一傳輸代價最小的子 節(jié)點加入到源節(jié)點集合中； 步驟S4 :對新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點和未加入到源節(jié)點集合的全部子節(jié)點做 松弛操作，將新加入到返回執(zhí)行源節(jié)點集合中的子節(jié)點作為源節(jié)點，返回執(zhí)行步驟S2,直至 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康墓?jié)點加入到源節(jié)點集合為止，所述源節(jié)點集合中包含的所有元素組成的 數(shù)據(jù)傳輸路徑作為協(xié)作傳輸模式下的數(shù)據(jù)傳輸路徑。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，包括： 確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點的初始能量值和剩余能量值； 根據(jù)所述初始能量值和剩余能量值，確定源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述初始能量值和剩余能量值，確定源 節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，包括： 按照公￥
確定源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值； 其中，Ei是源節(jié)點i的初始能量值，氏是源節(jié)點i的剩余能量值，X是加權(quán)參數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述加權(quán)功率分配值，確定數(shù)據(jù)從源節(jié) 點傳輸至所述子節(jié)點的第一傳輸代價，包括： 確定所述子節(jié)點是否是源節(jié)點的相鄰節(jié)點； 如果是，確定源節(jié)點的發(fā)送功率值，將所述加權(quán)功率分配值和所述發(fā)送功率值相乘，得 到的乘積作為數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至所述子節(jié)點的第一傳輸代價； 如果否，確定所述子節(jié)點的第一傳輸代價為無窮大。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點和未加 入到源節(jié)點集合的全部子節(jié)點做松弛操作，將新加入到返回執(zhí)行源節(jié)點集合中的子節(jié)點作 為源節(jié)點，包括： 確定第二傳輸代價，其中所述第二傳輸代價是數(shù)據(jù)在從源節(jié)點傳輸至新加入到源節(jié)點 集合中的子節(jié)點之間的傳輸代價； 針對任一未加入到源節(jié)點集合的子節(jié)點，執(zhí)行下述操作： 分別確定第三傳輸代價和加權(quán)代價，其中所述第三傳輸代價是數(shù)據(jù)在從源節(jié)點傳輸至 該未加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點之間的傳輸代價，所述加權(quán)代價是數(shù)據(jù)在從新加入到源 節(jié)點集合中的子節(jié)點與之前加入到的源節(jié)點集合中的子節(jié)點之間通過協(xié)作通信，協(xié)作傳輸 到該未加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點之間的傳輸代價； 若所述第三傳輸代價大于第二傳輸代價和加權(quán)傳輸代價的和值； 則將新加入到源節(jié)點集合的子節(jié)點設(shè)置為排列在該未加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點 的前節(jié)點。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述加權(quán)代價，按照下述方式確定： 確定源節(jié)點集合中包含的各子節(jié)點之間通過協(xié)作通信，協(xié)作傳輸?shù)叫录尤氲皆垂?jié)點集 合中的子節(jié)點的最短傳輸路徑； 獲得所述最短傳輸路徑包含的子節(jié)點數(shù)量信息； 判斷所述子節(jié)點數(shù)量信息是否大于等于預(yù)先設(shè)定的協(xié)作子節(jié)點數(shù)量信息； 如果是，則以待加入到源節(jié)點結(jié)合的子節(jié)點作為目的節(jié)點，按照功率分配函數(shù)，將預(yù)先 設(shè)定的協(xié)作子節(jié)點數(shù)量信息的子節(jié)點，協(xié)作傳輸?shù)皆撃康墓?jié)點的傳輸代價作為加權(quán)代價； 如果否，則以待加入到源節(jié)點集合的子節(jié)點作為目的節(jié)點，按照功率分配函數(shù)，將包含 新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點的最短傳輸路徑中的所有子節(jié)點，協(xié)作傳輸?shù)皆撃康墓?jié)點 的傳輸代價作為加權(quán)代價。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述功率分配函數(shù)按照下述方式確定： 根據(jù)源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，確定符合下述約束條件的目標(biāo)函數(shù)： 第一約束條件：接收端聯(lián)合接收的信噪比大于預(yù)設(shè)門限值； 第二約束條件：源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時對應(yīng)的信號幅值的絕對值小于等于額定功率值開平 方； 基于拉格朗日乘值法對所述目標(biāo)函數(shù)求解，確定出功率分配函數(shù)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)為：
其中，
是源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，Ei是源節(jié)點i的初始能量值，氏是源節(jié) 點i的剩余能量值，X是加權(quán)參數(shù)，I ω i |2是源節(jié)點i發(fā)送數(shù)據(jù)時的發(fā)送功率。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于， 所沭笛一約市鑾件乎用下述公式表示：
其中，SNRmin是預(yù)設(shè)門限值
是接收端聯(lián)合接收的信噪比，Π (t)是接收到 的噪聲，Pn是噪聲Π (t)所對應(yīng)的功率，a n2表示發(fā)送節(jié)點i到接收節(jié)點&的功率衰減系 數(shù)； 所述第二約束條件采用下述公式表示：
其中，I ω」是源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時對應(yīng)的信號幅值的絕對值
k源節(jié)點額定功率值 開平方。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述功率分配函數(shù)采用下述公式表示：
其中，SNRmin是預(yù)設(shè)門限值：是源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，Ei是源節(jié)點i的初 始能量值，氏是源節(jié)點i的剩余能
量值，X是加權(quán)參數(shù)，I ω i |2是源節(jié)點i發(fā)送數(shù)據(jù)時的發(fā) 送功率，Π (t)是接收到的噪聲，Pn是噪聲η (t)所對應(yīng)的功率，α η2表示發(fā)送節(jié)點i到接 收節(jié)點tl的功率衰減系數(shù)。
11. 一種確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸路徑的裝置，其特征在于，包括： 加權(quán)功率分配值確定模塊，用于確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點對 應(yīng)的加權(quán)功率分配值，其中所述加權(quán)功率分配值是源節(jié)點的初始能量和剩余能量之間的比 值； 第一傳輸代價確定模塊，用于針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中除源節(jié)點之外的其他任一子節(jié) 點，根據(jù)所述加權(quán)功率分配值，確定數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至所述子節(jié)點的第一傳輸代價，其中 所述第一傳輸代價是數(shù)據(jù)在從源節(jié)點傳輸至該子節(jié)點之間的傳輸代價； 選取模塊，用于根據(jù)確定出的第一傳輸代價，在全部子節(jié)點中，選擇第一傳輸代價最小 的子節(jié)點加入到源節(jié)點集合中； 松弛操作模塊，用于對新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點和未加入到源節(jié)點集合的全部 子節(jié)點做松弛操作，將新加入到返回執(zhí)行源節(jié)點集合中的子節(jié)點作為源節(jié)點，并觸發(fā)第一 傳輸代價確定模塊，直至將數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康墓?jié)點加入到源節(jié)點集合為止，所述源節(jié)點集合 中包含的所有元素組成的數(shù)據(jù)傳輸路徑作為協(xié)作傳輸模式下的數(shù)據(jù)傳輸路徑。
12. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述加權(quán)功率分配值確定模塊，具體用于 確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑垂?jié)點的初始能量值和剩余能量值；根據(jù)所述初 始能量值和剩余能量值，確定源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述加權(quán)功率分配值確定模塊，具體用于
按照公式 確定源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值； 5 其中，Ei是源節(jié)點i的初始能量值，氏是源節(jié)點i的剩余能量值，X是加權(quán)參數(shù)。
14. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第一傳輸代價確定模塊，具體用于確 定所述子節(jié)點是否是源節(jié)點的相鄰節(jié)點；如果是，確定源節(jié)點的發(fā)送功率值，將所述加權(quán)功 率分配值和所述發(fā)送功率值相乘，得到的乘積作為數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至所述子節(jié)點的第一 傳輸代價；如果否，確定所述子節(jié)點的第一傳輸代價為無窮大。
15. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述松弛操作模塊，具體用于確定第二傳 輸代價，其中所述第二傳輸代價是數(shù)據(jù)在從源節(jié)點傳輸至新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點 之間的傳輸代價；針對任一未加入到源節(jié)點集合的子節(jié)點，執(zhí)行下述操作：分別確定第三 傳輸代價和加權(quán)代價，其中所述第三傳輸代價是數(shù)據(jù)在從源節(jié)點傳輸至該未加入到源節(jié)點 集合中的子節(jié)點之間的傳輸代價，所述加權(quán)代價是數(shù)據(jù)在從新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié) 點與之前加入到的源節(jié)點集合中的子節(jié)點之間通過協(xié)作通信，協(xié)作傳輸?shù)皆撐醇尤氲皆垂?jié) 點集合中的子節(jié)點之間的傳輸代價；若所述第三傳輸代價大于第二傳輸代價和加權(quán)傳輸代 價的和值；則將新加入到源節(jié)點集合的子節(jié)點設(shè)置為排列在該未加入到源節(jié)點集合中的子 節(jié)點的前節(jié)點。
16. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述松弛操作模塊，具體用于按照下述 方式確定所述加權(quán)代價：確定源節(jié)點集合中包含的各子節(jié)點之間通過協(xié)作通信，協(xié)作傳輸 到新加入到源節(jié)點集合中的子節(jié)點的最短傳輸路徑；獲得所述最短傳輸路徑包含的子節(jié)點 數(shù)量信息；判斷所述子節(jié)點數(shù)量信息是否大于等于預(yù)先設(shè)定的協(xié)作子節(jié)點數(shù)量信息；如果 是，則以待加入到源節(jié)點結(jié)合的子節(jié)點作為目的節(jié)點，按照功率分配函數(shù)，將預(yù)先設(shè)定的協(xié) 作子節(jié)點數(shù)量信息的子節(jié)點，協(xié)作傳輸?shù)皆撃康墓?jié)點的傳輸代價作為加權(quán)代價；如果否，則 以待加入到源節(jié)點集合的子節(jié)點作為目的節(jié)點，按照功率分配函數(shù)，將包含新加入到源節(jié) 點集合中的子節(jié)點的最短傳輸路徑中的所有子節(jié)點，協(xié)作傳輸?shù)皆撃康墓?jié)點的傳輸代價作 為加權(quán)代價。
17. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述松弛操作模塊，具體用于按照下述方 式確定所述功率分配函數(shù)：根據(jù)源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，確定符合下述約束條件的 目標(biāo)函數(shù)：第一約束條件：接收端聯(lián)合接收的信噪比大于預(yù)設(shè)門限值；第二約束條件：源節(jié) 點發(fā)送數(shù)據(jù)時對應(yīng)的信號幅值的絕對值小于等于額定功率值開平方；基于拉格朗日乘值法 對所述目標(biāo)函數(shù)求解，確定出功率分配函數(shù)。
18. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)為：
其中，I
是源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，Ei是源節(jié)點i的初始能量值，氏是源節(jié) 點i的剩余能量值，X是加權(quán)參數(shù)，I ω i |2是源節(jié)點i發(fā)送數(shù)據(jù)時的發(fā)送功率。
19. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于， 所述第一約束條件采用下述公式表示：
其中，SNRmin是預(yù)設(shè)門限值，
是接收端聯(lián)合接收的信噪比，Π (t)是接收到 的噪聲，Pn是噪聲Π (t)所對應(yīng)的功率，a n2表示發(fā)送節(jié)點i到接收節(jié)點&的功率衰減系 數(shù)； 所述第二約束條件采用下述公式表示：
其中，|ω」2是源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時對應(yīng)的信號幅值的絕對值是源節(jié)點額定功率 值開平方。
20.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述功率分配函數(shù)采用下述公式表示：
其中，SNR^是預(yù)設(shè)門限值，
是源節(jié)點對應(yīng)的加權(quán)功率分配值，Ei是源節(jié)點i的 初始能量值，氏是源節(jié)點i的剩余能量值，X是加權(quán)參數(shù)，I ω i |2是源節(jié)點i發(fā)送數(shù)據(jù)時的 發(fā)送功率，η (t)是接收到的噪聲，Pn是噪聲η (t)所對應(yīng)的功率，α η2表示發(fā)送節(jié)點i到 接收節(jié)點h的功率衰減系數(shù)。
【文檔編號】H04W40/08GK104066142SQ201310094365
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】曾彬, 張繼 申請人:中國移動通信集團(tuán)湖南有限公司