[发明专利]基于能量和传输的无线传感器网络可靠性计算方法

权利要求书

1.一种基于能量和传输的无线传感器网络可靠性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在M×M的平面目标区域内随机均匀地抛洒n个节点，基站在相互垂直的两个方向上发射的具有等差性质的信号，将网络划分为N个虚拟网格；

(2)区域内节点根据接收到的基站信号判断属于哪些功率等级的网格中，并将自身的ID及能量信息进行广播，同时接收并比较其余节点发送的信息，判断自身所在的簇及簇内其余成员；

(3)各簇确定完成后，节点对接收的信息进行比较，选择簇内剩余能量最大的节点为当前簇的簇头节点，簇头节点确定后对簇内节点进行一次身份广播；

(4)根据簇内节点工作状态评估其能力，具体包括：

(4a)簇内节点进行数据感知，并将感知数据发送到簇头节点，假设节点i在t时刻感知到的数据个数服从参数为λ的泊松分布，由于簇内节点只进行感知传输任务，因此其感知和传输数据的个数相同，即则簇内节点感知数据和发送数据的能耗分别为：

其中，E_s(l)为感知到一个长度为l bit的数据所需能量，E_t(d,l)为节点传输一个长度为lbit的数据所耗能量；

(4b)在节点工作各环节的能耗获取后，计算其在某一时刻的剩余能量，分析剩余能量大于节点感知和发送一个数据所需能量的概率，即为节点i在t时刻的瞬时可靠性：

整理后有

其中，E₀为节点的初始能量；

(5)簇头节点的瞬时可靠性分析计算，具体包括：

(5a)每个簇中有m个节点，根据应用要求至少需要簇内的k个节点正常工作且将数据成功传输到簇头，该簇才被认为符合要求，即簇内结构可视为k-out-of-m结构，由于簇内节点采用星状拓扑结构工作，因此簇头节点j将接收到数据的节点个数为故而簇头节点j接收数据所耗能量为：

其中，E_r(l)表示接收一个长度为l bit的数据需要的能量；

(5b)簇头节点将接收到的数据进行融合，将p个数据融合处理为一个数据，计算处理后的数据个数即为簇头所发送的数据个数，其所耗能量为：

其中，E_DA表示融合p个数据需要的能量；

(5c)根据剩余能量得出簇头节点j的可靠性：

整理后有其中，

C＝E_s(l)+E_t(d,l)+E_r(l)+E_da-fu，

F＝(E_s(l)+lE_DA)+λE_t(d,l)+fE_r(l)+fE_DA

(6)针对簇内星状拓扑结构，根据应用要求每个簇内需要至少k个节点将数据成功传输到簇头，结合节点工作概率以及传输概率计算簇内传输可靠性，具体包括：

应用要求每个簇内至少需要k个节点将数据成功传输到簇头，在节点i能量充足并且传输过程成功的情况下，节点收集的数据才能到达簇头节点，故簇头j满足应用要求而正常工作的能力可表示为：

其中P_ij为节点i成功将数据传输到簇头j的概率；

(7)簇间路由采用高可靠性路由方式，利用分解算法采用递归方法推导出整个网络可靠性，推导整个网络可靠性的具体过程为：

簇间路由采用高可靠性路由方式，利用分解算法采用递归方法推导出整个网络可靠性：

R(G)＝R(G*e)P_e+R(G-e)(1-P_e)

其中P_e为簇头间数据成功传输的概率，当收缩边e使得某一簇头节点与sink节点重合时，R(G*e)＝1，当删除边e使得所有簇头均与sink节点不连通，此时R(G-e)＝1。