[发明专利]一种基于可充电无线传感器网络的重复博弈路由方法

权利要求书

1.一种基于可充电无线传感器网络的重复博弈路由方法，其特征在于，包括下述步骤：

在无线传感器网络所监测的区域中布置多个初始能量值相同的节点，根据面积大小和sink节点所在处对所有节点进行区域分簇；

分簇完成后，构建效用值模型及构建结合充电的奖励机制；

所述构建效用值模型具体步骤为：

当一个源节点确定后，其同一簇的所有节点对其转发请求给出自身评估竞选簇头节点的效用值，源节点在其中选择一个作为下一跳节点协助进行数据转发；

针对各个区域内的节点到源节点的距离、到sink节点的距离、到区域中心的距离，以及选择转发或者不转发数据包策略时的能量变化，构造一个节点竞选簇头的效用函数，具体表示为：

不转发数据包：

转发数据包：

其中，E_node代表待选节点的剩余能量，E_rec代表接收源节点数据包的过程所消耗的能量，E_trans代表待选节点成为簇头节点后将数据包成功转发到sink节点的过程所消耗的能量，p代表成功转发的概率，E₀代表节点的初始能量，D_i-sink代表待选节点i到sink节点的距离，D_sink-max代表本区域内节点到sink的最大距离，D_i-center代表待选节点i到区域中心的距离，D_center-max代表本区域内节点到区域中心距离的最大值，D_i-source代表待选节点i到源节点的距离，D_source-max代表本区域内的节点到源节点距离的最大值；

所述构建结合充电的奖励机制，具体步骤包括：

当本轮待选节点选择合作策略时，在下一轮信息传递模拟开始前，对该节点给予充电奖励，使其消耗的能量得到补充，所获得的收益超过当前选择合作策略行为付出的代价，作为对其的奖励；

成功转发且成功充电所获得能量的期望值为：

E_charge×p-E_trans×q

故定义收益函数为：

其中，E_charge代表每一轮中待选节点成为簇头节点并成功转发数据包后得到补充的能量，p为成功转发的概率，q代表成功充电的概率；

更新源节点所在区域内所有节点的效用函数；

具体定义如下：

不转发数据包：

转发数据包：

其中，a₁、a₂、a₃表示对应的权重系数；

将奖励机制中E_charge值的大小定义为：

E_charge＝1.05555556×E_trans+E_rec；

在每一轮的数据传输中，随机选取一个节点作为源节点，数据包发送到sink节点；

源节点所在区域内的其它节点对是否进行源节点数据包的转发工作进行策略博弈，并给出自身竞选簇头节点的效用值；

源节点从竞选节点中选择效用值最大的同簇节点作为簇头，并将数据信息转发到簇头；

簇头向sink节点传输信息，sink节点成功接收到数据信息后，通知无人机UAV对本轮簇头进行充电。

2.根据权利要求1所述的基于可充电无线传感器网络的重复博弈路由方法，其特征在于，所述根据面积大小和sink节点所在处对所有节点进行区域分簇，具体步骤包括：

以sink节点为中心，向其四周平均划分面积形状相同的正方形区域，区域的边长应小于设定倍数的节点间通信阈值，区域数量多少由无线传感器网络需要覆盖监测的面积大小决定；

节点根据自身所在的区域进行分簇，在同一片区域内分布的节点归为同一簇；分簇模型前提条件是：节点在布置之后位置不再改变，所有节点的位置都可被获知，每个节点知晓其同一簇的其它节点的所有信息。

3.根据权利要求1所述的基于可充电无线传感器网络的重复博弈路由方法，其特征在于，所述随机选取一个节点作为源节点，数据包发送到sink节点，具体采取节点转发的两跳方式进行数据传输，选出一个簇头节点进行源节点数据的转发。