[发明专利]一种基于势博弈的无线传感器网络拓扑控制方法

摘要

本发明公开了一种基于势博弈的无线传感器网络拓扑控制方法，确定网络模型，将传感器网络表示成平面拓扑图，确立一个连通的网络，然后建立拓扑控制博弈模型(TCBPG)。拓扑博弈模型上，确立博弈中的收益函数为了确保博弈存在纳什均衡解，定义拓扑控制的博弈模型是一个序数势博弈，根据前面步骤确立博弈模型之后，再进行分布式能耗均衡拓扑控制算法实现，分成邻居发现阶段、博弈执行阶段、拓扑维护阶段，得到一个稳定的无线传感器网络拓扑结构，从功率控制及能耗均衡的角度出发，综合考虑节点的剩余能量和节点发射功率设计了一种新的效用函数，提出了一种基于势博弈的分布式拓扑控制算法。理论分析和仿真结果表明，该算法构造的拓扑中能达到纳什均衡并且能够保证网络的连通性、能耗均衡等良好特性，延长了网络的生存周期。

主权项

一种基于势博弈的无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定网络模型，将传感器网络表示成平面拓扑图，确立一个连通的网络，然后建立拓扑控制博弈模型(TCBPG)；2)在步骤1)拓扑博弈模型上，确立博弈中的收益函数：ui(pi,p-i)=fi(pi,p-i)(αpimaxEo(i)Er(i)+βEi(pi)‾)-αpiEo(i)Er(i)]]>式中，α和β为权重因子且都为正数，pi表示节i的发射功率，p‑i表示其它N‑1个节点的发射功率，fi(pi，p‑i)表示网络的连通性，当fi(pi，p‑i)＝1时，表示网络是连通的，即节点i可以通过双向链路与其它所有节点通信，否则fi(pi，p‑i)＝0网络不连通，显然fi(pi，p‑i)为单调非递减函数，即对于任意的节点且其发射功率pi>qi时，fi(pi，p‑i)≥fi(qi，p‑i)，表示节点i的最大发射功率，j表示节点i在功率pi时的一跳邻居节点，Er(j)表示节点j的剩余能量，Eo(j)表示j的初始能量，表示在网络连通时获得的收益；3)为了确保博弈存在纳什均衡解，定义拓扑控制的博弈模型是一个序数势博弈，其势函数定义为：V(pi,p-i)=Σi∈N[fi(pi,p-i)(αpimaxEo(i)Er(i)+βEi(pi)‾)-αpiEo(i)Er(i)];]]>4)根据前面步骤确立博弈模型之后，再进行分布式能耗均衡拓扑控制算法实现，分成三个阶段实现；5)实现步骤4)算法中的邻居发现阶段；6)实现步骤4)算法中的博弈执行阶段；7)实现步骤4)算法中的拓扑维护阶段。