基于联盟博弈的无线传感器网络节能数据传输策略研究

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无线传感器网络(WSN)是继因特网之后、深刻影响人们生活方式和生产过程的新一代综合技术,它引起了学术界和工业界的广泛关注。一般的传感器节点是由电池供电的低能量设备,更换电池在WSN中往往是不可行的,而用户通常希望WSN能工作足够长的时间完成特定的任务,因此,节能技术的研究对于WSN具有重要的实用价值。由于传感器节点传输一字节数据的能量消耗约是处理一字节数据能量消耗的1000倍,数据传输成为影响WSN能量消耗的一个重要因素,因此,节能数据传输策略具有重要的研究意义。博弈论是研究竞争条件下决策分析的科学,WSN中传感器节点的数据传输策略(本文将数据发送率和数据转发率定义为传感器节点的数据传输策略)是一个“竞争一协作”的博弈过程。联盟博弈作为博弈论的一个重要概念,是提高在竞争、协作环境下个体最终收益的有效方法。为提高自身的最终收益(即减少能量消耗),网络中的一些传感器节点相互协作、形成联盟,联盟作为一个整体参与数据传输的决策过程。以联盟博弈为支撑理论,为确定WSN的数据传输策略、减少网络的能量消耗,本文的主要工作包括:·我们将联盟博弈理论引入WSN的数据传输决策过程,并以Shapley值(Shapley值是联盟博弈的解)作为联盟收益的分配方案以及度量传感器节点对联盟满意度的标准。·基于Markov链建立联盟剖面的形成过程模型,基于传感器节点的满意度和Markov链中转移概率的思想给出度量联盟剖面优越性的吸收因子的概念,并基于随机采样的思想寻找具有最大吸收因子的联盟剖面,进而求得参与博弈过程的WSN节点的最佳联盟组合形式。·Nash均衡是解决博弈论竞争问题的有效手段。为解决联盟数据传输策略之间的竞争,我们以Nash均衡为理论基础,基于遗传算法的思想求解联盟数据传输策略剖面的近似Nash均衡,得到联盟相对优化的数据传输策略,以减少网络的能量消耗。
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