基于联盟博弈的无线传感器网络节能数据传输策略研究

论文摘要

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。

论文目录

• Abstract
• 摘要
• 第1章 前言
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 无线传感器网络管理的研究现状
• 1.2.2 博弈论的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 论文结构
• 第2章 背景知识
• 2.1 无线传感器网络简介
• 2.1.1 无线传感器网络的体系结构及其工作原理
• 2.1.2 无线传感器网络中的数据传输
• 2.1.3 无线传感器网络中的节能技术
• 2.2 博弈论简介
• 2.2.1 博弈论基本概念
• 2.2.2 联盟博弈基本知识
• 2.3 本章小结
• 第3章 联盟成员的满意度度量
• 3.1 问题描述
• 3.2 WSN联盟收益函数
• 3.3 基于Shapley值的传感器节点满意度度量
• 3.4 本章小结
• 第4章 节能WSN联盟的形成
• 4.1 吸收因子的基本概念
• 4.2 节能WSN联盟的形成算法
• 4.3 本章小结
• 第5章 节能WSN联盟的数据传输策略
• 5.1 WSN联盟数据传输策略的优越性度量
• 5.2 基于近似Nash均衡的WSN联盟数据传输策略
• 5.2.1 Nash均衡描述
• 5.2.2 确定联盟数据传输策略的算法描述
• 5.3 本章小结
• 第6章 实验结果及其分析
• 6.1 实验设置和实验环境
• 6.2 实验结果
• 6.2.1 形成的节能WSN联盟
• 6.2.2 基于遗传算法求解近似Nash均衡的有效性
• 6.2.3 无线传感器网络在不同工作方式下的能量消耗对比
• 6.2.4 基于联盟博弈模型的无线传感器网络的可达性
• 6.3 实验总结
• 第7章 总结与展望
• 附录
• A1. 攻读硕士学位期间发表的论文
• A2. 主要源代码
• 参考文献
• 致谢