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基于博弈论的无线传感网能量均衡模型

卜范玉;张清辰

【摘要】Thispaperpresentsanovelenergybalancealgorithmbasedon

BayesianGameforwirelesssensornetwork,whichdivideseachdata

forwardingprocessintotwogamephases.Inthefirststageofthegame,a

nodeconstructsastaticBayesiangamemodelaccordingtoitsownenergy

levelsandstrategiesofothernodesinvolvedinthegame.Thenthenode

takesthesolutionoftheoptimizedexpectedrevenuefunctionasthe

routingandforwardingpacketsoptimaldecisionprobability.Inthesecond

gamestage,thesourcenodeandtheneighbornodesbuildgamemodel

accordingtotheenergylevelandthemutualstrategiesandtheoptimalhe

numberofpacketstransmitted.%提出一种基于贝叶斯博弈的无线传感网能量均

衡算法，该算法将每次数据转发过程分解为两个阶段的博弈。第一阶段博弈是指节

点结合自身能量水平及参与博弈其他节点的战略，构造静态贝叶斯博弈模型，以最

优化期望收益函数的解作为节点参与路由转发数据包的最优决策概率；第二阶段博

弈是指源节点与邻居节点根据能量水平及相互战略，构造博弈模型，根据最大化期

望收益函数的解，决定双方在博弈阶段的最优转发包数量。仿真实验结果表明，本

文提出的算法能够有效地均衡网络的能量消耗，延长网络的生存时间。

【期刊名称】《计算机系统应用》

【年(卷),期】2015(000)005

【总页数】4页(P152-155)

【关键词】能量均衡;无线传感网络;博弈论

【作者】卜范玉;张清辰

【作者单位】内蒙古财经大学职业学院，呼和浩特010010;大连理工大学软件学

院，大连116620;大连理工大学软件学院，大连116620

【正文语种】中文

无线传感网是由大量的微小节点通过自组织的方式构成的无限网络，通常这些微小

节点是指具有计算能力和通信能力的微型传感器［1］.无线传感网络通过这些传

感器感知数据，采集数据，并以无线通信方式将数据转发到数据处理中心.目前，

无线传感网的应用日益广泛，包括智能交通、物联网与环境监测等多个领域［2-

4］.

节点的能量是保证网络生存时间的重要指标［5］，同时也影响着网络的路由选择

与数据传输的质量.然而在无线传感网络中，每个传感节点的能量非常有限.每个节

点根据自身能量水平选择数据转发方式直接影响并决定着网络的吞吐量与网络的生

存周期.由此可见，能量控制是无线传感网建设需要考虑的关键问题.能量控制是指

设计特定的能量均衡算法，通过该算法选择特定的路由，在保证完成任务的前提下，

均衡整个传感网络的能量消耗，借以提高网络的吞吐量并延长网络的生存时间.

近几年来，国内外学者已经提出一些基于博弈论无线传感网能量控制的算法，如文

献［4］提出一种自适应能量自适应无线传感网路由协议，该协议通过统一网络的

能量负载来控制整个网络的能量消耗.文献［5］提出基于染色理论的能量控制路

由算法，该算法通过染色理论优化网络路由选择，以控制整个无线传感网络的能量

消耗.文献［6，7］对无线传感网络能量控制算法进行总结和分析.这些算法虽然

在一定程度上能够达到对网络能量的控制，但是这些算法较少考虑网络能量均衡消

耗的问题，严重减低网络的吞吐量，同时大幅度缩短了网络的生存时间.文献［8］

提出了用博弈论模型来均衡网络能量消耗，然而这个模型单纯考虑邻邻节点是否为

源节点转发数据包，没有充分考虑邻邻节点的最优数据包转发数量.

本文提出一种基于贝叶斯博弈的无线传感网能量均衡算法.在本算法中，节点以广

播的方式转发数据.在一个时间槽内，源节点发送数据之后，由其邻邻节点根据自

己的能量水平选择是否转发，并选择为源节点转发数据