一種用于三維場(chǎng)景的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率選擇方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維場(chǎng)景下無線Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率選擇方法及設(shè)備，用于根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的位置和相互之間的距離確定各節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率。該方法的具體過程包括：開始時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)以最大功率發(fā)射信號(hào)，探測(cè)鄰居信息；節(jié)點(diǎn)根據(jù)探測(cè)到的鄰居信息形成鄰居列表，鄰居列表包括鄰居節(jié)點(diǎn)的距離、信號(hào)強(qiáng)度等信息；節(jié)點(diǎn)將自己的鄰居列表上傳給根節(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)掌握全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的位置和距離信息；根節(jié)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明提出的綜合性能權(quán)衡模型和全局迭代優(yōu)化算法，集中式計(jì)算全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)發(fā)射功率集合，并通知網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的來自根節(jié)點(diǎn)的功率調(diào)整信息調(diào)整自己的發(fā)射功率。本發(fā)明還公布了一種能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的功率選擇方案的設(shè)備。
【專利說明】-種用于三維場(chǎng)景的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率選擇方法及 設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線Mesh網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是一種用于三維場(chǎng)景的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)射 功率選擇方法及設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] WMN(WirelessMeshNetwork)又被稱為無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，具有自組織性、多跳中繼 等特點(diǎn)，是一種廣覆蓋、高速率、大容量的分布式網(wǎng)絡(luò)，從廣義上來說，任何拓?fù)湫螤顬榫W(wǎng) 型的無線網(wǎng)絡(luò)均可以被看作是無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，但從狹義上來說，其主要是由路由Mesh節(jié) 點(diǎn)和用戶終端（STA)組成，其中路由Mesh節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性較弱，又可細(xì)分為3種：Mesh點(diǎn) (MeshPoint，MP)，指支持無線Mesh業(yè)務(wù)的節(jié)點(diǎn)，主要業(yè)務(wù)有路由選擇和信息轉(zhuǎn)發(fā)；Mesh 接入點(diǎn)（MeshAccess Point，MAP)，MAP作為STA無線接入Mesh網(wǎng)絡(luò)的接口；Mesh入口點(diǎn) (MeshPortalPoint，MPP)，也可以稱為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（Gateway)，是Mesh網(wǎng)絡(luò)連接其他網(wǎng)絡(luò)的接 口。終端STA通過路由Mesh節(jié)點(diǎn)之間的多跳到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，還可以通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（Gateway) 訪問互聯(lián)網(wǎng)。
[0003] 根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和三維拓?fù)?結(jié)構(gòu)。二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于室外場(chǎng)景，Mesh節(jié)點(diǎn)在空曠的室外場(chǎng)景傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)Mesh 節(jié)點(diǎn)可傳輸幾十公里，因此Mesh節(jié)點(diǎn)之間的高度差相比水平傳輸距離要小很多，可忽略不 計(jì)。而三維無線Mesh網(wǎng)絡(luò)適用于室內(nèi)場(chǎng)景，Mesh節(jié)點(diǎn)的傳輸距離會(huì)因?yàn)閴w的阻礙而大幅 縮短，而且Mesh節(jié)點(diǎn)之間的高度差相比水平傳輸距離不能忽略。功率控制技術(shù)是無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0004] 中國專利分布式Mesh網(wǎng)絡(luò)功率調(diào)整的方法及設(shè)備，申請(qǐng)?zhí)枺篊N201110318344. 3公 開了一種分布式Mesh網(wǎng)絡(luò)功率調(diào)整的方法及設(shè)備，用以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的覆蓋功率 及當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的用戶質(zhì)量決定功率調(diào)整策略，從而實(shí)現(xiàn)在無需專門控制器的情況下，每一個(gè) 節(jié)點(diǎn)都在需要功率調(diào)整時(shí)，與它的鄰居進(jìn)行深度協(xié)商后，決定功率調(diào)整策略，確保網(wǎng)絡(luò)在使 用過程中不出現(xiàn)過渡覆蓋或覆蓋盲區(qū)的情況。其中，節(jié)點(diǎn)功率調(diào)整方法，包括：啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)獲 取鄰居信息表；啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)多個(gè)STA后，統(tǒng)計(jì)每個(gè)STA質(zhì)量值；啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述收集到 的鄰居信息表及STA質(zhì)量值，判定所述節(jié)點(diǎn)是否進(jìn)行功率調(diào)整；如需進(jìn)行功率調(diào)整，所述節(jié) 點(diǎn)根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)的功率情況，選擇具體功率調(diào)整策略并進(jìn)行功率調(diào)整。該發(fā)明采用分布式 的方法，不能得到詳細(xì)的全網(wǎng)拓?fù)?，做出的功率調(diào)整策略缺乏全局性，不一定能做出最優(yōu)的 功率選擇方案。而且，由于采用的是分布式的方法，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需與周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié) 商，網(wǎng)絡(luò)開銷較大，收斂速度慢。
[0005] 中國專利Mesh網(wǎng)絡(luò)中的集中式拓?fù)淇刂萍肮β收{(diào)整的方法、裝置，申請(qǐng)?zhí)枺?CN200810068232. 5,公開了一種mesh網(wǎng)絡(luò)中集中式拓?fù)淇刂频姆椒把b置，以及在集中式 拓?fù)淇刂葡碌墓?jié)點(diǎn)功率調(diào)整的方法與裝置。所述mesh網(wǎng)絡(luò)中集中式拓?fù)淇刂频姆椒ò?步驟：拓?fù)淇刂品?wù)器獲取mesh節(jié)點(diǎn)的鏈路信息；獲得所述鏈路信息后拓?fù)淇刂品?wù)器向 該mesh節(jié)點(diǎn)發(fā)送前向拓?fù)涮綔y(cè)請(qǐng)求，進(jìn)行前向拓?fù)湫畔⑹占?；完成前向拓?fù)湫畔⑹占螅?拓?fù)淇刂品?wù)器向該mesh節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送反向拓?fù)涮綔y(cè)請(qǐng)求，對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行反向 拓?fù)湫畔⑹占Ｍㄟ^對(duì)網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)的正向和反向鄰居信息的收集，可以使得拓?fù)淇刂?服務(wù)器全面了解網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?，以便于做出全局?yōu)化的拓?fù)淇刂茮Q策，并控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的 mesh節(jié)點(diǎn)進(jìn)行功率調(diào)整。該發(fā)明采用了集中式控制的方法來調(diào)整節(jié)點(diǎn)功率，由一個(gè)服務(wù)器 向網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率調(diào)整信息，或節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器發(fā)送功率調(diào)整請(qǐng)求信息。但是這種方 式比較復(fù)雜，需要服務(wù)器與普通節(jié)點(diǎn)、普通節(jié)點(diǎn)之間都要進(jìn)行多次交互。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)的功率控制方法都只考慮了二維場(chǎng)景，不適合應(yīng)用與三維場(chǎng)景；另外，現(xiàn) 有的技術(shù)方案多只考慮單目標(biāo)優(yōu)化，沒有綜合考慮多個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于三維場(chǎng)景的無線Mesh網(wǎng) 絡(luò)發(fā)射功率選擇方法及設(shè)備，本發(fā)明解決三維場(chǎng)景的建模，綜合考慮節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率對(duì)網(wǎng)絡(luò) 連通性和干擾度的影響，建立一個(gè)綜合性能權(quán)衡模型，定量分析節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率對(duì)網(wǎng)絡(luò)在這 兩個(gè)方面的性能影響；提出一種全局迭代優(yōu)化算法，能快速求得最優(yōu)的全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率 集，本發(fā)明的功率選擇方案能在保證網(wǎng)絡(luò)連通性的同時(shí)，使網(wǎng)絡(luò)干擾盡可能小，最大限度提 升網(wǎng)絡(luò)吞吐量，提高網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)提出配合本發(fā)明的方法使用的設(shè)備。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種用于三維場(chǎng)景的無線Mesh網(wǎng) 絡(luò)發(fā)射功率選擇的方法，它包括以下步驟： 51 :鄰居信息采集，收集鄰居節(jié)點(diǎn)信息，研究節(jié)點(diǎn)根據(jù)收集到的鄰居節(jié)點(diǎn)信息建立鄰居 列表，并且根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算鄰居節(jié)點(diǎn)與研究節(jié)點(diǎn)的距離； 52 :性能評(píng)估，根節(jié)點(diǎn)根據(jù)每次收集到的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，生成不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，確定 網(wǎng)絡(luò)權(quán)衡函數(shù)，評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)性能； 53 :迭代優(yōu)化，使用迭代的方法，逐步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率集合，經(jīng)過多次迭代 得到最優(yōu)發(fā)射功率集合。
[0009] 所述的鄰居信息采集包括如下子步驟： 511 :節(jié)點(diǎn)A以最大發(fā)射功率發(fā)送鄰居信息探測(cè)巾貞（beacon巾貞），若節(jié)點(diǎn)B接收到beacon 幀并且信號(hào)強(qiáng)度大于設(shè)定的門限值RSp則B成功收到beacon并能成功譯碼； 512 :B節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)open巾貞，節(jié)點(diǎn)A收到B的open巾貞后回應(yīng)一個(gè)confirm巾貞，經(jīng)過兩 次握手后節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B建立鄰居關(guān)系； 513 :根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算A與B之間的距離； 514 :其他所有節(jié)點(diǎn)按相同的方式探測(cè)鄰居信息，并形成鄰居列表； 515 :網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點(diǎn)將自己的鄰居列表上傳給根節(jié)點(diǎn)。
[0010] 所述的性能評(píng)估包括如下子步驟： 521 :根節(jié)點(diǎn)根據(jù)每次收集到的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，生成不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D； 522 :根據(jù)干擾節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)干擾強(qiáng)度，它包括如下計(jì)算： 設(shè)節(jié)點(diǎn)i分別在節(jié)點(diǎn)u、v、w的覆蓋范圍內(nèi)，當(dāng)i作為接收節(jié)點(diǎn)時(shí)，會(huì)收到來自u(píng)、v、w 的信息； 設(shè)v向i在發(fā)送信息，節(jié)點(diǎn)u、w為干擾節(jié)點(diǎn)，干擾節(jié)點(diǎn)數(shù)為2,節(jié)點(diǎn)i的干擾節(jié)點(diǎn)定義 如下： I(i) = {t|ie Ω,?ε Ω,νε Ω,?^ν} Π {t|ie Ω,?ε Q,d(i,t)<rj (5-1) 其中Ω為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集合，i是接收節(jié)點(diǎn)，ν是發(fā)送節(jié)點(diǎn)，t是異于ν的其他節(jié)點(diǎn)， d(i，t)是節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)t之間的距離，rt為節(jié)點(diǎn)t的信號(hào)的覆蓋范圍的半徑； 在三維Mesh網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下，接收節(jié)點(diǎn)i的干擾強(qiáng)度如下式所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于三維場(chǎng)景的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率選擇方法，其特征在于：它包括以下步 驟： 51 :鄰居信息采集，收集鄰居節(jié)點(diǎn)信息，研究節(jié)點(diǎn)根據(jù)收集到的鄰居節(jié)點(diǎn)信息建立鄰居 列表，并且根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算鄰居節(jié)點(diǎn)與研究節(jié)點(diǎn)的距離； 52 :性能評(píng)估，根節(jié)點(diǎn)根據(jù)每次收集到的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，生成不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，確定 網(wǎng)絡(luò)權(quán)衡函數(shù)，評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)性能； S3:迭代優(yōu)化，使用迭代的方法，逐步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率集合，經(jīng)過多次迭代 得到最優(yōu)發(fā)射功率集合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于三維場(chǎng)景的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率選擇方法，其特 征在于，所述的鄰居信息采集包括如下子步驟： 511 :節(jié)點(diǎn)A以最大發(fā)射功率發(fā)送鄰居信息探測(cè)巾貞（beacon巾貞），若節(jié)點(diǎn)B接收到beacon 幀并且信號(hào)強(qiáng)度大于設(shè)定的門限值R&，則B成功收到beacon并能成功譯碼； 512 :B節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)open巾貞，節(jié)點(diǎn)A收到B的open巾貞后回應(yīng)一個(gè)confirm巾貞，經(jīng)過兩 次握手后節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B建立鄰居關(guān)系； 513 :根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算A與B之間的距離； 514 :其他所有節(jié)點(diǎn)按相同的方式探測(cè)鄰居信息，并形成鄰居列表； 515 :網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點(diǎn)將自己的鄰居列表上傳給根節(jié)點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于三維場(chǎng)景的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率選擇方法，其特 征在于：所述的性能評(píng)估包括如下子步驟： 521 :根節(jié)點(diǎn)根據(jù)每次收集到的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，生成不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D； 522 :根據(jù)干擾節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)干擾強(qiáng)度，它包括如下計(jì)算： 設(shè)節(jié)點(diǎn)i分別在節(jié)點(diǎn)u、v、w的覆蓋范圍內(nèi)，當(dāng)i作為接收節(jié)點(diǎn)時(shí)，會(huì)收到來自u(píng)、V、w的信息； 設(shè)V向i在發(fā)送信息，節(jié)點(diǎn)u、w為干擾節(jié)點(diǎn)，干擾節(jié)點(diǎn)數(shù)為2,節(jié)點(diǎn)i的干擾節(jié)點(diǎn)定義 如下： I(i) = {t|ieΩ,?εΩ,νεΩ,?^ν}Π{t|ieΩ,?εQ,d(i,t)<rt} (5-1) 其中Ω為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集合，i是接收節(jié)點(diǎn)，ν是發(fā)送節(jié)點(diǎn)，t是異于ν的其他節(jié)點(diǎn)，d(i，t)是節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)t之間的距離，rt為節(jié)點(diǎn)t的信號(hào)的覆蓋范圍的半徑； 在三維Mesh網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下，接收節(jié)點(diǎn)i的干擾強(qiáng)度如下式所示： IN.= ?7n +Yk^k (5-2) 1. f;雄，ir 其中是背景噪聲，num(i)為節(jié)點(diǎn)i的干擾節(jié)點(diǎn)數(shù)，Pk為各干擾節(jié)點(diǎn)不同的發(fā)射功 率，d(k，i)為干擾節(jié)點(diǎn)k到接收節(jié)點(diǎn)i之間的距離，α為路徑衰減因子，gk為節(jié)點(diǎn)k的天 線增益； 為了保證不同的目標(biāo)因子在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)接收節(jié)點(diǎn)的干擾強(qiáng)度進(jìn)行線性歸一化處 理，歸一化后接收節(jié)點(diǎn)干擾強(qiáng)度如下式所示：
其中INmax和INmin分別指節(jié)點(diǎn)內(nèi)的最大干擾強(qiáng)度和最小干擾強(qiáng)度； S23:用鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)表示網(wǎng)絡(luò)健壯性，分析鄰居節(jié)點(diǎn)與發(fā)射功率之間的關(guān)系，它包括如 下計(jì)算： 設(shè)研究區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)體積為V，節(jié)點(diǎn)服從均勻隨機(jī)分布的區(qū)域，發(fā)送節(jié)點(diǎn)i的覆蓋范圍為 Vi,通信半徑為則Vi節(jié)點(diǎn)總數(shù)為N; 3 節(jié)點(diǎn)分布服從均勻隨機(jī)分布，則一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否在i的覆蓋范圍內(nèi)服從伯努力試驗(yàn)，設(shè) 在i的覆蓋范圍內(nèi)的概率為P，不在覆蓋范圍內(nèi)的概率為1-P，其概率P為： P= ^ (5-4) V 根據(jù)伯努利試驗(yàn)與二項(xiàng)分布之間的關(guān)系，可知節(jié)點(diǎn)i的覆蓋區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)η服從二 項(xiàng)分布，其概率為： /\11 / \ iV -1-η ρ{ξ=η) = ^_\ν-^\1-^7 (5-5) J\vJ 設(shè)研究區(qū)域?yàn)閂的空間內(nèi)，有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，易得節(jié)點(diǎn)分布密度P為： N P二 7 (5 6) V 假設(shè)節(jié)點(diǎn)i覆蓋范圍為Vi,則在該區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)η與覆蓋范圍之間的關(guān)系如下式所 示： n=[/ViJ=ρ^nrf (5-7) 根據(jù)二項(xiàng)分布特性可知，以任一節(jié)點(diǎn)為中心的球型區(qū)域內(nèi)覆蓋節(jié)點(diǎn)數(shù)目可以表示為相 應(yīng)的數(shù)學(xué)期望，因此研究節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)可以表示為： NbNum(i) =E(ξ=n)-I (5-8) 根據(jù)二項(xiàng)式的數(shù)學(xué)期望求解公式如下： E(ξ=η) =ηΡ (5-9) 則節(jié)點(diǎn)i在覆蓋范圍為Vi的空間內(nèi)，相應(yīng)數(shù)學(xué)期望為：
其中P是節(jié)點(diǎn)分布密度，A為發(fā)送節(jié)點(diǎn)i的覆蓋半徑，V是研究范圍，則由（5-8)式 可知鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)與覆蓋半徑之間的關(guān)系為：
式（5-11)描述了鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)與覆蓋半徑之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，再根據(jù)半徑與發(fā)射功率之 間的關(guān)系，可以得到鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)與發(fā)射功率之間的關(guān)系，距離與發(fā)射功率之間的關(guān)系如下 式所示：
其中g(shù)為天線增益，α為路徑衰減因子，Ps為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，1?&為接收靈敏度， 將（5-12)式帶入（5-11)式可得鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)與發(fā)射功率之間的關(guān)系：
其中Pi是節(jié)點(diǎn)i的發(fā)射功率，gi是節(jié)點(diǎn)i的天線增益，使用鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)健壯 性強(qiáng)弱的判斷標(biāo)準(zhǔn)，鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，網(wǎng)絡(luò)的魯棒性也越強(qiáng)，在此使用NbNum(i)表示網(wǎng)絡(luò) 健壯性，值越大網(wǎng)絡(luò)魯棒性越強(qiáng)，為了保證干擾強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)度在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)度 進(jìn)行歸一化處理，如下式所示，其中NbNum(i)max和NbNum(i)min表示節(jié)點(diǎn)度的最大值和最 小值，
S24 :根據(jù)S22和S23計(jì)算的干擾強(qiáng)度和健壯性，計(jì)算節(jié)點(diǎn)i發(fā)射功率與網(wǎng)絡(luò)健壯性以 及節(jié)點(diǎn)干擾的權(quán)衡關(guān)系，它包括如下計(jì)算： 節(jié)點(diǎn)i發(fā)射功率與網(wǎng)絡(luò)健壯性以及節(jié)點(diǎn)干擾的權(quán)衡關(guān)系為：f(i) =λ*IN(i)me-γ*NbNum(i)me (5-15) 其中λ和Y是性能權(quán)衡因子，表征干擾強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)度占權(quán)衡模型的比重，且λ+γ = 1 ; 根據(jù)前面干擾強(qiáng)度與節(jié)點(diǎn)度的分析，帶入式（5-15)中得到權(quán)衡函數(shù)如下式所示：
其中IN⑴是節(jié)點(diǎn)i的干擾強(qiáng)度，NbNum⑴是節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，當(dāng)f(i)為最小值 時(shí)，性能達(dá)到最優(yōu)，即求解minf(i)，對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)的權(quán)衡函數(shù)為：
其中F(t)表示第t代對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，通過求解函數(shù)F(t)的最小值，得到網(wǎng)絡(luò)的最 優(yōu)發(fā)射功率集合，該模型中每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身情況設(shè)置不同的發(fā)射功率，其中N為節(jié)點(diǎn)總 數(shù)，η〇為背景噪聲，num(i)是節(jié)點(diǎn)i的干擾節(jié)點(diǎn)數(shù)，Pk是干擾節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，gk為節(jié)點(diǎn)k 的天線增益，d(k，i)是干擾節(jié)點(diǎn)k到接收節(jié)點(diǎn)i的距離，α為路徑衰減因子，P是節(jié)點(diǎn)分 布密度P=N/V，V是研究幾何空間，R&是接收靈敏度，Pi是接收節(jié)點(diǎn)i的發(fā)射功率，其中 λ和Y是性能權(quán)衡因子，表征干擾強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)度占權(quán)衡模型的比重，且λ+Υ = 1 ;其中 IN⑴max和IN⑴min分別指節(jié)點(diǎn)的最大干擾強(qiáng)度和最小干擾強(qiáng)度；NbNum(i)max和NbNum(i) min表示節(jié)點(diǎn)度的最大值和最小值，該權(quán)衡函數(shù)結(jié)合智能算法得到網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)發(fā)射功率集， 相應(yīng)的約束條件：min(Pi)彡P(guān)i彡P(guān)max，ie1，2, 3, 4. ..N，其中Hiin(Pi)是指i節(jié)點(diǎn)連接到 網(wǎng)絡(luò)中最小發(fā)射功率，該功率隨著節(jié)點(diǎn)i的幾何位置不同而變化；Pmax是最大發(fā)射功率，該 功率是由網(wǎng)卡的物理特性確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于三維場(chǎng)景的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率選擇方法，其特 征在于：所述的迭代優(yōu)化的目的是求得合適的發(fā)射功率集，使網(wǎng)絡(luò)性能權(quán)衡函數(shù)F(t)取得
迭代優(yōu)化包括如下子步驟： 531 :將網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率按節(jié)點(diǎn)編號(hào)的順序組合成一個(gè)個(gè)體； 532 :偽隨機(jī)生成N個(gè)個(gè)體構(gòu)成群體t; 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率取值范圍Hiin(Pi)彡P(guān)i彡P(guān)max，ie1，2, 3,...NIND，群體規(guī)模為NIND個(gè)，即有NIND個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，把每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率分為NIND個(gè)獨(dú)立的范圍，每個(gè)個(gè) 體在獨(dú)立的范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值作為初始值； 533 :對(duì)群體t進(jìn)行迭代優(yōu)化，它包括如下子步驟： S331 :將群體中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行二進(jìn)制編碼，它包括如下計(jì)算： 設(shè)某一節(jié)點(diǎn)Pk取值范圍為[min(Pk)，Pmax]，假設(shè)編碼長度為20,則一共有22°種編碼，二 進(jìn)制串與參數(shù)之間關(guān)系如下： 通過解碼得到一個(gè)二進(jìn)制串對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，設(shè)某個(gè)體的二進(jìn)制串為b19b18...b2 h，則對(duì)應(yīng)的解碼公式為：
其中，J=ta' : 編碼位數(shù)越多，相應(yīng)求解精度越大， 220-1 通過解碼得到一個(gè)二進(jìn)制串對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，設(shè)某個(gè)體的二進(jìn)制串為bMb19b18...b2 h，則對(duì)應(yīng)的解碼公式為：
其中Pmax是節(jié)點(diǎn)最大發(fā)射功率； S332:計(jì)算目標(biāo)函數(shù)F(t)的適應(yīng)值； 對(duì)于求極小值問題，適應(yīng)度值等于目標(biāo)函數(shù)值的相反數(shù)，即：eval(t) = -F(t)，t= 1， 2, 3, . . .，MAXITE，其中MXITE為迭代最大次數(shù)，對(duì)目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行從小到大排序，淘汰掉 最后值較大一定比例個(gè)體； 5333 :對(duì)余下個(gè)體進(jìn)行選擇運(yùn)算，在群體中選擇比較優(yōu)秀的部分個(gè)體，選擇包括以下計(jì) 算： (1) 設(shè)第t次迭代群體中一個(gè)個(gè)體為Uk，則個(gè)體Uk的適應(yīng)度值為eval(Uk)， eval(Uk) =-F(Uk)，k= 1，2, 3, · · ·NIND (5-22) (2) 計(jì)算第t次迭代群體內(nèi)所有個(gè)體的適應(yīng)度值總和F， NIND F=YjCVid(Ui) (5-23) k=\ (3) 計(jì)算個(gè)體Uk在第t次迭代時(shí)被選擇的概率Ak， Pu嚴(yán)?、) (5-24) P (4) 計(jì)算每個(gè)個(gè)體Uk的累積概率Qk， .Z· = 1，2··· (5-25) /=1 (5) 隨機(jī)產(chǎn)生NIND個(gè)[0, 1]區(qū)間的隨機(jī)數(shù)，將該隨機(jī)數(shù)與Qk比較，若隨機(jī)數(shù)r滿足 Qlrt彡r彡Qk，則Uk個(gè)體被選中； 5334 :將S343選出的個(gè)體進(jìn)行隨機(jī)配對(duì)，并進(jìn)行交叉運(yùn)算和變異運(yùn)算，和原有個(gè)體一 起組成新的群體t+Ι，所述的交叉運(yùn)算采用單點(diǎn)交叉的方式，變異運(yùn)算采用基本位突變的方 式； 534 :對(duì)新的群體t+Ι進(jìn)行迭代優(yōu)化，直到迭代最大次數(shù)MXITE; 535 :得到最優(yōu)發(fā)射功率。
5. -種用于三維場(chǎng)景的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率選擇設(shè)備，其特征在于：它包括普通節(jié) 點(diǎn)和根節(jié)點(diǎn)，所述的普通節(jié)點(diǎn)包括收發(fā)模塊、鄰居信息交互模塊、鄰居信息存儲(chǔ)模塊和功率 調(diào)整模塊； 鄰居信息交互模塊負(fù)責(zé)收集鄰居節(jié)點(diǎn)信息，以兩次握手的方式與鄰居節(jié)點(diǎn)建立鄰居關(guān) 系，具體包括發(fā)送beacon巾貞探測(cè)鄰居信息，以及接收open巾貞和confirm巾貞，并計(jì)算與鄰居節(jié) 點(diǎn)的距離； 鄰居信息存儲(chǔ)模塊將鄰居信息交互模塊收集到的鄰居信息，以鄰居列表的形式組織存 儲(chǔ)鄰居列表包括鄰居節(jié)點(diǎn)編號(hào)、距離、信號(hào)強(qiáng)度等信息； 功率調(diào)整模塊根據(jù)接收到的來自根節(jié)點(diǎn)的功率調(diào)整信息調(diào)節(jié)自身發(fā)射功率； 所述的根節(jié)點(diǎn)包括收發(fā)模塊、信息收集模塊、信息存儲(chǔ)模塊、最優(yōu)發(fā)射功率計(jì)算模塊和 分配模塊； 信息收集模塊負(fù)責(zé)收集普通節(jié)點(diǎn)上傳的鄰居列表，并匯總形成全網(wǎng)完整拓?fù)洌? 信息存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，以及普通?jié)點(diǎn)的功率調(diào)整信息； 最優(yōu)發(fā)射功率計(jì)算模塊根據(jù)本發(fā)明提出的綜合性能權(quán)衡模型和全局迭代優(yōu)化算法計(jì) 算最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率集； 分配模塊根據(jù)計(jì)算得到的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率集，形成發(fā)送給各個(gè)普通節(jié)點(diǎn)的功率調(diào)整 信息，指導(dǎo)普通Mesh節(jié)點(diǎn)調(diào)整發(fā)射功率。
【文檔編號(hào)】H04W52/24GK104270807SQ201410547371
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】林水生, 胡光曉, 許維, 閻波, 周亮, 衡鵬 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)