本發(fā)明涉及無線通信領域，特別是涉及無線自組網(wǎng)中異構(gòu)能量感知拓撲控制方法。
背景技術(shù)：
無線自組網(wǎng)是由一組無線節(jié)點構(gòu)成的自組織、多跳無線網(wǎng)絡，它沒有中央集中式的基礎設施，被廣泛應用于民用和軍事領域。如：醫(yī)療行業(yè)、食品行業(yè)、農(nóng)業(yè)等民用領域，以及戰(zhàn)場通信、搜救、災難控制等軍事領域。與有線網(wǎng)絡和蜂窩網(wǎng)絡不同，無線自組網(wǎng)不需要物理骨干設施，通常由靜態(tài)節(jié)點或者移動節(jié)點組成，每個節(jié)點包含一個全向天線，在其傳輸范圍內(nèi)可以將消息廣播至其他節(jié)點。
雖然無線自組網(wǎng)可以應用于很多領域，然而，無線網(wǎng)絡節(jié)點受到能源、計算能力、存儲容量以及通信范圍等資源的約束，在這些約束中，能量消耗是至關(guān)重要的。無線自組網(wǎng)的節(jié)點主要由電池來提供能源，而電池的能量是有限的，最先耗盡能源的節(jié)點通常決定了整個無線自組網(wǎng)的生存時間。為了延長網(wǎng)絡的生存時間，需要通過拓撲控制的方法來優(yōu)化無線網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)。如何對無線自組網(wǎng)進行拓撲構(gòu)建、拓撲控制以及拓撲維護，成為無線自組網(wǎng)設計的一個重要挑戰(zhàn)。
拓撲控制的主要目標是通過對網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的調(diào)整、精簡與優(yōu)化，達到節(jié)能并滿足網(wǎng)絡連通性、覆蓋性的目的。一些研究者對同構(gòu)的adhoc網(wǎng)絡拓撲控制進行了研究，在同構(gòu)adhoc網(wǎng)絡中，所有的節(jié)點通常具有相同的網(wǎng)絡屬性，如電池電量、傳輸半徑、運算能力等，一些文獻基于單位圓盤模型提出了同構(gòu)的拓撲控制算法，如rng算法、gabriel圖算法、cbtc算法等被用于adhoc網(wǎng)絡的拓撲控制中，從而構(gòu)建虛擬骨干。然而，在無線自組網(wǎng)中往往存在著異構(gòu)的網(wǎng)絡節(jié)點，同構(gòu)的拓撲控制算法不能直接應用于異構(gòu)adhoc網(wǎng)絡中。在異構(gòu)無線自組網(wǎng)中，存在著大量低成本的普通節(jié)點以及小部分能量充足的簇頭節(jié)點，每種類型的節(jié)點都有各自的電池能源、傳輸范圍和存儲容量，它們分散在一個地理區(qū)域并共存于異構(gòu)adhoc網(wǎng)絡中。傳統(tǒng)的拓撲控制方法沒有對異構(gòu)節(jié)點進行優(yōu)化，
不能有效地提高異構(gòu)節(jié)點的能量效率，也達不到延長無線自組網(wǎng)生命周期的效果。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種對異構(gòu)節(jié)點進行優(yōu)化、有效提高異構(gòu)節(jié)點的能量效率、能夠延長無線自組網(wǎng)生命周期的無線自組網(wǎng)中異構(gòu)能量感知拓撲控制方法。
技術(shù)方案：本發(fā)明所述的無線自組網(wǎng)中異構(gòu)能量感知拓撲控制方法，包括以下步驟：
步驟1：輸入異構(gòu)無線自組網(wǎng)絡gh，該異構(gòu)無線自組網(wǎng)絡gh由節(jié)點集vh組成；
步驟2：執(zhí)行異構(gòu)局部鏈路構(gòu)建算法，生成異構(gòu)鏈路集eh；
步驟3：計算各個鏈路的能量權(quán)重，對鏈路進行剪枝；
步驟4：對節(jié)點及其鄰居節(jié)點的能量進行評分，在節(jié)點與鄰居節(jié)點之間的各個鏈路中，刪除能量小于常數(shù)因子平均值的鏈路；
步驟5：構(gòu)建最終的無線自組網(wǎng)拓撲圖。
進一步，所述步驟2具體包括以下步驟：
步驟2.1：令i＝1；
步驟2.2：節(jié)點vi∈vh啟動鏈路構(gòu)建進程，節(jié)點vi廣播節(jié)點編號及節(jié)點能量至鄰居節(jié)點，vi為節(jié)點集vh中的第i個節(jié)點；
步驟2.3：若節(jié)點vj滿足dist(vj,vi)≤trmax(vj)∩dist(vj,vi)≤trmax(vi)，其中，vj為節(jié)點集vh中的第j個節(jié)點，1≤j≤k，且j≠i，k為節(jié)點集vh中節(jié)點的總個數(shù)，dist(vj,vi)為節(jié)點vj到節(jié)點vi之間的距離，trmax(vj)為節(jié)點vj的最大傳輸距離，則節(jié)點vj和節(jié)點vi之間建立異構(gòu)局部鏈路(vj,vi)，節(jié)點vj添加至節(jié)點vi的一跳鄰居鏈表neiboronehop(vi)中，且節(jié)點vi添加至節(jié)點vj的一跳鄰居鏈表neiboronehop(vj)中；
步驟2.4：判斷i是否大于k：如果是，則生成異構(gòu)鏈路集eh，結(jié)束；否則，則令i＝i+1，然后返回步驟2.2。
進一步，所述步驟3具體包括以下步驟：
步驟3.1：令m＝1；
步驟3.2：對鏈路em∈eh賦予能量權(quán)重值，鏈路em為異構(gòu)鏈路集eh中第m條鏈路，由節(jié)點
步驟3.3：若有節(jié)點
步驟3.4：判斷m是否大于m，m為異構(gòu)鏈路集eh中鏈路的總條數(shù)：如果是，則更新鏈路集為e'h，結(jié)束；否則，則令m＝m+1，然后返回步驟3.2。
進一步，所述步驟4具體包括以下步驟：
步驟4.1：令i＝1；
步驟4.2：節(jié)點vi∈vh發(fā)送能量評分evalenergy消息給它的所有一跳鄰居節(jié)點，vi為節(jié)點集vh中的第i個節(jié)點；
步驟4.3：令s＝1；
步驟4.4：收到evalenergy消息的一跳鄰居節(jié)點
步驟4.5：判斷s是否大于|neiboronehop(vi)|，|neiboronehop(vi)|為節(jié)點vi的一跳鄰居節(jié)點的總個數(shù)：如果是，則繼續(xù)進行步驟4.6；否則，則令s＝s+1，然后返回步驟4.4；
步驟4.6：節(jié)點vi計算所有一跳鄰居節(jié)點的平均剩余能量energyavg(vi)＝∑evalue(vis)/|neiboronehop(vi)|，neiboronehop(vi)為vi的一跳鄰居鏈表；
步驟4.7：令u＝1；
步驟4.8：判斷
步驟4.9：判斷u是否大于|neiboronehop(vi)|：如果是，則進行步驟4.10；否則，則令u＝u+1，然后返回步驟4.8；
步驟4.10：判斷i是否大于k，k為節(jié)點集vh中節(jié)點的總個數(shù)：如果是，則更新鏈路集為e'h，結(jié)束；否則，則令i＝i+1，然后返回步驟4.2。
有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
1)本發(fā)明既適用于異構(gòu)無線自組網(wǎng)的拓撲控制，又適用于同構(gòu)無線自組網(wǎng)的拓撲控制；
2)本發(fā)明可以對無線自組網(wǎng)中的節(jié)點進行異構(gòu)能量感知的拓撲控制，提高節(jié)點的能量消耗和能量發(fā)送效率；
3)本發(fā)明可以從能量層面優(yōu)化無線自組網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，與其他拓撲控制方法相比，能有效延長網(wǎng)絡節(jié)點的平均生存時間。
附圖說明
圖1為本發(fā)明具體實施方式中方法的流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式和附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的介紹。
本具體實施方式公開了無線自組網(wǎng)中異構(gòu)能量感知拓撲控制方法，如圖1所示，包括以下步驟：
步驟1：輸入異構(gòu)無線自組網(wǎng)絡gh，該異構(gòu)無線自組網(wǎng)絡gh由節(jié)點集vh組成，具體如下：
節(jié)點集vh＝{v1,v2,…,vk}由k(k為一正整數(shù))個節(jié)點組成，其中，每個節(jié)點vi∈vh(1≤i≤k)有各自的最大傳輸半徑trmax(vi)、以及能量energy(vi)，各節(jié)點可以配置不同的傳輸半徑以及能量，當各節(jié)點的能量及傳輸半徑相同時，組成同構(gòu)的無線自組織網(wǎng)絡，當節(jié)點的能量及傳輸半徑不同時，組成異構(gòu)的無線自組織網(wǎng)絡，節(jié)點集vh分布在平面區(qū)域。
步驟2：執(zhí)行異構(gòu)局部鏈路構(gòu)建算法，生成異構(gòu)鏈路集eh；
步驟2具體包括以下步驟：
步驟2.1：令i＝1；
步驟2.2：節(jié)點vi∈vh啟動鏈路構(gòu)建進程，節(jié)點vi廣播linkconnect消息至鄰居節(jié)點，linkconnect消息包括節(jié)點編號nodeid及節(jié)點能量nodeenergy字段，vi為節(jié)點集vh中的第i個節(jié)點；
步驟2.3：若節(jié)點vj滿足dist(vj,vi)≤trmax(vj)∩dist(vj,vi)≤trmax(vi)，其中，vj為節(jié)點集vh中的第j個節(jié)點，1≤j≤k，且j≠i，k為節(jié)點集vh中節(jié)點的總個數(shù)，dist(vj,vi)為節(jié)點vj到節(jié)點vi之間的距離，trmax(vj)為節(jié)點vj的最大傳輸距離，則節(jié)點vj和節(jié)點vi之間建立異構(gòu)局部鏈路(vj,vi)，更新鏈路集eh＝eh+(vj,vi)，節(jié)點vj添加至節(jié)點vi的一跳鄰居鏈表neiboronehop(vi)中，且節(jié)點vi添加至節(jié)點vj的一跳鄰居鏈表neiboronehop(vj)中；
步驟2.4：判斷i是否大于k：如果是，則生成異構(gòu)鏈路集eh，結(jié)束；否則，則令i＝i+1，然后返回步驟2.2。
步驟3：計算各個鏈路的能量權(quán)重，對鏈路進行剪枝；
步驟3具體包括以下步驟：
步驟3.1：令m＝1；
步驟3.2：對鏈路em∈eh賦予能量權(quán)重值，鏈路em為異構(gòu)鏈路集eh中第m條鏈路，由節(jié)點
步驟3.3：若有節(jié)點
步驟3.4：判斷m是否大于m，m為異構(gòu)鏈路集eh中鏈路的總條數(shù)：如果是，則更新鏈路集為e'h，結(jié)束；否則，則令m＝m+1，然后返回步驟3.2。
步驟4：對節(jié)點及其鄰居節(jié)點的能量進行評分，在節(jié)點與鄰居節(jié)點之間的各個鏈路中，刪除能量小于常數(shù)因子平均值的鏈路；
步驟4具體包括以下步驟：
步驟4.1：令i＝1；
步驟4.2：節(jié)點vi∈vh發(fā)送能量評分evalenergy消息給它的所有一跳鄰居節(jié)點，vi為節(jié)點集vh中的第i個節(jié)點；
步驟4.3：令s＝1；
步驟4.4：收到evalenergy消息的一跳鄰居節(jié)點
步驟4.5：判斷s是否大于|neiboronehop(vi)|，|neiboronehop(vi)|為節(jié)點vi的一跳鄰居節(jié)點的總個數(shù)：如果是，則繼續(xù)進行步驟4.6；否則，則令s＝s+1，然后返回步驟4.4；
步驟4.6：節(jié)點vi計算所有一跳鄰居節(jié)點的平均剩余能量
步驟4.7：令u＝1；
步驟4.8：判斷
步驟4.9：判斷u是否大于|neiboronehop(vi)|：如果是，則進行步驟4.10；否則，則令u＝u+1，然后返回步驟4.8；
步驟4.10：判斷i是否大于k，k為節(jié)點集vh中節(jié)點的總個數(shù)：如果是，則更新鏈路集為e'h，結(jié)束；否則，則令i＝i+1，然后返回步驟4.2。
步驟5：構(gòu)建最終的無線自組網(wǎng)拓撲圖。最終的無線自組網(wǎng)拓撲圖由節(jié)點集vh以及剪枝鏈路集e'h構(gòu)成，即g'h＝(vh,e'h)。