[发明专利]异构无线网络中能耗均衡和延时双优化拓扑控制方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机网络应用和无线网络拓扑控制技术，涉及一种无线传感器网络的拓扑控制技术，特别涉及一种异构无线网络中能耗均衡和延时双优化拓扑控制方法。 

背景技术

在物联网时代，无线传感器网络在沟通物理世界与信息世界方面起着举足轻重的作用。具有RFID阅读器功能的传感器节点能够以无接触的方式读取其无线信号覆盖范围内的物体上的RFID标签信息，以多跳的方式传输到信息中心，实现对物体的查询、监控、追踪。无线组网简单、易维护、前期投资小、易扩展。但是节点以电池供电，能量储备有限，在一些部署环境下，能量无法补充(如野外的生态环境监测)，能量的耗尽意味着网络寿命的终结。即使在能量可补充的环境下(如对大型港口露天货场的监控)，也希望能量能够以某种尽可能均衡的方式耗尽，这样既可以降低充电频率也可以维持两次充电间隔期间的网络性能的稳定性(如减轻可能的能量空洞对网络性能的影响)。已有的相关拓扑控制技术对能耗均衡性的考虑不够全面(如未阐述能耗均衡拓扑一旦形成，能维持多久、如何维护、维护代价与拓扑性能如何折中等问题)，更未考虑对延时的优化。货物的失窃、有毒气体的泄漏、火警等事件的发送对延时有着苛刻的要求。视频监控等应用所需的海量数据传输更是增强了延时保障的必要性。 

异构无线网络通常指多种无线网络技术(如2G和3G蜂窝无线通信网、WLAN、WiMax等)并存的网络，在本发明中，特指由参数异构的传感器节点组成的网络，这些参数包括节点最大发射功率、接收灵敏度、初始能量储备值、处理器能力、存储与缓存能力等。 

发明内容

本发明要解决技术问题是提供一种异构无线网络中能耗均衡和延时双优化拓扑控制方法，该异构无线网络中能耗均衡和延时双优化拓扑控制方法能实现兼顾能耗均衡和延时，实现对网络拓扑的优化。 

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是： 

一种异构无线网络中能耗均衡和延时双优化拓扑控制方法，包括逻辑邻居选择、链路对称化、逻辑邻居调整三个阶段，对于一个异构无线网络，在拓扑生成或拓扑更新之初，执行前两个阶段，在两次拓扑更新之间执行逻辑邻居调整以延长拓扑更新周期、减少拓扑更新次数。 

所述的逻辑邻居选择包括以下步骤：(节点在确定发射功率时，其所覆盖的所有节点称为其物理邻居，若只考虑能耗优化目标，则减少发射功率可相应减少物理邻居数，此时无需使用逻辑邻居这个概念。在考虑多个目标进行拓扑优化时，节点邻居数就不能只依靠调节发射功率来控制了。在本发明中，为节点取最大发射功率时覆盖的每个物理邻居计算一种兼顾能耗均衡和延时的度量，根据度量值从大到小选择若干节点作为邻居，此时节点应调节其发射功率覆盖到这些邻居，但此发射功率也可能覆盖更多的节点，因此需要逻辑邻居这个概念来特指节点认可的邻居。将逻辑邻居限定到一个合适值，主要是考虑到，只让逻辑邻居参与寻路包的转发，也只有被选择的逻辑邻居参与路由响应包和数据包的转发，因此，逻辑邻居数小可以简化路由选择，但其数量太少则会影响网络连通。) 

任一节点i执行如下算法选择k个最近邻节点： 

1、节点i在时刻t₁使用它的最大发射功率P_t-max，i广播包含如下节点信息的数据包：它的唯一身份标识id_i、最大发射功率P_t-max，i、在欧拉平面上的坐标(x_i，y_i)、初始能量储备E_i、在时刻t₁时的剩余能量 

2、节点i接收它的所有物理邻居广播的包含所述节点信息的数据包，并存储在它的邻居列表N_L(i)中； 

3、节点i分别计算如下值，并存储在它的邻居列表N_L(i)中： 

3.1、为邻居集N(i)中每个物理邻居计算链路度量值； 

对第j个物理邻居，计算链路i→j的度量值Λ_j； 

3.2、为邻居集N(i)中每个剩余能量大于平均初始能量的物理邻居计算第一能耗均衡因子；为每个剩余能量不大于平均初始能量的物理邻居计算第二能耗均衡因子； 

第一能耗均衡因子 

第二能耗均衡因子 其中j表示第j个物理邻居； 为物理邻居j在t时刻的剩余能量； 

E_av，i为N(i)中的所有节点的平均初始能量： M为邻居集N(i)中的节点数，E_j为节点j的初始能量；