[发明专利]基于量化共识的分布式Gossip算法的无线通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种基于量化共识分布式Gossip算法的无线通信方法。

背景技术

随着无线技术的发展，人类生活的电磁环境变得越来越复杂，同时许多情况下需要对信息进行采集、监测、分析和处理。而无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，它是一种全新的信息获取方式，能够实时协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，因此无线传感器网络为人们提供最直接、最有效、最真实的信息，具有快速部署、抗毁性强、实时性等特点，有着越来越广泛的应用前景。

在分布式系统网络中的重要问题就是节点都达成一种共识的状态。该共识协议包括分布式共识和同步问题。它在传感器网络中的分布式协同和分布式数据融合，以及并行计算机中负载平衡中都是核心问题。Gossip算法简单、高效，并且具有良好的扩展性和鲁棒性，可以很好的适应无线传感器网络这类分布式系统环境。该算法能够允许所有的节点最终在一个参数上达成一致，并且比传统的洪泛算法消耗资源少，收敛速度更快。因此，Gossip算法在实际应用中，更方便、简单、节省资源。比如：在一个住宅小区内，每栋楼都有一个温度传感器或者湿度传感器，那么就可以通过Gossip算法，每个传感器之间相互通信更新自己信息，最终得到平均温度或湿度情况，每个用户就能够实时的了解天气情况。

但是在应用中需要注意几个问题：1)传感器节点通信距离有限。因此，只能在一定距离范围内的传感器才能进行通信；2)传感器节点储存能力和信道容量有限。在通信过程中，对信息进行量化是不可缺少的步骤；3)收敛速度快慢。不同地通信方式，所有节点收敛速度不一样，广播比单播方式收敛速度更快；4)根据不同的情况，网络中节点最终收敛于何值的要求不同。根据以上问题，本发明只考虑节点最终状态值一致的情况下，针对一种收敛速度较快的Gossip算法进行量化，并且保证量化不影响算法本身的收敛性。

发明内容

本发明是为了保证无线通信网络中所有节点量化后进行通信，最终所有节点达到共识状态，从而提供一种基于量化共识的分布式Gossip算法的无线通信方法。

基于量化共识的分布式Gossip算法的无线通信方法，其特征是：在包含有N个节点的无线传感器网络，N为正整数，它的无线通信方法为：

步骤一、初始化网络中每个节点的状态值，设置适当迭代次数(实际应用中可不设置)；

步骤二、在第t个时隙下，随机唤醒节点i，并将节点i作为发起节点；i为大于或等于1且小于或等于N的整数；所述发起节点i在无线传感器网络广播其自身的状态值x_i(t)；

t为实数；

步骤三、在无线传感器网络中，与节点i的欧式距离小于其连通半径R的所有节点均作为接收节点，所有接收节点集合记为N_i；每个接收节点均接收步骤二中发起节点i广播的状态值x_i(t)，并均进行加权平均运算，每个接收节点均获得加权平均运算结果；

步骤四、将步骤三中每个接收节点获得的加权平均运算结果均进行量化运算，获得该接收节点的量化结果，并将该量化结果作为该接收节点的新的状态值，完成对N_i中所有接收节点状态值的第C次更新；所述C的初始值为1；

步骤五、将C的值加1，并判断C的值是否迭代次数是否小于步骤一中设置迭代次数，如果判断结果为是，则返回执行步骤二；如果判断结果为否，则执行步骤六；

步骤六、结束对网络中节点的唤醒，通过无线信道广播特性使所有节点状态在较快时间内达到一致，实现了基于量化共识的分布式Gossip算法的无线通信。

步骤三中，以其中一接收节点j为例，进行加权平均运算是通过公式：

z_j(t)＝W_j(t)x_j(t)

实现的；

式中：W(t)为第t个时隙下i作为发起节点被唤醒时的权重矩阵；x(t)为N维向量。

步骤四中对接收节点的加权平均运算后的结果进行量化运算的方法为：

设：z_j(t)∈[τ_r，τ_r+1)，令q_j＝Q(z_j)，存在z′_j(t)＝z_j(t)+u_j(t)，则该接收节点的量化结果为：