[发明专利]基于剩余能量感知的分布式容错拓扑控制方法有效

专利信息
申请号: 201310106208.7 申请日: 2013-03-28
公开(公告)号: CN103200643A 公开(公告)日: 2013-07-10
发明(设计)人: 王玺钧;盛敏;刘梦霞;张琰;翟道森;李建东 申请(专利权)人: 西安电子科技大学
主分类号: H04W40/10 分类号: H04W40/10;H04W40/04;H04W84/18
代理公司: 陕西电子工业专利中心 61205 代理人: 王品华;朱红星
地址: 710071*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 基于 剩余 能量 感知 分布式 容错 拓扑 控制 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于无线通信领域,特别涉及一种构建网络拓扑结构的方法,可用于Ad Hoc网络。

背景技术

Ad Hoc网络是一种充满发展潜力的无线网络通信系统,该网络具有的自组织、自配置、自适应以及自愈能力使之能够灵活地用于各种无固定通信基础设施支撑的环境。

在影响Ad Hoc网络性能的众多因素之中,网络的拓扑结构是不可忽视的一个重要方面,因此如何优化Ad Hoc网络的拓扑结构、增强网络拓扑的容错能力并为上层通信协议提供良好的底层拓扑支撑是拓扑控制技术研究的重点。

目前,为了提高网络能量使用的有效性,研究者已经提出了许多拓扑控制算法。按照优化目标的不同,这些算法大致可以分为两大类:一类是以最小化网络节点的功耗为优化目标的拓扑控制算法,另一类是以最大化端到端路径上的能量有效性为优化目标的拓扑控制算法。在保证网络结构具有某些基本特性,如网络连通性,邻节点度数有限等的基础上,第一类算法主要是寻找能够使节点功率消耗达到最小的拓扑构建方案,其典型代表有R.Wattenhofer等作者在IEEE INFOCOM 2001上发表的文章“Distributed topology control for power efficient operation in multihop wireless ad hoc networks”中提到的CBTC(α)算法,以及N.Li等作者在IEEE Transactions on Wireless Communications上发表的文章“Design and Analysis of an MST-Based Topology Control Algorithm”提到的LMST算法等;第二类拓扑控制算法的核心思想在于构建端到端最小能量路径的网络拓扑结构,从而为分组路由过程中路径的选择提供良好的底层拓扑支撑,属于这一类的算法主要有V.Rodoplu等作者在IEEE Journal on Selected Areas in Communications上发表的文章“Minimum energy mobile wireless networks”中提到的R&M算法,以及Y.Shen等作者在ACM SIGCOMM Computer Communication Review上发表的文章“A shortest-path-based topology control algorithm in wireless multihop networks”中提到的LSP算法等。总而言之,无论两类算法在能效优化目标和设计思路方面存在何种差异,它们的最终目标都是希望能够尽可能地降低节点的发射功率,从而延长网络的生存期。

但实际上,在上述算法中,虽然减小了每个节点的传输功率,但由于没有考虑到各个节点剩余能量的变化和能量损耗的速率,只生成静态网络拓扑,不能平衡节点间的剩余能量,导致不能最大限度地延长网络生存期,即网络开始工作到有一个节点死亡的时间。由于不同节点大多以不同的速率消耗能量,这种能量消耗的不平衡会导致某些节点很快耗尽了自身的能量,导致网络生存期缩短。为了解决这样的问题,有人提出了考虑节点能量的拓扑控制算法,如田野等作者在IEEE GLOBECOM上发表的文章“Energy-aware Dynamic Topology Control Algorithm”中提到的EDTC算法、X.Chu等作者在IEEE INFOCOM上发表的文章“Cooperative Topology Control with Adaptation for Improved Lifetime in Wireless Ad Hoc Networks”中提到的CTCA算法和T.Chakraborty等作者在IEEE GLOBECOM上发表的文章“Load and Energy Aware Topology Control in Wireless Ad-hoc Networks”中提到的LEATC算法。上述这些算法虽然考虑了节点间剩余能量的平衡,但构建的拓扑十分稀疏,容易造成网络分割。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的问题,提出一种基于剩余能量感知的分布式容错拓扑控制方法,以延长网络生存期,增加网络容错能力。

为了实现上述目的,本发明网络拓扑控制方法包括如下步骤:

(1)网络中每个节点u发送自己的HELLO包,并接收初始邻节点发送的HELLO包,该HELLO包中包括节点的ID序列号、剩余能量信息以及位置信息;

(2)网络中每个节点u构建自己的局部拓扑子图Gu

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