[发明专利]无线传感器网络中联合拓扑控制和信道分配负载均衡方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络中联合拓扑控制和信道分配负载均衡方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

⑴当源节点需要与目的节点进行通讯时，源节点通过向所有邻居节点泛洪广播路由请求RREQ数据包，并等待路由回复RREQ数据包；

⑵源节点根据接收到的RREQ数据包对自身的邻居节点列表内容进行更新，所述的RREQ数据包包括节点的剩余能量e、最小发射功率p、接收信道rc、邻居节点标识id和网络的连通因子f；

⑶源节点根据更新后的邻居节点列表内容，将每个节点剩余能量作为一个能量效益因子计算其负载能力评估因子Lb，根据通信区域内节点的疏密程度，选择源节点到达区域内其它各节点的最短路径，计算节点路径因子LD；

⑷源节点根据更新后的邻居节点列表内容进行博弈，评估节点在选择不同发射功率和不同信道策略时网络连通状况和节点的效益，选取节点效益最大时的功率和信道博弈策略。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络中联合拓扑控制和信道分配负载均衡方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述源节点根据更新后的邻居节点列表内容，将每个节点剩余能量作为一个能量效益因子计算其负载能力评估因子Lb，就是根据更新后的邻居节点列表内容中每一个邻居节点按式(I)计算它的负载能力评估因子Lb值：

其中，负载能力评估因子值是将源节点和邻居节点的剩余能量作为一个能量效益因子，E_cost·u表示节点u的剩余能量，E_v表示节点v的剩余能量，E₀(u)，E₀(v)分别表示节点u和节点v的初始能量。

3.根据权利要求1所述的无线传感器网络中联合拓扑控制和信道分配负载均衡方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述根据通信区域内节点的疏密程度，选择源节点到达区域内其它各节点的最短路径，计算节点路径因子LD，就是根据更新后的邻居列表内容，节点按式(II)计算路径因子LD值：

其中，节点的路径因子是用节点效率表征节点之间的距离远近，其中N表示整个网络中的总节点数，A表示节点分布区域总面积，a表示常数，p_u表示节点的发射功率，d(u,v)表示节点之间的距离。

4.根据权利要求1所述的无线传感器网络中联合拓扑控制和信道分配负载均衡方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述评估节点在选择不同发射功率和不同信道策略时网络连通状况和节点的效益，选取节点效益最大时的功率和信道博弈策略，就是对比节点在不同功率等级、不同信道状态下的网络连通状况和节点效益大小，并判断该博弈模型是否达到纳什均衡；

所述选取节点效益最大时的功率和信道博弈策略包括以下步骤：

设在网络进行更新时，有且仅有一个节点能更新其发射功率以及节点的信道策略，即在某节点更新策略时，网络中其它节点的功率以及信道状态保持不变；为所有网络节点初始化信道和功率，每个节点的初始化功率为该节点与邻居节点通信的最大功率，当开始进行博弈更新策略时，该节点先降低一个功率等级，然后判断此时整个网络的连通性；如果网络不连通，则该节点在使用该功率等级时无法保证网络的基本连通性能，那么返回上一个功率等级，保持该节点当前的状态不变；如果网络仍然连通，则分别计算在该功率等级下该节点选择不同的可用信道对效益函数的影响，选择这些效益值中的最大值所对应的信道策略作为此时该节点对应的最佳信道选择，当该节点所有功率等级对应的效益计算完成，选取效益最大时对应的功率值即为该节点的最佳功率；依此对每个节点重复进行博弈，直到网络中所有节点的状态均不再改变为止即达到一种纳什均衡状态，博弈结束。