[发明专利]一种基于移动节点辅助的软件定义传感网络拓扑控制方法

权利要求书

1.一种基于移动节点辅助的软件定义传感网络拓扑控制方法，其特征在于：基于目标传感网络，引入预设数量移动节点，构建软件定义传感网络，首先执行如下初始化操作：软件定义控制器获取软件定义传感网络中各个传感器节点的预设类型状态信息，以及各个移动节点的预设类型状态信息；接着由软件定义控制器根据软件定义传感网络中各个节点的位置与状态信息，针对软件定义传感网络，构建网络拓扑结构；预设类型状态信息包括节点发射功率、节点剩余能量和节点度值；

然后由软件定义控制器周期执行如下步骤，针对软件定义传感网络实现拓扑控制；

步骤A.软件定义控制器获取网络拓扑结构中各个节点的预设类型状态信息；接着由软件定义控制器根据网络拓扑结构中各个节点的位置与状态信息，更新网络拓扑结构，然后进入步骤B；

步骤B.针对网络拓扑结构中的各个节点，根据各个节点的状态信息，采用预设节点权重函数，计算获得各个节点的权重，然后进入步骤C；

步骤C.由软件定义控制器针对网络拓扑结构中的移动节点进行调度，将移动节点移动至发射功率大于预设发射功率阈值、且剩余能量低于预设能量下限的相邻传感器节点旁，然后进入步骤D；

步骤D.软件定义控制器获取网络拓扑结构中各个节点的预设类型状态信息；接着由软件定义控制器根据网络拓扑结构中各个节点的位置与状态信息，更新网络拓扑结构。

2.根据权利要求1所述一种基于移动节点辅助的软件定义传感网络拓扑控制方法，其特征在于：所述步骤B中，针对网络拓扑结构中的各个节点，根据各个节点的状态信息，采用预设节点权重函数如下所示：

计算获得各个节点的权重表示网络拓扑结构中第v个节点、第n时刻的权重，分别表示节点v的剩余能量，发射功率和节点度；α,β,γ和η为非负调度参数因子，P_max是节点最大发射功率，E₀是节点初始状态时的剩余能量，dg_max是网络拓扑中最大的节点度；是移动节点k的最远可达邻居节点集。

3.根据权利要求1所述一种基于移动节点辅助的软件定义传感网络拓扑控制方法，其特征在于：所述步骤C中，由软件定义控制器针对网络拓扑结构中的各个移动节点，分别执行调度操作，将移动节点移动至发射功率大于预设发射功率阈值、且剩余能量低于预设能量下限的相邻传感器节点旁。

4.根据权利要求1所述一种基于移动节点辅助的软件定义传感网络拓扑控制方法，其特征在于：所述步骤C中，根据网络拓扑结构中各个节点的权重，选择其中权重大于预设权重阈值的各个移动节点，由软件定义控制器针对该各个移动节点，分别执行调度操作，将移动节点移动至发射功率大于预设发射功率阈值、且剩余能量低于预设能量下限的相邻传感器节点旁。

5.根据权利要求3或4所述一种基于移动节点辅助的软件定义传感网络拓扑控制方法，其特征在于：所述针对移动节点的调度操作，包括首先根据网络拓扑结构中各个节点的位置与权重，获得移动节点的重定位矢量，以及建立移动节点的马尔科夫链转移概率矩阵；然后根据移动节点的重定位矢量和马尔科夫链转移概率矩阵，将移动节点移动至发射功率大于预设发射功率阈值、且剩余能量低于预设能量下限的相邻传感器节点旁。

6.根据权利要求5所述一种基于移动节点辅助的软件定义传感网络拓扑控制方法，其特征在于，所述针对移动节点的调度操作，包括如下步骤：

步骤001.获取移动节点的最远可达邻居节点集：

首先获得移动节点k的最远可达邻居节点集：其中，N^κ＝{v|d_kv≤r_max,v∈V_dn∪V_sn,k∈V_mn}表示与移动节点相邻的节点集，其中d_kv表示节点k和节点v之间的距离，r_max是节点最大发射范围，V_dn表示传感器节点，V_mn表示移动节点，V_sn表示软件定义节点，L^κ：N^κ→(R⁺,R⁺)是所有节点的坐标集；以移动节点k为中心，以节点最大发射范围r_max为半径的圆形区域，最大可达邻居节点集的矢量表示为：

表示从节点k到节点v的矢量；

步骤002.获取节点v在时刻n的调度参数矩阵，计算节点权重：

在网络拓扑更新过程的第n时刻，获取网络节点状态，并建立每个节点的调度参数矩阵：

其中，分别表示节点v的剩余能量、发射功率和节点度；α,β,γ和η为非负调度参数因子，P_max是节点最大发射功率，E₀是节点初始状态时的剩余能量，dg_max是网络拓扑中最大的节点度；

然后利用预设如下节点权重函数：

计算获得节点计算权重步骤003.根据节点权重函数，在最远可达邻居节点集内计算移动节点重定位矢量：

首先，针对最远可达邻居节点集范围内的每个节点计算权重，将移动节点最大可达范围划分为四个目标区域即四个象限，对每个目标区域内的节点权重求和，获得四个区域内的权重之和：

其中表示第i象限，所有目标区域内的节点总权重为：

然后建立移动节点重定位矢量，从而对移动节点进行调度，假设是移动节点k在第n时刻的位置，重定位位置空间定义为：

其中，是移动节点调度空间的标量表示，根据每个目标区域内的节点位置和权重可求得矢量形式为：

其中，N_I,N_II,N_III,N_IV是四个象限区域内的普通节点数量；

步骤004.获取移动节点的重定位概率矩阵，进行移动节点调度：

四个目标象限区域内的重定位概率矩阵表示为：

则建立一阶马尔科夫链转移概率矩阵，其中不同目标区域内的移动节点重定位概率为：

由于移动节点重定位下一时刻的位置仅仅依赖当前位置和当前节点权重而与之前的状态无关，因此移动节点的调度是基于一阶马尔科夫链转移概率的调度；

步骤005.由软件定义控制器根据移动节点的重定位矢量和马尔科夫链转移概率矩阵，将移动节点移动至发射功率大于预设发射功率阈值、且剩余能量低于预设能量下限的相邻传感器节点旁。