[发明专利]无线光通信网络的拓扑形成方法

权利要求书

1.一种无线光通信网络的拓扑形成方法，其特征在于，包括如下：

(1)对无线光通信网络进行初始化：

获取无线光通信网络每个节点的信息，包括每个节点的位置信息、节点能量、通信距离、节点度、节点ID和簇ID，其中簇ID用于标记节点所属簇；

(2)每个节点利用邻居发现算法寻找自身的邻居节点，并采用捕获、瞄准、跟踪APT系统对这些邻居节点进行扫描，获取邻居节点的节点信息；

(3)每个节点计算自己的最大接入度C；

(4)每个节点通过节点能量判断自己是否是邻居节点中的最优节点：若是，则将该节点升级为簇头节点，即将簇ID设置为自身节点ID，继续执行(12)；否则，执行(5)；

(5)每个节点判断自己的簇ID是否非零：若是，分簇完成，执行(12)；否则，执行(6)；

(6)每个节点计算自身到邻居节点的链路权值W_ij；通过如下公式计算：

其中，E_i表示当前节点i的节点能量，E_j表示其邻居簇头节点j的节点能量，d(i,j)表示节点i到节点j的距离；

(7)每个节点选择邻居节点中是簇头的节点，按照链路权值大小对其进行排序后，执行(8)；若不存在是簇头的邻居节点，则执行(9)；

(8)每个节点对排完序的簇头节点的子节点数进行判断：若邻居簇头节点的子节点数小于最大接入度，则向该簇头节点发送建立链接请求，将该簇头节点作为上级节点，将发射天线指向该簇头节点，并将自己的簇ID设置为该簇头节点的节点ID，继续执行(12)；如果所有簇头节点的子节点数都大于或等于最大接入度，则执行(9)；

(9)每个节点选择邻居节点中的非簇头节点，按照链路权值大小对其进行的排序后，执行(10)；若不存在邻居非簇头节点，则将该节点升级为簇头节点，即将簇ID设置为自身节点ID，继续执行(12)；

(10)每个节点对排好序的非簇头邻居节点进行判断：如果该邻居节点与簇头节点一跳链接，则向该邻居节点发送建立链接请求，将该邻居节点作为上级节点，并将自己的簇ID设置为该邻居节点的簇ID，继续执行(12)；否则，执行(11)；

(11)每个节点选择链路权值最大的非簇头邻居节点接入，并向该节点发送建立链接请求，将自己的簇ID设置为该节点的节点ID，同时将该邻居节点升级为簇头节点，继续执行(12)；

(12)对所有簇头节点进行三维Delaunay三角剖分，向邻居簇头节点发送建立链接请求；

(13)所有簇头节点检查自己的实际接入度，当实际接入度大于最大接入度时，按照链路权值从小到大的顺序，在保证网络连通的情况下，删去多余链接。

2.根据权利要求1所述的方法，其中(2)中每个节点利用邻居发现算法寻找自身的邻居节点，实现如下：

(2a)每个节点发射信标光，对自身所在区域进行扫描；

(2b)当节点i接收到来自其他节点的信标光时，将天线对准该节点方向，发射信标光；

(2c)通信双方节点均接收到信标光后，利用接收到信标光的光斑位置误差调整发射天线，进行瞄准；

(2d)节点向瞄准后的方向发射信号光，该信号光携带有请求信息；

(2e)节点根据接收到信号光的请求信息，发送应答信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中(3)中每个节点计算自己的最大接入度C，通过如下公式计算：

其中，E₀表示节点能量，m表示发送比特数，ε表示自由空间能量系数，即传送每比特数据所损耗的能量，表示激光扫描角度，d表示传输距离，L_mit表示节点最大通信距离，E_R表示接收每比特数据所损耗的能量，E_{TX_PE}表示节点发送每比特信息时系统器材消耗的能量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中(12)中对所有簇头节点进行三维Delaunay三角剖分的，实现如下：

(12a)将任意四个簇头节点相连，形成一个四面体；

(12b)插入一个簇头节点，判断该簇头节点是否在当前任意一个四面体内：

若是，则找出所有四面体外接球包含该插入节点的四面体，删除四面体间的公共面，连接插入节点与所有四面体顶点；

否则，找出所有四面体外接球包含该插入节点的四面体，删除四面体中最靠近插入节点的面，连接插入节点与该四面体顶点；

(12c)重复(12b)直至所有簇头节点都加入连接结构。