[发明专利]一种基于多目标的多跳无线网络拓扑优化方法

说明书

本发明公开了一种基于多目标的多跳无线网络拓扑优化方法，其中，多跳无线网络的节点通过多跳转发的方式实现与汇聚节点的远距离通信，该方法以各节点传输距离为优化变量，以多跳无线网络端到端延时需求为约束，以最小化多跳无线网络传输延时和多跳无线网络传输功耗为目标，采用多目标粒子群算法，获取各个节点最优的传输距离，进而得到最优的微网分布式多跳无线网络拓扑。

技术领域

本发明涉及多跳无线网络通信领域，是一种基于多目标的多跳无线网络拓扑优化方法。

背景技术

多跳无线网络具有无需布线、安装维护成本低的优点，同时具有无中心性和自组织性，使得其可以在任意位置和任何时刻快速实现自组织通信，可以在一定程度上摆脱地理位置的约束，适用于分布式通信的极端环境。

由于多跳无线网络节点在地理上的分布性，当节点采集到数据信息后，往往需要经过多跳转发的方式，经过多个中间节点，将数据信息转发至汇聚节点。而不同的通信路径，对数据传输的实时性有较大的影响，因此，多跳无线网络的拓扑结构会对无线通信的实时性有较大影响。与此同时，由于节点的能耗严重影响多跳无线网络的使用寿命，不同的网络拓扑影响节点的数据传输距离，进而影响节点的发射功耗。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于多目标的多跳无线网络拓扑优化方法，以期能在保证多跳无线网络数据传输实时性的同时降低各个节点的发射功耗，从而提高多跳无线网络的稳定性和使用寿命。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案。

本发明一种基于多目标的多跳无线网络拓扑优化方法的特点在于，包括如下步骤：

步骤1，设多跳无线网络有N个节点，并利用式(1)建立图论模型G：

式(1)中，A表示多跳无线网络的节点集合；a_n表示第n个节点；E表示图论模型G的邻接矩阵，e_n,m表示第n个节点a_n与第m个节点a_m形成的邻接矩阵E的边，其中第n个节点a_n为发送节点，第m个节点a_m为接收节点，若e_n,m＝1，则表示第n个节点a_n与第m个节点a_m间形成通信链路，若e_n,m＝0，则表示第n个节点a_n与第m个节点a_m间无通信链路；表示第n个节点a_n与第m个节点a_m间的欧式距离；d_n表示第n个节点a_n的传输距离；

步骤2，建立多跳无线网络的传输延时函数T_net：

步骤2.1，利用式(2)建立节点信道竞争过程的马尔科夫链转移概率函数：

式(2)中，λ表示数据包的到达率；T_slot表示一个时隙间隔；P_g表示当前节点的缓存区为空时有数据包产生的概率；β表示当前节点信道检测为忙的概率；Ng表示当前节点的邻节点个数；P_f表示当前节点发送数据包失败的概率；

步骤2.2，利用式(3)建立节点信道竞争过程的马尔科夫链稳态概率分布方程：

式(3)中，π_idle表示当前节点处于空闲状态的稳态概率；π_(i,j)表示当前节点处在第i次退避阶段且退避计数器值为j状态的稳态概率；W_i表示第i次退避阶段的退避竞争窗口值；R表示退避阶段最大值；i∈[0,R]；j∈[0,W_i+1]；