[发明专利]一种基于最小生成树的定向自组网功率控制方法

说明书

本发明公开的一种基于最小生成树的定向自组网功率控制方法，属于无线网络通信领域。本发明采用最小生成树构建的链路作为链路的基础，保证了网络的连通性；为节点适当添加链路，缩短了网络内节点之间的跳数，并考虑到了定向天线的特点，限制了一个扇区内的链路数，降低了通信干扰，提高网络的性能；删除了单向链路，保证最后构建的链路均为双向链路，规避了因为单向链路的存在让网络拓扑变得复杂，影响到网络性能的问题。本方法能够降低发射天线的功率，并保证网络的连通性和相对较高的性能，可应用于军事战场和灾区应急通信等领域中，解决了降低节点天线功率而造成网络性能下降的问题。

技术领域

本发明属于无线网络通信领域，尤其涉及一种定向自组网的节点天线功率控制方法。

背景技术

定向自组网是使用定向天线的无线自组网，有高增益、空间复用、抗干扰、抗截获等优点。定向自组网中的节点不能以最大功率发射信号，因为节点的能量有限，并且会造成数据频繁冲突导致网络性能下降。功率控制算法的主要目的是尽可能降低发射天线的功率，同时保证网络的连通性，并提高网络的性能。

目前功率控制算法可以分为基于角度方向信息、基于节点位置信息和基于邻居数量信息的算法。LMST算法是一种基于节点位置信息的功率控制算法，但是没有考虑到定向天线的特点，并且节点之间的跳数较多，会造成网络性能的下降。

发明内容

本发明公开的一种基于最小生成树的定向自组网功率控制方法，提供了一种在定向自组网中控制节点功率的方法，能够降低发射天线的功率，并保证网络的连通性和相对较高的性能。可应用于军事战场和灾区应急通信等领域中，解决了降低节点天线功率而造成网络性能下降的问题。

本发明目的是通过下述技术方案实现的：首先利用节点坐标计算距离矩阵和扇区编号矩阵，然后采用Prim或Kruskal算法构建最小生成树。在最小生成树构建的链路的基础上，设定节点邻居数上限和扇区邻居数上限。然后将邻居按照距离从近到远排序，给每个节点添加与邻居之间的链路直到达到邻居数上限，删除单向的链路。最后根据每个扇区内的链路计算得到每个扇区的通信半径，从而控制天线功率。

本发明公开的一种基于最小生成树的定向自组网功率控制方法，包括以下步骤：

步骤一：计算获得距离矩阵

根据全网节点坐标信息计算所有节点对之间的距离，得到距离矩阵D。其中D(i,j)是节点i与邻居节点j之间的距离，如果节点j不是节点i的邻居节点，则D(i,j)＝∞。

步骤二：计算获得扇区编号矩阵

对于网络中的节点i与节点j，执行以下操作：

(1)判断节点对是否为邻居

如果节点i与节点j之间的距离D(i,j)＝∞则不是邻居，扇区号设置为0，即S(i,j)＝0。如果节点i与节点j之间的距离不是无穷大，则它们是邻居，继续(2)。

(2)计算邻居所在方位的角度

如图2所示，以节点i向右延伸出的射线作为角度为0的方向，以逆时针作为角度增大的方向。使用反正切函数求解，并根据节点i与节点j之间的相对位置，修正为真实的角度，结果为弧度制。

角度α的修正公式为

其中，假设节点i的坐标为(x₁,y₁)，节点j的坐标为(x₂,y₂)，令Δy＝y₂-y₁并且Δx＝x₂-x₁。

(3)将角度转换为扇区编号