[发明专利]一种基于树型Ad-hoc无线网络的信息收集方法

摘要

本发明公开了一种基于树型Ad‑hoc无线网络的信息收集方法，设计一类可以快速将节点的消息传送到树形网络根节点处的方法。根据节点有无标签，节点的消息是否有限制以及节点的工作状态（发送和接收）设计了四种不同的方法，来实现在不同情况下将节点的消息尽可能快的传送到根节点，从而解决Ad‑hoc无线通信网络中根节点处的信息收集发生冲突的问题，减小信息丢失的概率，提高网络中的信息收集效率。本发明不依赖于树形网络的拓扑结构，因此适用于各种树型Ad‑hoc网络规模的场景，具有广泛的应用。

主权项

1.一种基于树型Ad‑hoc无线网络的信息收集方法，其特征在于，包括：步骤一，首先判定树形Ad‑hoc无线网络节点收发消息有无限制、判定节点有无标签以及能否同时收发消息；步骤二，基于步骤一的判定结果分别采用如下信息收集方法：(1)对于树形Ad‑hoc无线网络节点收发消息无限制、节点有标签且不考虑节点能否同时收发的情况，所述信息收集方法采用消息无限制的确定性方法；(2)对于树形Ad‑hoc无线网络节点收发消息有限制、节点无标签且不考虑节点能否同时收发时的情况，所述信息收集方法采用Fire‑and‑Forward方法；(3)对于树形Ad‑hoc无线网络节点收发消息有限制、节点有标签且节点不能同时接收和发送的情况，所述信息收集方法采用消息有限制的确定性方法；(4)对于树形Ad‑hoc无线网络节点收发消息有限制、节点有标签且节点能同时接收和发送的情况，所述信息收集方法采用消息有限制的随机性方法；其中消息有限制是指发送一次消息，至多包含一条信息；消息无限制指发送一次消息，可由多条信息聚合而成；节点有标签指节点有label(v)，即依次使用集合{0，1，…，n‑1}中的整数按照从上至下从左至右的顺序对节点v进行标记；节点无标签指节点无label(v)；其中，所述消息无限制的确定性方法，时间复杂度为O(n)，包括如下步骤：(1‑1)、将树形网络T中节点v收集信息的总时间划分为阶段s，每个阶段再等分为连续的三步，分别为3s，3s+1和3s+2，依次称为RR‑step，ALL‑step和SEL‑step；(1‑2)、节点可以传送消息的时刻称为激活点，记节点v的激活点为a_v，若节点v是叶子节点，则a_v＝0，即叶子节点在时刻0就可以传送消息；若节点v是内部节点，则a_v指v收到来自所有孩子节点的消息的时刻，即只有在节点v收到所有孩子节点发送来的消息后，才可以传送消息；(1‑3)、用集合{0，1，…，n‑1}中的整数对节点v进行标记，记为label(v)，记F_i为正整数集{0，1，…，i‑1}，对任一阶段s＝a_v,a_v+1,…,a_v+n+1，节点v在阶段s的第二步——ALL‑step发送消息；若label(v)∈F_s mod n，则节点v在阶段s的第三步——SEL‑step发送消息；若label(v)∈s mod n，节点v在阶段s的第一步——RR‑step发送消息；若且label(v)≠s mod n，则节点v处于接收状态；所述消息有限制的随机性方法，时间复杂度为O(n log n)，包括如下步骤：(2‑1)、记height₂(v)为树T中节点v的高度，表示树T的浓密程度，height₂(v)按照如下规则来取值：在树T中，若节点v是叶子节点，则height₂(v)＝0，若节点v是内部节点，则将节点v的孩子节点中最大的height₂(v)值记为g，若节点v的孩子节点中至少有2个孩子节点的height₂(v)＝g，则height₂(v)＝g+1，若节点v的孩子节点中不存在2个或2个以上孩子节点的height₂(v)＝g，则height₂(v)＝g；按照上述规则，获得每个节点v的height₂(v)，每个节点的信息包含该节点的height₂(v)值，当节点v收到这样的来自其孩子节点的信息，节点v能获得其height₂(v)，随后将这些信息传递给其父节点；(2‑2)、阶段划分和消息发送，记为L，将节点v收集信息的总时间划分为L+1个阶段，表示大于等于X的最小正整数，对阶段h，其中h＝0，1，…，L，又可分为3nh，3nh+1，...，3nh(h+1)‑1，在阶段h，只有height₂(v)＝h的节点可以参与信息的传送，考虑一个height₂(v)＝h的节点，有以下两阶段：在ALL‑step，即t＝3nh，3nh+1，…，3nh+2n‑1，对于每一步t＝3nh，3nh+1，…，3nh+2n‑1，若节点v包含未被发送的任何信息ρ_u，则节点v发送信息ρ_u；在RR‑step，即t＝3nh+2n+u，u＝0，1，...，n‑1，对于每一步t＝3nh+2n+u，u＝0，1，...，n‑1，若节点v包含信息ρ_u，则节点v发送信息ρ_u；所述消息有限制的确定性方法，时间复杂度为O(n^1.5)，包括如下步骤：(3‑1)、用集合{0，1，…，n‑1}中的整数对节点v进行标记，记为label(v)，将所有节点的标签随机的分为L'组，即B₁,B₂,...,B_L',其中B_i包含m个节点，表示运行时间的最小值；(3‑2)、随机将每一组中的节点按照标签递增的顺序进行排列，但不限于该排序规则；(3‑3)、记L'组中的一组为B_q，且B_q组有s'＝s₁+n步，其中q＝0,1,...,L',第q组的步骤范围为[s′(q‑1)，s′q‑1]，在第q组，在s'(q‑1)+τ发送B_q中第j个节点的信息,0≤τ≤s'‑1，1≤j≤m；所述Fire‑and‑Forward方法，时间复杂度为O(n log n)，具体包括：记无线网络拓扑结构为树T，根节点为r，对于任意节点v≠r，在时刻t，节点v以1/n的概率决定触发，若节点v决定触发且t‑1时刻没有发送信息，则v在时刻t触发；若节点v决定不触发且节点v在t时刻以前收到信息，则v在t时刻转发该信息；若节点v不满足以上的所有条件，则节点v处于空闲状态。