The invention discloses a distributed congestion control and power allocation method for WSN network, including the following steps: S1: initialization stage: each node obtains basic configuration information to generate routing table; S2: establishing a joint optimization model of congestion control and power control; S3: obtaining the Newton direction of original variables and dual variables by solving the optimization model; S4: utilizing dual variables; The Newton direction expressions of traffic flow rate, link power, link congestion price and node power price are obtained by updating the variables with full Newton step size in one slot and matrix splitting method. S5: Setting the iteration update step size, using Newton direction expression, the traffic flow rate, link power, link congestion price and node power price are advanced at each node. Line update; S6: Repeat S5 in time slot until all variables converge. Compared with the centralized method, the proposed method has the advantages of low signaling overhead and low computational complexity.
【技术实现步骤摘要】
一种WSN网络的分布式拥塞控制和功率分配方法
本专利技术属于无线传感器网络
,具体涉及一种WSN网络的分布式拥塞控制和功率分配方法。
技术介绍
随着物联网的快速发展和人们对无线网络研究不断深入,作为物联网核心技术的无线传感器网络(WSN)得到了广泛的应用和研究。无线传感器网络集数据采集、信号处理和数据传输功能于一体,组网方式快捷灵活,由大量成本低廉,通信、计算、储存及电源等资源受限的无线节点通过自组网形式构成,在军事、环境、医学、空间探索以及工业、民用和家庭网络等领域具有广泛的应用前景。因而高效合理的无线传感器网络跨层资源分配是十分必要的。无线网络的网络效用受拥塞控制、功率分配、路由选择、信道分配等影响,在网络数据通信业务日益增大的形势下,资源有限的传感器节点会因为无法及时处理和转发数据而造成严重的网络拥塞问题,降低网络吞吐量。低功耗作为无线传感器网络的一个突出特点,采用能量有限的电源供电的节点在满足基本网络通信需求下,应尽可能降低功耗,延长网络的使用寿命。目前已有很多文献对无线多跳网络的跨层资源优化展开研究,并取得了较好的结果,对于联合拥塞控制和功率分配的研究,现有的方法都局限在一阶方法中,这类方法普遍存在收敛速度慢,更新步长选择敏感的缺点。基于上述现有技术中存在的缺陷,本专利技术公开了一种WSN网络的分布式拥塞控制和功率分配方法,该方法是基于原始对偶内点法的分布式二阶方法。
技术实现思路
本专利技术公开了一种WSN网络的分布式拥塞控制和功率分配方法。该方法在网络中业务流路由确知的情况下,以最大化网络效用为目标,利用原始对偶内点法对模型进行求解,获得原 ...
【技术保护点】
1.一种WSN网络的的分布式拥塞控制和功率分配方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:步骤一:初始化阶段:每个节点通过信息交互获得网络的基本配置信息,所述基本配置信息包括拓扑信息、信道带宽、链路距离、业务流速率上界以及节点可用发射功率上界,并根据网络拓扑利用最小生成树算法生成本节点的路由表;步骤二:建立优化模型:以最大化网络总效用为目标,根据信道容量约束与节点发射功率约束,建立拥塞控制和功率控制的联合优化模型,并进行简化;步骤三:通过原始对偶内点法对优化模型进行求解,得到原始变量和对偶变量的牛顿方向,所述原始变量包含业务流速率和链路功率,所述对偶变量包含链路拥塞价格和节点功率价格;步骤四:利用对偶变量在一个时隙以全牛顿步长更新的结果以及矩阵分裂方法,获得业务流速率、链路功率以及链路拥塞价格和节点功率价格的牛顿方向表达式;步骤五:设定迭代更新的步长,利用步骤四中的牛顿方向表达式,在各节点处,通过自身存储的信息、相连链路上的信息以及一跳邻居的信息,在本地对链路拥塞价格、节点功率价格以及链路功率进行更新,源节点负责对业务流速率的更新;步骤六:按时隙重复步骤五,直至全部变量收敛。
【技术特征摘要】
1.一种WSN网络的的分布式拥塞控制和功率分配方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:步骤一:初始化阶段:每个节点通过信息交互获得网络的基本配置信息,所述基本配置信息包括拓扑信息、信道带宽、链路距离、业务流速率上界以及节点可用发射功率上界,并根据网络拓扑利用最小生成树算法生成本节点的路由表;步骤二:建立优化模型:以最大化网络总效用为目标,根据信道容量约束与节点发射功率约束,建立拥塞控制和功率控制的联合优化模型,并进行简化;步骤三:通过原始对偶内点法对优化模型进行求解,得到原始变量和对偶变量的牛顿方向,所述原始变量包含业务流速率和链路功率,所述对偶变量包含链路拥塞价格和节点功率价格;步骤四:利用对偶变量在一个时隙以全牛顿步长更新的结果以及矩阵分裂方法,获得业务流速率、链路功率以及链路拥塞价格和节点功率价格的牛顿方向表达式;步骤五:设定迭代更新的步长,利用步骤四中的牛顿方向表达式,在各节点处,通过自身存储的信息、相连链路上的信息以及一跳邻居的信息,在本地对链路拥塞价格、节点功率价格以及链路功率进行更新,源节点负责对业务流速率的更新;步骤六:按时隙重复步骤五,直至全部变量收敛。2.根据权利要求1所述的一种WSN网络的的分布式拥塞控制和功率分配方法,其特征在于,步骤一中初始化阶段实现系统的参数获取方法如下:通过GPS定位获得本节点位置信息,通过HELLO包交互获得邻居信息,计算相互之间的距离,并根据网络拓扑利用最小生成树算法生成本节点的路由表;计算出节点的可用发射功率上界和业务流速率上界,以及交换彼此的操作权限信息。3.根据权利要求1所述的一种WSN网络的的分布式拥塞控制和功率分配方法,其特征在于,步骤二中的优化模型,其形式为:其中,U(fs)为效用函数,约束条件(1)为链路信道容量约束,流经链路的业务流速率之和不能超过它的信道容量;(2)为节点功率约束,节点分配给输出链路的功率之和不能超过节点最大发送功率;(3)为业务流速率和链路功率的非负性约束;(4)为信道容量定义式;上述模型进一步简化为:minfμ(y)(5)s.t.My≤e(6)y=[f1,...
【专利技术属性】
技术研发人员:冯维,徐永鑫,陈海涛,雷灿,何树芳,
申请(专利权)人:杭州电子科技大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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