无线传感网中的基于功率控制和局部最小生成树的低代价广播方法技术

本发明专利技术属于无线传感网络协议技术领域，具体涉及一种无线传感网中的低代价广播方法。该方案主要用于在无线传感网中，针对可二次充电节点和不可二次充电节点不同的能量情况，在执行一个分组的网络广播时，优先选择可二次充电节点承担广播任务，同时，在需要不可二次充电节点x承担转发任务时，在节点x的一跳拓扑最小生成树上，依据所接收的信号功率强度、分组发送节点和自己之间的距离，计算出分组发送节点发射该分组所用功率，并在此基础上计算出该次分组发射所能覆盖的通信半径r，节点x按照其与自己一跳拓扑最小生成树上各个邻居节点之间的距离以及x监听到的这些节点对该分组的接收情况决定自己是否需要转发该分组以及转发功率，以尽量降低不可二次充电节点参与执行任务的程度，从而尽量减少不可充电节点的工作量以减少其能量消耗，达到延长网络生命期的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线传感网络协议
，具体涉及一种无线传感网中的低代价广播方法。该方法主要用于在由可充电节点和不可充电节点组成的无线传感器网络中，优先选择可充电节点担任广播分组中继任务，并同时尽量降低不可充电节点参与广播分组中继的程度，从而尽量减少不可充电节点的工作量以减少其能量消耗，达到延长网络生命期的目的。
技术介绍
近些年来，无线多跳网络(无线传感器网络、移动Ad hoc网络、无线mesh网络等)领域的相关技术得到了学术界和工业界的广泛关注，并取得了迅猛的发展。在这一领域的诸多研究方向中，尽可能的延长无线传感器网络的工作寿命成为无线传感器网络设计中的关键问题之一。由于受到成本和体积等因素的限制，大多数普通无线传感器网络节点的电池容量都十分有限且无法得到补充。为提高无线传感器网络的寿命，通过在网络中布设一部分可充电节点 (如具备太阳能电池的网络节点)，并设计能量高效型网络协议以利用这些节点分担较多的通信任务，在许多应用环境中收到了良好的效果，成为一种被人们普遍接受的提高网络寿命解决方案。网络广播是网络管理与服务的核心支撑技术。已有研究成果显示，在无线传感网中，实现最小代价广播是NP完全问题。在多项式时间内，依据网络实际情况和应用需求有针对性地实现低代价广播，同时贴合网络和应用需求，有利于更好地完成网络的工作任务。对于同时存在可充电节点和不可充电节点的无线传感器网络，针对节点不同的能量情况，同时结合节点的功率控制能力，优化广播代价，可以极大提高网络的能量利用效率，从而提升网络生存期。
技术实现思路
本专利技术是一种无线传感网中的基于功率控制的广播方法。该方案主要用于在无线传感网中，针对可二次充电节点和不可二次充电节点不同的能量情况，在执行一个分组的网络广播时，优先选择可二次充电节点承担广播任务，同时，在需要不可二次充电节点X承担转发任务时，在节点X的一跳拓扑最小生成树上，依据所接收的信号功率强度、分组发送节点和自己之间的距离，计算出分组发送节点发射该分组所用功率，并在此基础上计算出该次分组发射所能覆盖的通信半径r，节点X按照其与自己一跳拓扑最小生成树上各个邻居节点之间的距离以及X监听到的这些节点对该分组的接收情况决定自己是否需要转发该分组以及转发功率，以尽量降低不可二次充电节点参与执行任务的程度，从而尽量减少不可充电节点的工作量以减少其能量消耗，达到延长网络生命期的目的。令G(V，E)代表网络图，其中V(G)代表节点的集合、E (G)代表网络中边的集合；图中两个节点X G V(G)和y G V (G) - {x}之间的距离记做dxy,如果满足dxy ( R，则称边(X，y) G E(G)代表集合的减法运算；每个节点配备一套全向天线,R代表节点的最大传输半径；每个网络节点可以根据与邻居节点之间的距离，自主调节传输功率，并满足接收端正确解码的最小功率，这一功率成为该链路的功率值；对于网络中的一个节点x，N(X)代表节点X的一跳邻居节点集合，其中X G V(G)，对于y G叭3，有0^，7) GE(G);网络中的节点包含可二次充电节点和不可二次充电节点，可二次充电节点可以通过太阳能、机械方式等手段从自然界获取能量并转化为电量，二次充电节点集合记做A，不可二次充电节点由电池供电，该节点集合记做B，A+B=V(G)，AnB=0，其中“ + ”代表集合的加法运算或称合并运算；每条链路的代价设定为该链路的链路功率值。每个节点了解每个邻居节点的位置信息，从而可以进一步知道每对邻居节点之间的距离；每个节点，接收到一个分组之后，能够根据自己接收的信号功率强度、分组发送节点和自己之间的距离，计算出分组发送节点发射该分组所用功率，并在此基础上计算出该次分组发射所能覆盖的通信半径。其中不可二次充电节点的邻居节点集合生成方法为对于每个不可二次充电节点X,求解g的最小生成树，计算过程中每条链路的权重为该链路的代价，然后获得X在该树上的一跳邻居节点集合W1然后，将到达该集合中最远节点所需传输功率作为节点X在转发广播分组时所用的最大传输功率Px，将到达该最远节点的传输距离作为节点X用于该次通信的通信半径Rx;其中戌为节点X的一跳邻居拓扑图。其中低代价广播方法的具体步骤为I)对于广播信源节点s来说，如果s G A,则s采用全功率转发广播分组；否则s G B，则s采用功率Ps转发广播分组；(PJf么含义，本领域固有吗？)2)属于集合A的中间节点接收到一条广播分组后，立即以全功率转发该分组给自己的邻居节点； 3)不属于集合A的中间节点X，如果从邻居节点y接收到一条广播分组后，采取如下操作a.节点X首先根据接收信号功率值、dxy的值，计算出节点y本次分组发送的通信半径Ry ；b.如果 i，则 i i f ,;对于 ve<，如果 dyv〈Ry，则 n\ = n\-{y)'ye N1s x\ =Ar! - {y}y yc.如果x是第一次收到该分组，则启动一个本地转发定时器，定时器的时间长度设置为Tlx (I/ I < I)，I I是集合^中当前元素的个数，T是一个预先指定的参数； K4)当节点X的本地定时器超时后，如果.W0，那么节点X将按与&中最远节点K通信所需的最小功率转发广播分组，否则，取消该次转发；之后，该节点将不再接收该分组的重复拷贝。具体实施方式节点单跳范围局部拓扑构造方法对于网络中的每个节点x，X G V(G),构造其一跳邻居拓扑图，记做<，具体方法如下V(C )=N(x)+{x} E(K )={(u,v): ue V(( ) ve V(^. ), (u,v)e E(G)J。可充电节点的传输功率设定为其最灭1专输功率。不可充电节点的邻居节点集合生成方法对于每个不可充电节点u，u G B，求解$的最小生成树，计算过程中每条链路的权重为该链路的代价，然后获得U在该树上的邻居节点集合，记做，;然后，将作为U的一跳邻居节点集合，并将到达该集合中最远节点所需传输功率作为节点U在转发广播分组时所用的最大传输功率，记做Pu，将到达该最远节点的传输距离作为节点u用于该次通信的通信半径，记做Ru。低代价广播方法I)对于广播信源节点s来说，如果s G A,则，s采用全功率转发广播分组；否则如果s G B，则s采用功率Ps转发广播分组；2)对于一个属于集合A的中间节点来说，接收到一条广播分组后，它将立即以全功率转发该分组给自己的邻居节点；3)对于一个不属于 集合A的中间节点X来说，如果从邻居节点y接收到一条广播分组后，它将采取如下操作a.节点X首先根据接收信号功率值、dxy的值，计算节点y本次分组发送的通信半径，记做r ；b.如果i f ;对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感网中的基于功率控制的低代价广播方法，其特征在于：在无线传感网中，针对可二次充电节点和不可二次充电节点不同的能量情况，在执行一个分组的网络广播时，优先选择可二次充电节点承担广播任务，同时，在需要不可二次充电节点x承担转发任务时，在节点x的一跳拓扑最小生成树上，依据所接收的信号功率强度、分组发送节点和自己之间的距离，计算出分组发送节点发射该分组所用功率，并在此基础上计算出该次分组发射所能覆盖的通信半径r，节点x按照其与自己一跳拓扑最小生成树上各个邻居节点之间的距离以及x监听到的这些节点对该分组的接收情况决定自己是否需要转发该分组以及转发功率，以尽量降低不可二次充电节点参与执行任务的程度，即为节点x的一跳拓扑。FDA0000264361511.jpg

【技术特征摘要】
1.一种无线传感网中的基于功率控制的低代价广播方法，其特征在于在无线传感网中，针对可二次充电节点和不可二次充电节点不同的能量情况，在执行一个分组的网络广播时，优先选择可二次充电节点承担广播任务，同时，在需要不可二次充电节点X承担转发任务时，在节点X的一跳拓扑最小生成树上，依据所接收的信号功率强度、分组发送节点和自己之间的距离，计算出分组发送节点发射该分组所用功率，并在此基础上计算出该次分组发射所能覆盖的通信半径r，节点X按照其与自己一跳拓扑最小生成树上各个邻居节点之间的距离以及X监听到的这些节点对该分组的接收情况决定自己是否需要转发该分组以及转发功率，以尽量降低不可二次充电节点参与执行任务的程度，即为节点X的一跳拓扑。2.根据权利要求1所述的广播方法，其特征在于G(V，E)代表网络图，V(G)代表节点的集合、E(G)代表网络中边的集合；网络图中两个节点X G V(G)和y G V(G)-{x}之间的距离dxy小于等于节点的最大传输半径R，则称边(x，y) GE(G);对于网络中的一个节点x，N(X)代表节点X的一跳邻居节点集合，其中X G V(G)，对于y G N(X)，有(x, y) G E(G)；网络中可二次充电节点集合记做A，不可二次充电节点集合记做B，A+B=V(G)，AnB=0 ;每个网络节点可以根据与邻居节点之间的距离，自主调节传输功率，并满足接收端正确解码的最小功率，这一功率成为该链路的链路功率值，并将其设定为每条链路的代价。3.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅武钢，贺静，赵壮，尹崇禄，
申请(专利权)人：无锡泛联软件科技有限公司，
类型：发明
国别省市：