一种容迟网络中有效确定辅助节点部署数目的方法技术

本发明专利技术属于容迟网络控制技术领域，具体涉及一种在容迟网络中有效确定辅助节点部署数目的方法。包括，1、获取辅助节点容迟网络在规定时间范围内连续时间段的工作状态信息；2、根据步骤一中所获得的工作状态信息，建立起在规定时间范围T内该网络的时空图；3、对步骤二中获得的时空图进行处理，获得时空图的子图；4、根据时空图对容迟网络中的辅助节点进行部署，使得容迟网络在规定时间内在满足一定通信成功率要求前提下部署辅助节点数目最小化。本发明专利技术通过提出基于时空图的网络拓扑结构控制方法，对高传输延迟及低数据包传输成功率的容迟网络有效地部署辅助节点使得容迟网络在规定时间内添加最少的辅助接点，以达到网络的通信成功率阈值。

【技术实现步骤摘要】
一种容迟网络中有效确定辅助节点部署数目的方法
本专利技术属于容迟网络控制
，具体涉及容迟网络拓扑控制方法，用于有效部署辅助节点，以提高容迟网络的通信成功率。
技术介绍
目前，容迟网络中连接状态的间断性使得网络中存在端到端不可达、大量传输延迟及拓扑结构不稳定的问题。同时，由于容迟网络中节点之间缺乏足够的连接机会，存在通信成功率较低的问题。解决上述问题的一种可行方法是添加辅助节点，以创造更多的连接机会。辅助节点通常具有体积小、供电有限、成本廉价、存储并转发数据包的特点。辅助节点通常是静态的，可以在移动的普通节点之间利用存储转发方式传递数据包，即当两个普通节点在不同时间经过同一地点时，在该地点的辅助节点则将上一时刻普通节点的数据包传递给下一时刻的节点。在部署了辅助节点的容迟网络中，需要解决的关键问题是如何确定辅助节点需要部署数目的问题，即给定容迟网需要满足的通信成功率阈值，设计部署方案以使得当前容迟网络中添加的辅助节点数目最少。目前，在无线网络领域中关于中继节点部署的研究日趋成熟，然而，上述解决方案无法适用于具有节点移动和拓扑时变性的容迟网络。仅存的关于容迟网络辅助节点部署方案的研究着重于无线网络整体吞吐量的问题，而本专利要解决问题的目的是提高网络可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种容迟网络中有效确定辅助节点部署数目的方法使得容迟网络在满足一定通信成功率阈值的情况下，最少化添加的辅助节点的数目。本方法尤其适用于大规模、环境复杂、辅助节点有限以及网络连接状态可预测的容迟网络。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种在容迟网络中有效确定辅助节点部署数目的方法，包括以下步骤：步骤一、获取部署辅助节点的容迟网络在规定时间范围内连续时间段的工作状态信息。所述工作状态信息包括节点在各时间段内不同节点之间的通信关系以及通信成功率。具体的但不限于此：将所述规定时间范围T划分成连续时间段集合，T＝{0,1,…,t}，其中t为整数，代表时间片段；Vuser表示网络节点集合，数目为n个，Vthrowboxes为辅助节点的集合，数目为m个。同一时间片段内任意两个节点间的通信连接对应的通信成功率可以通过预估方式的得到。步骤二、根据步骤一所获得的工作状态信息，建立起在规定时间范围T内该网络的时空图。可行方法但不限于此方法：具体的但不限于此：首先，令Gt＝(Vt，Et)表示某时间段t内容迟网络的通信关系图。其中，边表示和在时间段t内所有边的集合，i、j为整数，Vt代表时间片t内所有无线节点的集合。通过这种方式，最终得到规定时间范围T内，容迟网络通信关系图集合{Gt|t＝0，1，...，Ｔ｝。然后，将集合{Gt|t＝0，1，...，T}转换为时空图。表示一个时空图，包含了节点的时间和通信状态信息。同时，添加两个虚拟节点分别表示整个时间范围的开始和结束时刻的状态。步骤三、对步骤二获得的时空图进行处理，获得时空图的子图。其中，子图要满足以下要求：在规定时间范围T内，图中任意两个节点间至少存在一条有向路径；并保证整个时空图整体通信成功率最大(即数据在该时间段的容迟网络中传递数据的成功率最大)。具体的但不限于此：对时空图的处理的过程(GrdDelTBs-R)如下：1)，首先，令子图等于时空图；2)，设定通信成功率变量r并初始化为当然容迟网络的通信成功率，然后根据给定的通信成功率阈值R，进行如下步骤的运算；3)，如果r<R，转步骤6)，否则转步骤4)；4)，依次计算子图中每个辅助节点对整体网络通信成功率的贡献值，即将该辅助节点从子图中删除后引起的通信成功率降低量；5)，将贡献值最小的辅助节点从子图中删除，更新当通信成功率变量r等于当前容迟网络通信成功率，转步骤3；6)，返回子时空图。详细流程如图4所示。步骤四、根据时空图对容迟网络中的辅助节点进行部署，使得部署最少的辅助节点的数量以达到容迟网络通信成功率的阈值要求。有益效果本专利技术通过提出一种容迟网络中有效确定辅助节点部署数目的方法，即对高传输延迟及低数据包传输成功率的容迟网络有效地部署辅助节点使得容迟网络在规定时间内添加最少的辅助接点，以达到网络的通信成功率阈值。附图说明图1为部署有2个辅助节点潜在位置的容迟网络在四个不同时间段的通信状态变化；图2根据图1所建立的时空图；图3为部署一个辅助节点的容迟网络，见图中蓝色部分；图4为本专利技术具体实施方式中对时空图的处理流程示意图；图5和图6为GrdDelTBs-R在部署辅助节点在通信成功率与节点数目关系方面的体现。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术方法做进一步详细说明。一种容迟网络中有效部署辅助节点的方法，对高传输延迟及低数据包传输成功率的容迟网络有效地部署辅助节点使得容迟网络在规定时间内在满足一定通信成功率要求前提下部署辅助节点数目最小化。为实现上述目的，本专利技术方法的具体实现过程包括以下步骤：步骤一、获取部署辅助节点的容迟网络在规定时间范围内连续时间段的工作状态信息。所述工作状态信息包括节点在各时间段内不同节点之间的通信关系以及通信成功率。具体的，将所述规定时间范围T划分成连续时间段集合，T＝{0,1,…,t}，其中t为整数，代表时间片段；Vuser＝{v1，...，vn}表示网络节点集合，n为整数，Vthrowboxes＝{vn+1，...，vn+m}为辅助节点的集合，m为整数。同时，对于在某一时间片段t内容迟网络中任意两个节点间的通信连接表示在时间段t，vi节点到vj节点通信成功率，该通信成功率可以通过预估方式的得到(i为整数，1≤i≤n)。步骤二、根据步骤一所获得的工作状态信息，建立起在规定时间范围T内该网络的时空图。首先，令Gt＝(Vt，Et)表示某时间段t内容迟网络的通信关系图。其中，边表示和在时间段t内所有边的集合，i、j为整数，Vt代表时间片t内所有无线节点的集合。通过这种方式，最终得到规定时间范围T内，无线传感网络通信关系图集合{Gt|t＝0，1，...，Ｔ｝。然后，将集合{Gt|t＝0，1，...，T}转换为时空图。表示一个时空图，包含了节点的时间信息和通信状态信息。同时，添加两个虚拟节点和，其中，用表示在整个时间范围T的开始时刻的状态，用表示vi在整个时间范围T的结束时刻的状态。在规定时间范围T内，时空图中任意一个节点对至少存在一条有向路径。步骤三、对步骤二获得的时空图进行处理，获得时空图的子图。其中，子图要满足以下要求：在规定时间范围T内，图中任意一个节点对至少存在一条有向路径；并保证整个时空图整体通信成功率最大(即数据在该时间段的容迟网络中传递数据的成功率最大)。对时空图的处理的过程(GrdDelTBs-R)如下：1)，首先，令子图等于时空图；2)，设定通信成功率变量r并初始化为当然容迟网络的通信成功率，然后根据给定的通信成功率阈值R，进行如下步骤的运算；3)，如果r<R，转步骤6)，否则转步骤4)；4)，依次计算子图中每个辅助节点对整体网络通信成功率的贡献值，即将该辅助节点从子图中删除后引起的通信成功率降低量；5)，将贡献值最小的辅助节点从子图中删除，更新当通信成功率变量r等于当前容迟网络通信成功率，转步骤3；6)，返回子时空图。详细流程如图4所示。步骤四、根据时空图对容迟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在容迟网络中有效确定辅助节点部署数目的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获取部署辅助节点的容迟网络在规定时间范围内连续时间段的工作状态信息。所述工作状态信息包括节点在各时间段内不同节点之间的通信关系，以及通信成功率；步骤二、根据步骤一所获得的工作状态信息，建立起在规定时间范围T内该网络的时空图；步骤三、对步骤二获得的时空图进行处理，获得时空图的子图；其中，子图要满足以下要求：在规定时间范围T内，图中任意两个节点间至少存在一条有向路径；并保证整个时空图整体通信成功率最大，即数据在该时间段的容迟网络中传递数据的成功率最大；步骤四、根据时空图对容迟网络中的辅助节点进行部署，使得部署最少的辅助节点的数量以达到容迟网络通信成功率的阈值要求。

【技术特征摘要】
1.一种在容迟网络中有效确定辅助节点部署数目的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获取部署辅助节点的容迟网络在规定时间范围内连续时间段的工作状态信息；所述工作状态信息包括节点在各时间段内不同节点之间的通信关系，以及通信成功率；步骤二、根据步骤一所获得的工作状态信息，建立起在规定时间范围T内该网络的时空图；首先，令Gt＝(Vt，Et)表示某时间段t内容迟网络的通信关系图；其中，边表示和在时间段t内所有边的集合，i、j为整数，Vt代表时间片t内所有无线节点的集合；通过这种方式，最终得到规定时间范围T内，无线传感网络通信关系图集合{Gt|t＝0，1，...，T}；然后，将集合{Gt|t＝0，1，...，T}转换为时空图表示一个时空图，包含了网络节点集合υ及各个时间段中节点间的通信状态信息ε；同时，添加两个虚拟节点和其中，用表示vi在整个时间范围T的开始时刻的状态，用表示vi在整个时间范围T的结束时刻的状态；在规定时间范围T内，时空图中任意一个节点对至少存在一条有向路径；步骤三、对步骤二获得的时空图进行处理，获得时空图的子图；其中，子图要满足以下要求：在规定时间范围T内，图中任意两个节点间至少存在一条有向路径；并保证整个时空图整体通信成功率最大，即数据在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凡，陈慧杰，银志圆，王昱，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11