移动自组织网络中低功耗锚节点轮转方法技术

本发明专利技术公开了一种移动自组织网络中低功耗锚节点轮转方法，其包括如下步骤：步骤一，在已划分好节点角色的移动自组织网络中，所有节点将自身的位置及剩余能量信息汇总到最接近网络中心的锚节点等。本发明专利技术提出的方法在进行锚节点轮转条件评估时，不仅考虑了各个用户节点与关联的锚节点之间距离情况，避免该通信距离过大时导致的通信能耗过高问题，而且考虑了锚节点与用户节点的平均剩余能量对比情况，在锚节点能量消耗较大时及时进行锚节点轮转保证了节点间的能耗公平性，在选择新的锚节点过程中，对于各个候选节点剩余能量的考虑也避免了某些节点连续作为锚节点的情况，进一步地保证了节点间的能耗公平性。

【技术实现步骤摘要】
移动自组织网络中低功耗锚节点轮转方法
本专利技术涉及一种锚节点轮转方法，特别是涉及一种移动自组织网络中低功耗锚节点轮转方法。
技术介绍
近年来，移动自组织网络凭借其快速组网、不依赖于基础设施等优点，而被广泛应用于紧急服务、灾后搜救、智能交通及工厂自动化等多个领域。移动自组织网络的分层结构是指通过将网络中组网节点(可以为人员、机器人、车辆等，以下简称为节点)进行角色划分，使得不同角色的节点之间通过协作能够提高网络的服务质量，如降低网络中节点总能耗与网络通信负载等。移动自组织网络中分层结构的基础形式为两层结构，其他的多层结构为两层结构的扩展形式。两层结构中将节点划分为锚节点与用户节点，锚节点组成网络的上层，而用户节点组成网络的下层。基于两层结构，锚节点可以实现对用户节点中资源的合理调度，如分配计算任务给用户节点实现负载均衡等；而用户节点可以依靠锚节点来实现一定功能，如通过与锚节点的测距通信来定位自身等。但是移动自组织网络的分层结构(以两层结构进行说明)中，汇集用户节点信息、分发信息到用户节点及协调用户节点资源等任务为锚节点引入了较高的通信压力，相较于用户节点，锚节点具有较高的能耗、更容易丧失其正常功能，这样的情况不利于网络长期运行时的正常功能实现，且无法保证网络中节点之间的能耗公平性。因此，对于如何降低移动自组织网络分层结构中锚节点能耗，并保证网络内节点能耗公平性的问题受到了越来越多的关注。虽然移动自组织网络的分层结构相较平面结构更加高效，但是需要对组网节点进行角色划分，而划分的原则往往是高效通信，一些节点由于其在网络拓扑中位置等因素被选为锚节点，其通信负载及计算负载均随之增大。从而，这些锚节点能耗比用户节点要高，而原本移动自组织网络中组网节点之间地位对等，整个网络中节点之间应当具有能耗公平性；若无法保证节点之间的能耗公平性，则可能导致一些节点的能量过早地全部消耗掉，而导致网络功能的无法正常完成，不利于网络的长时间运作。由此可见保证网络内节点能耗公平性问题的重要性。经对现有技术的检索发现，目前关于移动自组织网络中保证节点能耗公平性的方案主要是周期性地在更换节点作为锚节点。然而，在移动自组织网络中，节点的移动具有较强的随机性，合理的锚节点轮转周期难以确定。若确定具体的锚节点轮转周期，则会导致一些问题的出现：较大的轮转周期可能导致用户节点与关联的锚节点之间通信距离明显增大，从而可能导致通信失败或通信耗能较高等情况出现；而较小的轮转周期将导致较大的锚节点轮转开销，增大网络中节点通信的总能耗。因此，需要一种能够保证网络内节点的能耗公平性，并可以降低网络中节点通信总能耗的锚节点轮转方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种移动自组织网络中低功耗锚节点轮转方法，其提出的方法在进行锚节点轮转条件评估时，不仅考虑了各个用户节点与关联的锚节点之间距离情况，避免该通信距离过大时导致的通信能耗过高问题，而且考虑了锚节点与用户节点的平均剩余能量对比情况，在锚节点能量消耗较大时及时进行锚节点轮转保证了节点间的能耗公平性。在选择新的锚节点过程中，对于各个候选节点剩余能量的考虑也避免了某些节点连续作为锚节点的情况，进一步地保证了节点间的能耗公平性。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种移动自组织网络中低功耗锚节点轮转方法，其包括如下步骤：步骤一，在已划分好节点角色的移动自组织网络中，所有节点将自身的位置及剩余能量信息汇总到中心锚节点；步骤二，中心锚节点汇总所有节点发送的信息，根据网络中所有节点的位置及剩余能量信息对当前时刻是否需要轮转锚节点进行评估。若不需要轮转锚节点则转至步骤一；否则，继续进行步骤三；步骤三，中心锚节点根据所有节点的位置及剩余能量信息，选择出新的锚节点列表；步骤四，中心锚节点通过当前网络中其他锚节点将新的锚节点列表分发给每一个节点；不在此列表中的节点将需要选择出合适的新锚节点建立关联，并在下一时刻同该锚节点进行通信。优选地，所述的步骤一包括如下步骤：步骤十一，移动自组织网络中节点总数为N，其中锚节点的数目为NA，用户节点数目为Na(Na＝N-NA)；每一时刻用户节点ai(i＝1,2,...,Na)将自身位置信息pi＝(xi,yi)T连同剩余能量信息Ei发送给其关联的锚节点Aj(j＝1,2,...,NA)；步骤十二，各个锚节点通过通信确定中心锚节点Acenter。本专利技术中，两点之间距离的计算采用方法如下式所示：其中，(xp,yp)T为点p的位置，(xq,yq)T为点q的位置。除Acenter之外的每个锚节点将他们所接收到的用户节点信息，连同他们自身的位置及剩余能量情况发送给Acenter。优选地，所述的步骤二包括如下步骤：步骤二十一，中心锚节点Acenter根据网络中每个节点(包括用户节点与锚节点)的位置信息，计算网络内用户节点与锚节点之间平均通信距离并统计通信距离超出的用户节点数目Ma，的定义如下式所示：其中，N为网络中节点总数，Na为锚节点数目，di表示用户节点ai(i＝1,2,...,Na)与其关联锚节点之间的距离；步骤二十二，中心锚节点Acenter根据网络中每个节点的剩余能量Em(m＝1,2,...,N)，计算得到锚节点的平均剩余能量及用户节点的平均剩余能量其中步骤二十三，若当前网络满足且时，说明网络中锚节点需要进行轮转，其中，λN为通信距离超出平均通信距离的用户节点比例阈值，λE为锚节点与用户节点平均剩余能量比值阈值；步骤二十四，若需要进行锚节点轮转，则进行步骤三；否则转至步骤一。优选地，所述的步骤三包括如下步骤：步骤三十一，中心锚节点Acenter根据锚节点数目NA及移动自组织网络所在区域，确定出各个锚节点的参考位置列表Plist；步骤三十二，针对Plist中参考位置Pj(j＝1,2,...,NA)，选择出L个距离其最近的节点作为候选节点，根据这些候选节点与Pj的距离进行排序，得到升序排序列表同时根据这些候选节点的剩余能量情况进行排序，得到降序排序列表步骤三十三，针对Plist中参考位置Pj(j＝1,2,...,NA)，对应的每一个候选节点njk(k＝1,2,...,L)，在及中所处顺序值分别为与则该候选节点的权重值定义如下式所示：其中ζ1、ζ2为权重系数，针对网络中每一个候选节点取值均相同且ζ1+ζ2＝1；针对每一个候选节点njk(k＝1,2,...,L)进行权重值计算，则具有最小权重值的候选节点作为该规划位置对应的锚节点；步骤三十四，针对Plist中每一个参考位置Pj(j＝1,2,...,NA)，重复进行步骤三十一至步骤三十三，直至每一参考位置均选择出对应的锚节点，则完成了整个网络中锚节点的选取，获得了下一轮锚节点列表优选地，所述的步骤四包括如下步骤：步骤四十一，中心锚节点Acenter将下一轮锚节点列表分发给当前网络中的每个锚节点，各个锚节点将分发给网络中每一个与其关联的用户节点；步骤四十二，网络中各个节点根据对自身下一轮中角色进行判定，若下一时刻自身为用户节点，则需要根据中各个新锚节点位置得到距离自身最近的锚节点；步骤四十三，下一时刻，各个用户节点与距离其最近的锚节点建立关联关系，并在下一次锚节点轮转之前向其发送信息。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动自组织网络中低功耗锚节点轮转方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤一，在已划分好节点角色的移动自组织网络中，所有节点将自身的位置及剩余能量信息汇总到最接近网络中心的锚节点；步骤二，中心锚节点汇总所有节点发送的信息，根据网络中所有节点的位置及剩余能量信息对当前时刻是否需要轮转锚节点进行评估；若不需要轮转锚节点则转至步骤一；否则，继续进行步骤三；步骤三，中心锚节点根据所有节点的位置及剩余能量信息，选择出新的锚节点列表；步骤四，中心锚节点通过当前网络中其他锚节点将新的锚节点列表分发给每一个节点；不在此列表中的节点将需要选择出合适的新锚节点建立关联，并在下一时刻同该锚节点进行通信。

【技术特征摘要】
1.一种移动自组织网络中低功耗锚节点轮转方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤一，在已划分好节点角色的移动自组织网络中，所有节点将自身的位置及剩余能量信息汇总到最接近网络中心的锚节点；步骤二，中心锚节点汇总所有节点发送的信息，根据网络中所有节点的位置及剩余能量信息对当前时刻是否需要轮转锚节点进行评估；若不需要轮转锚节点则转至步骤一；否则，继续进行步骤三；步骤三，中心锚节点根据所有节点的位置及剩余能量信息，选择出新的锚节点列表；步骤四，中心锚节点通过当前网络中其他锚节点将新的锚节点列表分发给每一个节点；不在此列表中的节点将需要选择出合适的新锚节点建立关联，并在下一时刻同该锚节点进行通信。2.根据权利要求1所述的移动自组织网络中低功耗锚节点轮转方法，其特征在于，所述步骤一包括如下步骤：步骤十一，移动自组织网络中节点总数为N，其中锚节点的数目为NA，用户节点数目为Na(Na＝N-NA)；每一时刻用户节点ai(i＝1,2,...,Na)将自身位置信息pi＝(xi,yi)T连同剩余能量信息Ei发送给其关联的锚节点Aj(j＝1,2,...,NA)；步骤十二，各个锚节点通过通信确定中心锚节点Acenter，本发明中，两点之间距离的计算采用方法如下式：其中，(xp,yp)T为点p的位置，(xq,yq)T为点q的位置，除Acenter之外的每个锚节点将他们所接收到的用户节点信息，连同他们自身的位置及剩余能量情况发送给Acenter。3.根据权利要求1所述的移动自组织网络中低功耗锚节点轮转方法，其特征在于，所述步骤二包括如下步骤：步骤二十一，中心锚节点Acenter根据网络中每个节点的位置信息，计算网络内用户节点与锚节点之间平均通信距离并统计通信距离超出的用户节点数目Ma，的定义如下式：其中，N为网络中节点总数，Na为锚节点数目，di表示用户节点ai(i＝1,2,...,Na)与其关联锚节点之间的距离；步骤二十二，中心锚节点Acenter根据网络中每个节点的剩余能量Em(m＝1,2,...,N)，计算得到锚节点的平均剩余能...

【专利技术属性】
技术研发人员：何东明，王文超，徐超杰，俞晖，李宗正，孙方涛，王忠山，周艳，熊丹丹，毛伟，
申请(专利权)人：上海复旦通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31