Ad Hoc对等网络无中心分布式快速共识方法技术

本发明专利技术公开一种Ad Hoc对等网络无中心分布式快速共识方法，将全网络非支配节点不重复的分配给各支配集节点，作为支配集节点的独立邻居节点，然后借助支配集进行网络节点状态值的分布式共识计算，并将最终共识结果分享给全网络；利用此方法能够实现分布式共识计算结果的快速收敛，收敛结果精确、稳定，且不需要网络具有中心节点；本发明专利技术保证了算法经过一轮计算能够达到稳定收敛，且不需要网络全局原始信息，计算复杂度小，避免了以往无中心分布式迭代算法中迭代次数无法确定，节点交互通信量大，收敛结果不稳定等问题，因此本发明专利技术能节约节点能耗，降低了通信量和节点运算量，延长了网络使用寿命，有效降低网络延迟，实时性好。

AdHoc peer-to-peer distributed fast consensus method for P2P networks

The invention discloses a Ad Hoc peer network center distributed fast consensus method, will not repeat the dominant distribution node to the nodes in the dominating set of non network neighbor nodes as independent dominating sets of nodes, and then with the help of dominating set distributed consensus network node state value calculation, and ultimately will share the results to the consensus network; fast convergence using this method can realize the distributed consensus calculation results, the convergence result is accurate, stable, and does not require a network with node; the invention ensures that the algorithm can achieve the calculation after a stable convergence, and does not need the original global information network, small computational complexity, avoids the non iterative distributed iteration in the algorithm the number of nodes cannot be determined, interactive communication capacity, convergence, the result is not stable, so the invention can save the node Energy consumption reduces the amount of communication and node computing, prolongs the service life of the network, effectively reduces the network delay, and has good real-time performance.

【技术实现步骤摘要】
AdHoc对等网络无中心分布式快速共识方法
本专利技术属于通信
，涉及分布式数据融合和分布式检测，具体是一种AdHoc对等网络无中心分布式快速共识方法，用于AdHoc对等网络下分布式共识计算。
技术介绍
AdHoc网络是由一批移动节点通过无线接口形成的临时网络，且它不需要其它特别基础设施的帮助或者集中管理，其布设具有很大的灵活性。网络中，节点一般不需要保持固定的、全局可知的网络位置，且节点可移动。通常，移动节点的主要特征是低带宽、移动性和低能量。AdHoc网络主要可用于分布式计算、无线传感器网络，应用范围涉及民用、灾难救助和军事应用等领域。在很多情况下，AdHoc网络节点受到能源、有限带宽等可用资源的限制，因此对于网络节点来说节约能耗和降低频带资源占用就是需要考虑的主要因素，另外由于网络节点的可移动性，AdHoc网络往往是无控制中心的，因此要求执行的分布式算法简单、时效性好。采用分布式处理机制的AdHoc网络由于其网络无控制中心，网络节点间的信息通过节点单跳的形式进行传递，所以此网络具有灵活性、可伸缩性和抗毁性。分布式共识方法应用非常广泛，可以用于分布式协作频谱感知、分布式检测或估计、集群控制等目的。目前基于AdHoc对等网络无中心分布式共识方法不需要数据融合控制中心，只需要本地相邻节点信息交互完成协作共识，可实现较好的分布式共识结果。但是它依然存在以下可优化和改进的环节：1)由于基于AdHoc对等网络无中心分布式共识方法在全网络各个节点都迭代执行此分布式共识计算，网络中节点状态信息通过本地相邻节点信息交互以及网络节点迭代计算逐渐向全网络扩散。此信息扩散速度受限于网络大小和网络拓扑结构。特别是当网络节点个数很多、信息扩散路径很长时，网络通信负荷会很重，这样很容易导致网络通信阻塞，进而延缓算法收敛速度，增大节点能耗。2)基于AdHoc对等网络无中心分布式共识方法中，各节点迭代计算环节，各个节点都分别进行分布式状态信息融合迭代计算以及与相邻节点信息交互。当网络节点个数很多、信息扩散路径很长时，由于信息传递不畅以及参与分布式计算的节点很多，会使每次迭代计算的收敛效率很低，进而网络整体收敛速度较慢，各节点运算数量多、质量差，能量消耗多。3)实时性方面，此基于AdHoc对等网络无中心分布式共识方法可以自适应进行。但是在网络节点个数很多、信息扩散路径很长时，由于上述1)、2)两个方面给网络造成的通信负担，使信息扩散速度慢，造成基于AdHoc对等网络无中心分布式共识方法不能快速收敛，实时性较差。综上所述，原有算法在信息扩散环节、迭代计算环节当网络节点个数很多、信息扩散路径很长时，会产生信息扩散速度慢、算法收敛速度慢、节点运算量大、节点能耗高等缺点，进而造成网络分布式共识算法效率低、能耗大、实时性差等缺点。以上的缺陷，影响了基于AdHoc对等网络无中心分布式共识方法的性能和应用范围，在情况恶劣时甚至会使算法失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种高效的基于AdHoc对等网络无中心分布式快速共识方法。本专利技术是一种AdHoc对等网络无中心分布式快速共识方法，其特征在于，包括有如下步骤：步骤1确定AdHoc网络的连通支配集：设有一个无中心AdHoc对等无线网络，确定此AdHoc网络的连通支配集V′，假设在计算过程中网络拓扑结构不发生改变；步骤2划分独立附属邻居节点：将AdHoc对等无线网络中非支配节点不重复的划分给连通支配集V′的各节点k，作为其独立附属邻居节点；步骤3计算支配集节点及独立附属邻居节点的初始状态值和；步骤4在连通支配集上建立信息分享收敛模型，用该模型计算AdHoc对等无线网络共识收敛的结果；步骤5全网分享共识收敛结果：将网络共识收敛结果通过连通支配集分享给网络所有节点，作为整个网络分布式共识收敛的一致结果；步骤6判断：针对AdHoc对等网络拓扑结构判断，如果AdHoc对等网络拓扑结构在计算过程中未发生改变，此次AdHoc对等网络无中心分布式快速共识完成，此共识收敛一致结果用于无中心分布式感知、检测、判决、控制等应用场合获得网络全局状态共识，作为后续处理的条件和依据；如果AdHoc对等网络拓扑结构在计算过程中发生改变，则返回执行步骤1～5，重新进行AdHoc对等网络无中心分布式快速共识计算，直至AdHoc对等网络无中心分布式快速共识完成。本专利技术还是一种AdHoc对等网络无中心分布式快速共识方法的用途，其特征在于，根据权利要求1-3所述的AdHoc对等网络无中心分布式快速共识方法用于无中心分布式感知、检测、判决、控制等应用场合获得网络全局状态共识，作为后续处理的条件和依据。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术将全网络节点的分布式共识方法优化到连通支配集中进行计算，故而减少了参与运算和信息交互的节点数量和信息交互量，降低了网络能耗，节省了频带资源。(2)本专利技术在利用连通支配集进行信息收集时，将邻居节点不重叠的划分给支配集节点，进而避免了信息冗余，保障算法能一轮迭代就计算得到稳定共识结果。一方面避免了原有算法全网络节点参与运算和信息传递时，信息冗余，收敛速度慢，节点能耗大，迭代次数多，网络频带资源紧张等问题。(3)由于本专利技术将全网络节点状态信息通过相邻的支配集节点进行非重叠收集，然后各支配集节点在连通支配集中相互分享收集的互不重叠状态信息，从而在各个支配集节点拼接出整个网络节点的状态信息的和值以及节点数量，然后通过计算即可获得稳定的共识结果。与原方法存在的收敛速度慢、收敛结果不稳定、收敛所需的迭代步数无法准确估计等问题相比，本专利技术能够通过一轮迭代准确得到稳定收敛结果的同时，减少了执行算法的节点量，避免了以往全网络信息交互的不必要的网络通信量，因此节约了节点能耗，提高了网络计算效率，有效降低网络延迟，实时性好。附图说明:图1是本专利技术的算法流程示意图；图2是本专利技术中12节点网络的拓扑结构和支配集节点分布示意图；图3是图2中各支配集节点及其独立附属邻居节点分布示意图；图4是本专利技术图3所示方案与现有技术的协作共识收敛情况比较图；图5是本专利技术中24节点网络的拓扑结构和支配集节点分布示意图；图6是图5中各支配集节点及其独立附属邻居节点分布示意图；图7是本专利技术图6所示方案与现有技术的协作共识收敛情况比较图；图8是网络节点数据采集处理示意图。具体实施方式：为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术做详细说明。实施例1：基于AdHoc对等网络中原有算法在信息扩散环节、迭代计算环节当网络节点个数很多、信息扩散路径很长时，会产生信息扩散速度慢、算法收敛速度慢、信息回环计算、节点运算量大、节点能耗高等问题，造成网络分布式共识过程效率低、能耗大、实时性差等缺点。以上的缺陷，影响了基于AdHoc对等网络无中心分布式共识方法的性能和应用范围，在情况恶劣时甚至会使算法失效。为此本专利技术经过反复的探索与创新，提出一种AdHoc对等网络无中心分布式快速共识方法，参见图1，本专利技术的共识过程包括有如下步骤：步骤1确定AdHoc网络的连通支配集：设有一个无中心AdHoc对等无线网络，在此对等无线网络中，节点A能够单跳到达节点B，则节点B单跳必然能够到达节点A，节点间的联接关系是无向的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ad Hoc对等网络无中心分布式快速共识方法，其特征在于，包括有如下步骤：步骤1确定Ad Hoc网络的连通支配集：设有一个无中心Ad Hoc对等无线网络，确定此Ad Hoc网络的连通支配集V′，假设在计算过程中网络拓扑结构不发生改变；步骤2划分独立附属邻居节点：将Ad Hoc对等无线网络中非支配节点不重复的划分给连通支配集V′的各节点k，作为其独立附属邻居节点；步骤3计算支配集节点及独立附属邻居节点的初始状态值和；步骤4在连通支配集上建立信息分享收敛模型，用该模型计算Ad Hoc对等无线网络共识收敛的结果；步骤5全网分享共识收敛结果：将网络共识收敛结果通过连通支配集分享给网络所有节点，作为整个网络分布式共识收敛的一致结果；步骤6判断：针对Ad Hoc对等网络拓扑结构判断，如果Ad Hoc对等网络拓扑结构在计算过程中未发生改变，此次Ad Hoc对等网络无中心分布式快速共识完成，此共识收敛一致结果用于无中心分布式感知、检测、判决、控制等应用场合获得网络全局状态共识，作为后续处理的条件和依据；如果Ad Hoc对等网络拓扑结构在计算过程中发生改变，则返回执行步骤1～5，重新进行Ad Hoc对等网络无中心分布式快速共识计算，直至Ad Hoc对等网络无中心分布式快速共识完成。...

【技术特征摘要】
1.一种AdHoc对等网络无中心分布式快速共识方法，其特征在于，包括有如下步骤：步骤1确定AdHoc网络的连通支配集：设有一个无中心AdHoc对等无线网络，确定此AdHoc网络的连通支配集V′，假设在计算过程中网络拓扑结构不发生改变；步骤2划分独立附属邻居节点：将AdHoc对等无线网络中非支配节点不重复的划分给连通支配集V′的各节点k，作为其独立附属邻居节点；步骤3计算支配集节点及独立附属邻居节点的初始状态值和；步骤4在连通支配集上建立信息分享收敛模型，用该模型计算AdHoc对等无线网络共识收敛的结果；步骤5全网分享共识收敛结果：将网络共识收敛结果通过连通支配集分享给网络所有节点，作为整个网络分布式共识收敛的一致结果；步骤6判断：针对AdHoc对等网络拓扑结构判断，如果AdHoc对等网络拓扑结构在计算过程中未发生改变，此次AdHoc对等网络无中心分布式快速共识完成，此共识收敛一致结果用于无中心分布式感知、检测、判决、控制等应用场合获得网络全局状态共识，作为后续处理的条件和依据；如果AdHoc对等网络拓扑结构在计算过程中发生改变，则返回执行步骤1～5，重新进行AdHoc对等网络无中心分布式快速共识计算，直至AdHoc对等网络无中心分布式快速共识完成。2.根据权利要求1所述的AdHoc对等网络无中心分布式快速共识方法，其特征在于，步骤3中支配集节点及独立附属邻居节点的初始状态值和的计算具体是：用状态变量xi表示网络节点i的初始状态值，对于连通支配集节点k，k＝1,...,|V′|，|V′|为支配集V′的节点数，支配集节点k的独立附属邻居表示为Fk，|Fk|表示支配集节点k的独立附属邻居数；各个支配集节点k执行计算：式中x'k表示支配集节点k及其独立附属邻居节点初始状态值的和。3.根据权利要求1所述的AdHoc对等网络无中...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆东，郭欢，曹丽霞，庞胜利，包志强，王军选，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61