一种具有小世界特征MANET的拓扑控制方法技术

一种具有小世界特征MANET的网络拓扑控制方法，其特征在于：所述具有小世界特征MANET是通过添加长连接的方式来实现的，该具有小世界特征MANET的网络拓扑控制包括：（1）采集任意时刻各节点的位置信息，通过所述位置信息构建单跳邻居节点信息表，通过所述单跳邻居节点信息表获得邻接矩阵，在所述邻接矩阵中统计单跳范围内的邻居节点信息；（2）确定信号传输半径的选取机制；（3）计算网络中各节点的聚类系数，然后遍历网络中的节点，在遍历过程中按照以下方法进行大功率启用：如果存在孤立节点，则将所述孤立节点优先启用大功率；如果不存在孤立节点，则判断是否存在孤岛现象，如果存在孤岛现象，则将孤岛中聚类系数最大的节点优先启用，如果不存在孤岛现象，则聚类系数大于阈值的节点优先启动大功率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有小世界特征MANET的拓扑控制方法
本专利技术涉及MANET的拓扑控制，具体地指一种具有小世界特征MANET的拓扑控制方法，属于无线通信网络领域。
技术介绍
MANET（MobileAdhocnetwork，节点具有移动性的Adhoc网络）拓扑控制主要研究的问题是：在满足网络覆盖度和连通性的前提下，采取有效的措施进行拓扑控制，形成优化的拓扑结构，改善网络的整体性能。如果没有拓扑控制，所有节点都会以最大无线传输功率工作。这种情况下会产生如下问题：节点能量消耗过快，降低网络生存周期；网络结构过于密集，影响通信质量；网络拓扑信息量大，路由计算复杂。因此，需要研究MANET的拓扑控制问题，通过调整节点的发射功率来获得优化的拓扑结构，能够节约能量，延长节点寿命，降低相互干扰，提高吞吐量。复杂网络作为一门新兴的热门学科，引起了许多专家学者的注意。小世界模型和无标度模型的提出在极大的推动复杂网络基本理论研究的同时，也给无线网络的研究打开了一个全新的思路。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述现有技术的而提供一种具有小世界特征MANET的拓扑控制方法，本方法结合复杂网络和MANET的相关特性，能够在保证网络连通性的情况下，找到最小的传输半径，提高能量的利用率。实现本专利技术目的采用的技术方案是：一种具有小世界特征MANET的网络拓扑控制方法，所述具有小世界特征MANET是通过添加长连接的方式来实现的，该具有小世界特征MANET的网络拓扑控制包括：（1）采集任意时刻各节点的位置信息，通过所述位置信息构建单跳邻居节点信息表，通过所述单跳邻居节点信息表获得邻接矩阵，在所述邻接矩阵中统计单跳范围内的邻居节点信息；（2）确定信号传输半径的选取机制；（3）计算网络中各节点的聚类系数，然后遍历网络中的节点，在遍历过程中按照以下方法进行大功率启用：如果存在孤立节点，则将所述孤立节点优先启用大功率；如果不存在孤立节点，则判断是否存在孤岛现象，如果存在孤岛现象，则将孤岛中聚类系数最大的节点优先启用，如果不存在孤岛现象，则聚类系数大于阈值的节点优先启动大功率。本专利技术方法具有以下优点：1、通过构建具有小世界特征的MANET，使无线网络具有较小的平均路径长度和较大的聚类系数，使网络具有较高的连通性，增强了网络的健壮性。2、本专利技术方法对于连通图，优化了网络的路由结构，减少路由代价；对于非连通图，使平均路径长度锐减，消除了网络的孤岛现象，提高了网络的连通性，网络的拓扑结构得到优化，有效地提高了网络的整体性能。3、本方法能够在保证网络连通性和覆盖度的前提下，提高能量利用率，延长网络生存周期，进而优化网络总体性能。附图说明图1为本专利技术具有小世界特征MANET的网络拓扑控制方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。本实施例首先分析MANET的复杂统计特性，以说明MANET具备小世界特征及无标度特性，即可利用多射频节点构建小世界MANET。MANET的复杂统计特性及无标度特性分析通过理论结合实验仿真进行分析，对MANET的平均路径长度、聚类系数和平均度以及度分布进行研究，具体步骤如下所示：（1）、确定实验仿真模型及其移动场景参数，选择节点个数、信号传输半径、仿真区域面积作为实验仿真变量。（2）、由于节点的随机移动，使得网络拓扑瞬时变化，针对网络的瞬时拓扑，随机选取网络仿真时刻。为了减少实验仿真误差，可随机选取多个时刻，研究其统计特性。（3）、确定节点的初始信号传输半径，根据节点的位置信息，计算节点间的相对距离。判断并记录节点间的连接系数，继而得到对应的邻接矩阵。（4）、将得到的邻接矩阵导入到MATLAB中，利用MATLAB分别计算平均路径长度、聚类系数、平均度的值，同时得到网络的度分布情况。此处可进行多个时刻的统计实验，记录对应时刻的参数值，通过取平均值以减小实验误差。（5）、针对平均路径长度和聚类系数的变化规律，对MANET的小世界特征进行分析；针对平均度和度分布的变化规律，对MANET的无标度特征进行分析。分析得出MANET具备小世界特征及无标度特性，因此，可以利用多射频节点构建小世界MANET。本实施例通过实验验证多射频节点构建小世界MANET的可行性。（1）确定三种实验仿真模型——随机网络、单射频无线网络、多射频无线网络，对应的实验仿真变量依次为连接概率、信号传输半径、长射频安装比例。（2）改变实验仿真变量，统计三个实验仿真模型的平均路径长度、平均度和最大路径长度的变化情况。（3）分析实验结果，对比随机网络和单射频无线网络的实验数据，对复杂网络和无线网络的差异性进行分析；对比单射频无线网络和多射频无线网络的实验数据，从而验证多射频节点构建小世界MANET的可行性。因此，本专利技术通过多射频节点构建小世界MANET，本实施例中，多射频节点构建小世界MANET是通过添加长连接的方式来实现的，即在网络中按照一定比例任意选取的节点加装比普通射频传输距离远的射频装置。如图1所示，本专利技术具有小世界特征MANET的网络拓扑控制方法，包括以下步骤：S100、信息采集，拓扑控制方法中首先要对网络的信息进行采集，记录网络中所有节点的位置信息，掌握任意时刻网络的拓扑信息，实现步骤如下：S101：MANET的移动模型是通过VisualC++编程实现的，节点在运动的过程中，各节点在任意时刻的位置信息通过数组存储。S102：设定节点的初始信号传输半径，在某一给定时刻，对于网络中任意节点i，如果节点j在节点i的信号传输半径范围之内，则节点j是节点i的邻居节点，互为邻居节点的任意两个节点可以进行直接通信。在全网范围内，依次统计所有节点的邻居节点，构建一跳邻居信息表。S103：根据一跳邻居信息表得到邻接矩阵。如果节点j是节点i的邻居节点，那么j→i的连接系数为1，否则为0。同样地，如果节点i是节点j的邻居节点，那么i→j的连接系数为1，否则为0。很显然，该邻接矩阵得到的瞬时网络拓扑图是一个有向图，互为邻居的节点之间才可以进行直接通信。S200、按照优先启用机制启用小世界MANET大功率射频的功率，具体包括以下步骤：S201、计算网络中各节点的聚类系数，遍历网络中的节点。S202、如果某节点无法搜索到邻居节点，即该节点为孤立节点，则将其优先启用大功率射频装置。S203、计算节点的聚类系数，并将拓扑控制前全网的聚类系数定为聚类系数阀值，该阀值通过各个节点的聚类系数求平均值得到。S204、如果网络中存在孤岛现象，则将孤岛现象中聚类系数最大的节点优先启用大功率射频装置。S205、如果网络全连通，则将聚类系数大于聚类系数阀值的节点优先启用大功率射频。S300、由于网络中节点的发射功率和信号传输半径是一个等价的概念，因此大功率射频的功率选取机制也就是信号传输半径的选取机制，本专利技术启用大功率射频的功率按照以下步骤进行选择。S301：在MANET中定义连通率，并确定移动场景：1）本实施例对随机网络的移动场景设置如下：节点个数为100，网络仿真区域面积为500m×500m，连接概率p取值依次是0.01、0.05、0.1、0.15、0.2。2）单射频无线网络和多射频无线网络选取RWP和RPGM移动模型进行实验。RWP的移动场景设置如下：仿真时间为700s，暂停时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有小世界特征MANET的网络拓扑控制方法，其特征在于：所述具有小世界特征MANET是通过添加长连接的方式来实现的，该具有小世界特征MANET的网络拓扑控制包括：（1）采集任意时刻各节点的位置信息，通过所述位置信息构建单跳邻居节点信息表，通过所述单跳邻居节点信息表获得邻接矩阵，在所述邻接矩阵中统计单跳范围内的邻居节点信息；（2）确定信号传输半径的选取机制；（3）计算网络中各节点的聚类系数，然后遍历网络中的节点，在遍历过程中按照以下方法进行大功率启用：如果存在孤立节点，则将所述孤立节点优先启用大功率；如果不存在孤立节点，则判断是否存在孤岛现象，如果存在孤岛现象，则将孤岛中聚类系数最大的节点优先启用，如果不存在孤岛现象，则聚类系数大于阈值的节点优先启动大功率。

【技术特征摘要】
1.一种具有小世界特征MANET的网络拓扑控制方法，其特征在于：所述具有小世界特征MANET是通过添加长连接的方式来实现的，该具有小世界特征MANET的网络拓扑控制包括：(1)采集任意时刻各节点的位置信息，通过所述位置信息构建单跳邻居节点信息表，通过所述单跳邻居节点信息表获得邻接矩阵，在所述邻接矩阵中统计单跳范围内的邻居节点信息；具体包括：(1.1)节点在运动的过程中，各节点在任意时刻的位置信息通过数组存储；(1.2)设定节点的初始信号传输半径，在某一给定时刻，对于网络中任意节点i，如果节点j在节点i的信号传输半径范围之内，则节点j是节点i的邻居节点，互为邻居节点的任意两个节点可以进行直接通信，在全网范围内，依次统计所有节点的邻居节点，构建一跳邻居信息表；(1.3)根据一跳邻居信息表得到邻接矩阵，如果节点j是节点i的邻居节点，那么j→i的连接系数为1，否则为0；如果节点i是节点j的邻居节点，那么i→j的连接系数为1，否则为0；(2)计算网络中各节点的聚类系数，然后遍历网络中的节点，在遍历过程中按照以下方法进行大功率启用：如果存在孤立节点，则将所述孤立节点优先启用大功率；如果不存在孤立节点，则判断是否存在孤岛现象，如果存在孤岛现象，则将孤岛中聚类系...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜昕，陈辉，李沙沙，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：