一种基于无线有损网络降低构建开销的拓扑控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于无线有损网络有效降低构建开销的拓扑控制方法，无线有损网络中任一网络节点u均执行如下步骤：1）根据用户要求设定无线有损网络的伸展因子t；2）获取节点u的最大发射功率链路数据集TABmaxu；3）更改节点u的发射功率广播探测包；4）将节点u的邻接链路数据集H和最短路径集合PATH初始化为空；5）获得当前发射功率链路数据集TABku；6）更新邻接链路数据集H；7）更新最短路径集合PATH；8）从步骤7获得的最短路径集合中依次为每条链路找到替代路径，从而确定节点u在无线有损网络中的发射功率；有效降低无线有损网络环境下拓扑构建的通信开销与时间开销；同时有效降低网络节点平均发射功率等级。
【专利说明】一种基于无线有损网络降低构建开销的拓扑控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机网络应用和无线网络拓扑控制技术，涉及一种无线有损网络的拓扑控制技术，特别涉及一种基于无线有损网络有效降低构建开销的拓扑控制方法。
【背景技术】
[0002]随着无线网络技术的发展以及具有感知和通信能力的微电子器件成本的大幅降低，万物互联正在悄然形成。无线节点间的通信在“通”和“断”之间，通常存在一个“过渡”区。在这个区域，无线节点间的通信以一定的概率连通。直观表现在发射源对同一数据包要发送多次才能成功，这将额外消耗节点的能量。拓扑控制是试图降低节点发射功率而同时能维持所期望的拓扑属性的关键技术，简单地说，它能为节点确定一个合适的发射功率。无线网络中的有损链路普遍存在，而考虑有损链路的拓扑控制方法却不多见。传统的基于“通”与“断”条件下的拓扑控制方法用于无线有损链路环境下，会使得对“通”与“断”的定义很不统一，如连通概率多大算“通”;相反，直接使用连通概率作为链路权值则比较方便。
[0003]CTC算法(参见参考文献[I])属于典型的无线有损网络拓扑控制方法，该算法将链路连通概率转换成在链路上成功传输特定长度数据包所需要的最少传输次数，并将其作为链路权值。在此基础上，给出了传输次数伸展因子DTC(Dilation of TransmissionCount)的概念，即网络中任意一对节点在拓扑控制方法执行后形成的拓扑上的最短路径权值与原始拓扑(即网络中所有节点都采用最大发射功率等级时形成的拓扑)上同一对节点间的最短路径权值之间都有一个比值，而在这些比值中，最大的那个比值即为DTC。DTC给出了该链路权值作为拓扑性能指标，其性能与最优值之间的最大差距。
[0004]CTC算法是一组局部搜索算法，其基本思想是，网络中每个节点都独立运行CTC，而运行该算法的节点以其I跳邻域内的每个节点为参数，依次调用函数LabelSet(V)(该函数的参数V为执行节点的I跳邻域内的一个节点)来确定其该采用的发射功率级别，最终确定的发射功率要能满足其I跳邻域内所有节点的要求。节点的I跳邻域是指该节点与其邻居节点以及这些节点间存在的通信链路所形成的区域。
[0005]LabelSet (v)基本思想是,调用该函数的节点,对节点V在最大发射功率级别下的每条链路，在其2跳邻域内搜索DTC值不超过预先给定的DTC上界值的替代路径，并在满足要求的替代路径中，选择具有最小发射功率度量值的替代路径以替换该链路，然后通过检查自身是否在替代路径上以及该路径对其功率的要求是否大于当前采用功率来决定是否需要更新其发射功率，若大于，则更新其当前采用的发射功率。节点的2跳邻域是指该节点和其所有邻居节点的I跳邻域所组成的区域。
[0006]CTC算法能够通过调整DTC上界值、替代路径长度等参数来取得替代路径质量与搜索开销之间的折中。然而CTC算法需要将其2跳范围内所有功率等级下的链路权值作为其输入参数之一，这显然增大了其搜索到合适发射功率的时间开销，而2跳范围内所有发射功率等级下的链路权值的取得也需要很大的通信开销。CTC算法存在的具体问题如下:
[0007](I )CTC算法假设存在某种算法，能为每个节点求得其2跳范围内所有发射功率等级下的链路权值。但实际上，尚未发现这样一种算法的具体描述。另外，简单地对重传次数进行统计可以很容易获得链路(例如U — V)所采用的Rl^i (即含义是节点U采用第i级功率向节点V发送同一数据包，被节点V成功收到时所需最少传输次数)，而用这个指标来度量该链路传输质量并不总是合理的。例如，Ru，v，i=3，可能是前2次数据包在从u到V的传输过程中出错，第3次成功；也可能是前2次数据包的确认包在从V到u的传输过程中出错，第3次成功。尽管两种情况下Rl^i的值相同，但显然前者的链路质量比后者差。有些研究将链路正反方向的传输成功率乘积的倒数作为链路质量的度量，这显然忽略了链路正反方向存在的传输质量差异。
[0008](2)节点的发射功率等级很多，一些产品达30余级，估算全部发射功率等级下的链路质量，计算代价、消息开销、存储代价等过大，而且也会增大求解合适发射功率的搜索空间、增加时间开销。
[0009](3)采用被动监听的方式，虽然可以节省开销，但是实际未必可行。一是难以保证及时估算动态变化的链路质量；二是难以得到所有发射功率等级下的链路质量，因为节点不太可能对其所有发射功率等级都使用一遍。
[0010]因此，急需提出一种应对上述问题的新拓扑控制方法。
【发明内容】
[0011]本发明提出的一种基于无线有损网络有效降低构建开销的拓扑控制方法，其目的在于克服现有技术搜索空间大、拓扑构建时间长以及通信开销大等问题。
[0012]一种基于无线有损网络降低构建开销的拓扑控制方法，无线有损网络中任一网络节点U均执行如下步骤:
[0013]步骤1:根据用户要求设定无线有损网络的伸展因子t，t的取值范围是大于I且小于6的整数；`
[0014]步骤2:获取节点u的最大发射功率链路数据集TABmaxu ；
[0015]以节点u的最大发射功率Pmaxu广播探测包，节点u接收该探测包的响应包获得节点u的邻居节点ID以及节点u与邻居节点之间的链路权值，同时将节点u的邻居节点ID以及节点u与邻居节点之间的链路权值保存于节点u的最大发射功率链路数据集TABmaxu中，邻居节点ID为邻居节点的唯一标识符，表示节点身份；
[0016]步骤3:更改节点u的发射功率广播探测包；
[0017]即更换节点u的发射功率，与上一次的发射功率不同；
[0018]步骤4:将节点u的邻接链路数据集H和最短路径集合PATH初始化为空；
[0019]其中，节点u的邻接链路数据集H用于保存节点u的ID、节点u的邻居节点ID以及所有保存的邻居节点之间的链路权值；
[0020]即保存了任意两个邻居节点之间的链路权值；
[0021 ] 节点u的最短路径集合PATH是指用于保存节点u到邻接链路数据集H中除节点u本身之外的每个节点的最短路径；
[0022]步骤5:获得当前发射功率链路数据集TABku ；
[0023]节点u接收步骤3广播探测包的响应包，获得节点u的邻居节点ID以及邻居节点之间的链路权值，并保存于节点u的当前发射功率链路数据集TABku中，其中，k表示节点u使用第k级发射功率广播探测包；
[0024]步骤6:更新邻接链路数据集H ；
[0025]节点u与在节点u的I跳邻域内的邻居节点通过交换进行信息共享，将节点u所在的I跳邻域内的所有节点之间的链路权值保存在邻接链路数据集H中；
[0026]步骤7:更新最短路径集合PATH ；
[0027]依据步骤6获得的邻接链路数据集H构建链路结构图，利用Dijkstra算法将求得的节点u到链路结构图上的其他每个节点的最短路径保存在最短路径集合PATH中；
[0028]步骤8:针对最大发射功率链路数据集TABmaxu中的每条链路，依次从步骤7获得的最短路径集合PATH中寻找路径起始节点与该链路起始节点相同的路径作为其替代路径；
[0029]若该替代路径上的链路权值之和大于当前链路的链路权值的t倍，则返回步骤3 ；
[0030]若该替代路径上的链路权值之和小于或等于当前链路的链路权值的t倍，则以步骤3确定的节点发射功率作为节点u在无线有损网络中的发射功率。
[0031]网络中所有节点通过上述步骤可以较快地从其可选的众多发射功率级别中确定其合适的发射功率,从而形成了整个网络拓扑。
[0032]所述节点先广播探测包，然后通过接收该探测包的响应包来获得节点U的邻居节点以及与邻居节点之间的链路权值的具体步骤如下:
[0033]步骤a:设定网络应用中所能容忍的节点数据重传次数T，并将用于计算链路权值的变量R和记录循环体执行次数的变量i初始化为0，接收数据集Su，当前发射功率链路数据集TABku,邻居节点列表NEIulist分别初始化为空；
[0034]其中，R用于记录节点u以广播方式发送邻居发现消息包的轮次，i表示节点u执行循环体的次数，Su用于记录节点u成功收到的邻居节点发送的同一个发现消息包的次数以及该邻居节点ID, NEIulist为节点u的邻居节点列表,用于记录节点u已经发现的相邻居点名称，数据集TABku用于记录节点u选用发射功率k广播探测包获得的与邻居节点之间的链路权值；
[0035]步骤b:判断计算变量i是否等于T，如果是，则结束所有操作；否则，进入步骤c ;
[0036]步骤c:节点u将变量R增大1，并使用发射功率Pku以广播方式发送发现消息包[TYPEndm, IDu, NEIulist]，同时启动定时器 th ；
[0037]R用于记录节点u以广播方式发送邻居发现消息包的轮次即指用来计算节点u与邻居节点之间的链路权值，比如，在响应包不出错的情况下，当R=I时，若节点u成功收到邻居节点对它探测包的响应包，则节点u认为与邻居节点的链路权值是I ;然后，在变量i的值未超过T时，节点u会继续发同样的探测包，因此R就会增加到2，这时若又有邻居节点的响应包被节点u成功收到，则节点u认为与这个或这些邻居间的链路权值是2 ；
[0038]步骤d:判断定时器th是否超时，若未超时，则进入步骤e，否则，将变量i的值加I后返回步骤b ；
[0039]定时器th是网络节点从广播发现消息包开始到正常接收相应响应包的时间，为每个节点的固有属性；
[0040]步骤e:若节点u成功接收到来自节点V广播的发现消息包[TYPEndm, IDv, NEIvlisJ且节点u尚不在节点V的相邻节点列表NEIvlist中，则执行步骤f，否则，进入步骤g ；
[0041]步骤f:判断节点V是否存在于节点u的接收数据集Su中；[0042]若节点V不存在于节点U的接收数据集Su中:
[0043]将节点u对节点V的响应次数COUv置为1，并将[IDV，COUv]加入Su中；接着节点U使用发射功率Pku向节点V发送响应消息包[TYPEmm，IDv, IDu, COUJ ；
[0044]否则，若节点V已存在接收节点u的接收数据集Su中:
[0045]将节点u对节点V的响应次数COUv增大I ;接着节点u使用发射功率Pku向节点V发送响应消息包[TYPEnrm, IDv, IDu, COUJ ；
[0046]COUv是一个记录响应次数的变量,下标V表示被响应的对象,指节点u对节点V发送的同一个发现消息包的响应次数；
[0047]步骤g:若节点U成功收到来自节点V发送的邻居响应消息包[TYPEnrm, IDu, IDv, COUJ，则将链路权值变量赋值为R_C0UU+1，并将链路[u，v, Ru；v；k]和节点v分别加入到数据集TABku和NEIulist中；
[0048]其中，所述发现消息包[TYPEndm, IDu, NEIulisJ中三个字段的含义分别是包类型为发现消息包、发送节点标识、发送节点已知的相邻节点列表；
[0049]所述响应消息包[TYPE_ IDu, IDv, COUu]中四个字段的含义分别是包类型为响应消息包、接收节点U标识、发送节点V标识、节点V对节点U发送的同一个发现消息包的响应次数，其中被响应对象为节点U。
[0050]所述步骤3中更改节点u的发射功率广播探测包的更改方法包括以下三种:
[0051]I)逐级更改发射功率广播探测包:
[0052]从最低发射功率开始广播探测包,往后每次增加一级发射功率；
[0053]2)加倍更改发射功率广播探测包:
[0054]首先从最低发射功率开始广播探测包，往后以前一次发射功率的两倍广播探测包，当发射功率到达设定的阈值时，接着逐级增加发射功率广播探测包；
[0055]所述阈值为发射功率的中间等级发射功率；
[0056]3)折半更改发射功率广播探测包:
[0057]首先，从节点的发射功率等级范围的中间级别发射功率开始广播探测包，若每条链路满足预定约束条件，则寻找是否存在更小的节点发射功率，如果不存在，则以前一个满足预定约束条件下的节点发射功率作为待确定的节点发射功率；否则，则继续在高一半的搜索范围内以相同的方式折半搜索；
[0058]所述预定约束是指，对每条链路，其替代路径上链路权值之和都小于或等于该链路的链路权值的t倍，t是指伸展因子。
[0059]有益效果
[0060]本发明提出的一种基于无线有损网络有效降低构建开销的拓扑控制方法，不同于现有方法采用的局部穷尽搜索方式来确定合适的节点发射功率，我们采用逐级增大(或翻倍逐级增大、或折半确定)发射功率的搜索方式，若满足约束条件，则停止搜索，因此，不必穷尽局部范围的所有可能结果，更不必事先求得节点所有功率等级下的链路权值。
[0061]本发明的有益效果具体体现在以下几个方面:
[0062]I)本发明能够有效降低无线有损网络环境下拓扑构建的通信开销与时间开销；
[0063]2)本发明能够有效降低网络节点平均发射功率等级；
[0064]3)本发明构建的网络拓扑在常见使用条件下的平均剩余能量偏差更小，因而网络 寿命更长。
【专利附图】
【附图说明】
[0065]图1为3种方法的平均发射功率随应用要求的伸展因子改变的变化趋势图；
[0066]图2为3种方法的平均端到端延时随应用要求的伸展因子改变的变化趋势图；
[0067]图3为3种方法的平均投递成功率随应用要求的伸展因子改变的变化趋势图；
[0068]图4为3种方法的总能量消耗随应用要求的伸展因子改变的变化趋势图；
[0069]图5为3种方法的剩余能量均方差随应用要求的伸展因子改变的变化趋势图；
[0070]图6为3种方法的平均测量的伸展因子随应用要求的伸展因子改变的变化趋势图；
[0071]图7为3种方法的平均发射功率随节点密度改变的变化趋势图；
[0072]图8为3种方法的平均端到端延时随节点密度改变的变化趋势图；
[0073]图9为3种方法的平均投递成功率随节点密度改变的变化趋势图；
[0074]图10为3种方法的总能量消耗随节点密度改变的变化趋势图；
[0075]图11为3种方法的剩余能量均方差随节点密度改变的变化趋势图；
[0076]图12为3种方法的平均测量的伸展因子随节点密度改变的变化趋势图；
[0077]图13为3种方法的总能量消耗随发射源节点数量改变的变化趋势图；
[0078]图14为3种方法的剩余能量均方差随发射源节点数量改变的变化趋势图；
[0079]其中，所述3种方法分别为本发明提出的LTCAL-node以及参考文献[I]中的两种典型方法 CTC-node-ms 与 CTC-node-mm。
【具体实施方式】
[0080]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0081]一种基于无线有损网络降低构建开销的拓扑控制方法，无线有损网络中任一网络节点u均执行如下步骤:
[0082]步骤1:根据用户要求设定无线有损网络的伸展因子t，t的取值范围是大于I且小于6的整数；
[0083]步骤2:获取节点u的最大发射功率链路数据集TABmaxu ；
[0084]以节点u的最大发射功率Pmaxu广播探测包，节点u接收该探测包的响应包获得节点u的邻居节点ID以及节点u与邻居节点之间的链路权值，同时将节点u的邻居节点ID以及节点u与邻居节点之间的链路权值保存于节点u的最大发射功率链路数据集TABmaxu中，邻居节点ID为邻居节点的唯一标识符，表示节点身份；
[0085]步骤3:更改节点u的发射功率广播探测包；
[0086]即更换节点u的发射功率，与上一次的发射功率不同；
[0087]步骤4:将节点u的邻接链路数据集H和最短路径集合PATH初始化为空；
[0088]其中，节点u的邻接链路数据集H用于保存节点u的ID、节点u的邻居节点ID以及所有保存的邻居节点之间的链路权值；
[0089]即保存了任意两个邻居节点之间的链路权值；
[0090]节点u的最短路径集合PATH是指用于保存节点u到邻接链路数据集H中除节点U本身之外的每个节点的最短路径；
[0091]步骤5:获得当前发射功率链路数据集TABku ；
[0092]节点u接收步骤3广播探测包的响应包，获得节点u的邻居节点ID以及邻居节点之间的链路权值，并保存于节点u的当前发射功率链路数据集TABku中，其中，k表示节点u使用第k级发射功率广播探测包；
[0093]步骤6:更新邻接链路数据集H ；
[0094]节点u与在节点u的I跳邻域内的邻居节点通过交换进行信息共享，将节点u所在的I跳邻域内的所有节点之间的链路权值保存在邻接链路数据集H中；
[0095]步骤7:更新最短路径集合PATH ；
[0096]依据步骤6获得的邻接链路数据集H构建链路结构图，利用Dijkstra算法将求得的节点u到链路结构图上的其他每个节点的最短路径保存在最短路径集合PATH中；
[0097]步骤8:针对最大发射功率链路数据集TABmaxu中的每条链路，依次从步骤7获得的最短路径集合PATH中寻找路径起始节点与该链路起始节点相同的路径作为其替代路径；
[0098]若该替代路径上的链路权值之和大于当前链路的链路权值的t倍，则返回步骤3 ；
[0099]若该替代路径上的链路权值之和小于或等于当前链路的链路权值的t倍，则以步骤3确定的节点发射功率作为节点u在无线有损网络中的发射功率。
[0100]网络中所有节点通过上述步骤可以较快地从其可选的众多发射功率级别中确定其合适的发射功率,从而形成了整个网络拓扑。
[0101]所述节点先广播探测包，然后通过接收该探测包的响应包来获得节点U的邻居节点以及与邻居节点之间的链路权值的具体步骤如下:
[0102]步骤a:设定网络应用中所能容忍的节点数据重传次数T，并将用于计算链路权值的变量R和记录循环体执行次数的变量i初始化为0，接收数据集Su，当前发射功率链路数据集TABku,邻居节点列表NEIulist分别初始化为空；
[0103]其中，R用于记录节点u以广播方式发送邻居发现消息包的轮次，i表示节点u执行循环体的次数，Su用于记录节点u成功收到的邻居节点发送的同一个发现消息包的次数以及该邻居节点ID, NEIulist为节点u的邻居节点列表,用于记录节点u已经发现的相邻居点名称，数据集TABku用于记录节点u选用发射功率k广播探测包获得的与邻居节点之间的链路权值；
[0104]步骤b:判断计算变量i是否等于T，如果是，则结束所有操作；否则，进入步骤c ;
[0105]步骤c:节点u将变量R增大1，并使用发射功率Pku以广播方式发送发现消息包[TYPEndm, IDu, NEIulist]，同时启动定时器 th ；
[0106]R用于记录节点u以广播方式发送邻居发现消息包的轮次即指用来计算节点u与邻居节点之间的链路权值，比如，在响应包不出错的情况下，当R=I时，若节点u成功收到邻居节点对它探测包的响应包，则节点u认为与邻居节点的链路权值是I ;然后，在变量i的值未超过T时，节点u会继续发同样的探测包，因此R就会增加到2，这时若又有邻居节点的响应包被节点u成功收到，则节点u认为与这个或这些邻居间的链路权值是2 ；
[0107]步骤d:判断定时器th是否超时，若未超时，则进入步骤e，否则，将变量i的值加I后返回步骤b ；
[0108]定时器th是网络节点从广播发现消息包开始到正常接收相应响应包的时间，为每个节点的固有属性；
[0109]步骤e:若节点u成功接收到来自节点V广播的发现消息包[TYPEndm, IDv, NEIvlisJ且节点u尚不在节点V的相邻节点列表NEIvlist中，则执行步骤f，否则，进入步骤g ；
[0110]步骤f:判断节点V是否存在于节点u的接收数据集Su中；
[0111]若节点V不存在于节点u的接收数据集Su中:
[0112]将节点u对节点V的响应次数COUv置为1，并将[IDV，COUv]加入Su中；接着节点U使用发射功率Pku向节点V发送响应消息包[TYPEmm，IDv, IDu, COUJ ；
[0113]否则,若节点V已存在接收节点u的接收数据集Su中:
[0114]将节点U对节点V的响应次数COUv增大I ;接着节点u使用发射功率Pku向节点V发送响应消息包[TYPEnrm, IDv, IDu, COUJ ；
[0115]COUv是一个记录响应次数的变量,下标V表示被响应的对象,指节点u对节点V发送的同一个发现消息包的响应次数；
[0116]步骤g:若节点U成功收到来自节点V发送的邻居响应消息包[TYPEnrm, IDu, IDv, COUJ，则将链路权值变量赋值为R_C0UU+1，并将链路[u，v, Ru；v；k]和节点v分别加入到数据集TABku和NEIulist中；
[0117]其中，所述发现消息包[TYPEndm, IDu, NEIulisJ中三个字段的含义分别是包类型为发现消息包、发送节点标识、发送节点已知的相邻节点列表；
[0118]所述响应消息包[TYPE_ IDu, IDv, COUu]中四个字段的含义分别是包类型为响应消息包、接收节点U标识、发送节点V标识、节点V对节点U发送的同一个发现消息包的响应次数，其中被响应对象为节点U。
[0119]所述步骤3中更改节点u的发射功率广播探测包的更改方法包括以下三种:
[0120]I)逐级更改发射功率广播探测包:
[0121]从最低发射功率开始广播探测包,往后每次增加一级发射功率；
[0122]2)加倍更改发射功率广播探测包:
[0123]首先从最低发射功率开始广播探测包，往后以前一次发射功率的两倍广播探测包，当发射功率到达设定的阈值时，接着逐级增加发射功率广播探测包；
[0124]所述阈值为发射功率的中间等级发射功率；
[0125]3)折半更改发射功率广播探测包:
[0126]首先，从节点的发射功率等级范围的中间级别发射功率开始广播探测包，若每条链路满足预定约束条件，则寻找是否存在更小的节点发射功率，如果不存在，则以前一个满足预定约束条件下的节点发射功率作为待确定的节点发射功率；否则，则继续在高一半的搜索范围内以相同的方式折半搜索；
[0127]所述预定约束是指，对每条链路，其替代路径上链路权值之和都小于或等于该链路的链路权值的t倍，t是指伸展因子。
[0128]首先简单介绍一下进行比较的3种基于无线有损网络的拓扑控制方法:
[0129]l)LTCAL-node:该方法仅为每个节点维持一个能够覆盖其最远邻居且满足应用要求的伸展因子约束的发射功率。任一节点在其I跳邻域范围内构建到其它所有邻域节点的最短路径，并将路径上与自己相邻的节点作为拓扑控制后的邻居。路径权值是路径上所有链路权值的累加。该方法采取逐级增大(或翻倍逐级增大、或折半确定)发射功率的方式确定满足伸展因子约束条件的适合发射功率。若存在不满足应用要求的伸展因子约束的最短路径，则增大一级发射功率，依次类推，直至满足约束要求。具体算法描述见前述。
[0130]2) CTC-node-ms:该方法的基本思想是，运行该方法的节点在其2跳邻域内，为其每个邻域节点计算能替换其每条最大功率链路的替换路径，要求替换路径长度不超过d跳(在实施例中d取3)且满足应用要求的伸展因子约束。在满足这些要求的替换路径中，选择路径上链路起始节点发射功率累加和最小的替换路径。若运行该方法的节点被包括在替换路径上，则根据该路径对该节点的功率要求更新其发射功率。若要求的功率值大于当前功率，则更新。
[0131]3) CTC-node-mm:除了采用路径上最大权值链路的权值作为路径权值外，其它与CTC-node-ms 相同。
[0132]比较的性能参数描述如下:
[0133]I)平均发射功率:是指在拓扑控制算法执行后，网络中所有节点确定采纳的发射功率的均值。对任一节点u来说，其确定采纳的发射功率记作Pu。全网均值由
【权利要求】
1.一种基于无线有损网络降低构建开销的拓扑控制方法，其特征在于，无线有损网络中任一网络节点U均执行如下步骤: 步骤1:根据用户要求设定无线有损网络的伸展因子t，t的取值范围是大于I且小于6的整数； 步骤2:获取节点u的最大发射功率链路数据集TABmaxu ； 以节点u的最大发射功率Pmaxu广播探测包，节点u接收该探测包的响应包获得节点u的邻居节点ID以及节点u与邻居节点之间的链路权值，同时将节点u的邻居节点ID以及节点u与邻居节点之间的链路权值保存于节点u的最大发射功率链路数据集TABmaxu中，邻居节点ID为邻居节点的唯一标识符，表示节点身份； 步骤3:更改节点u的发射功率广播探测包； 步骤4:将节点u的邻接链路数据集H和最短路径集合PATH初始化为空； 其中，节点u的邻接链路数据集H用于保存节点u的ID、节点u的邻居节点ID以及所有保存的邻居节点之间的链路权值； 节点u的最短路径集合PATH是指用于保存节点u到邻接链路数据集H中除节点u本身之外的每个节点的最短路径； 步骤5:获得当前发射功率链路数据集TABku ； 节点u接收步骤3广播探测包的响应包，获得节点u的邻居节点ID以及邻居节点之间的链路权值，并保存于节点`u的当前发射功率链路数据集TABku中，其中，k表示节点u使用第k级发射功率广播探测包； 步骤6:更新邻接链路数据集H ； 节点u与在节点u的I跳邻域内的邻居节点通过交换进行信息共享，将节点u所在的I跳邻域内的所有节点之间的链路权值保存在邻接链路数据集H中； 步骤7:更新最短路径集合PATH ； 依据步骤6获得的邻接链路数据集H构建链路结构图，利用Dijkstra算法将求得的节点u到链路结构图上的其他每个节点的最短路径保存在最短路径集合PATH中； 步骤8:针对最大发射功率链路数据集TABmaxu中的每条链路，依次从步骤7获得的最短路径集合PATH中寻找路径起始节点与该链路起始节点相同的路径作为其替代路径； 若该替代路径上的链路权值之和大于当前链路的链路权值的t倍，则返回步骤3 ；若该替代路径上的链路权值之和小于或等于当前链路的链路权值的t倍，则以步骤3确定的节点发射功率作为节点u在无线有损网络中的发射功率。
2.根据权利要求1所述的基于无线有损网络降低构建开销的拓扑控制方法，其特征在于，所述节点先广播探测包，然后通过接收该探测包的响应包来获得节点u的邻居节点以及与邻居节点之间的链路权值的具体步骤如下: 步骤a:设定网络应用中所能容忍的节点数据重传次数T，并将用于计算链路权值的变量R和记录循环体执行次数的变量i初始化为O，接收数据集Su，当前发射功率链路数据集TABku,邻居节点列表NEIulist分别初始化为空； 其中，R用于记录节点u以广播方式发送邻居发现消息包的轮次，i表示节点u执行循环体的次数，Su用于记录节点u成功收到的邻居节点发送的同一个发现消息包的次数以及该邻居节点ID, NEIulist为节点u的邻居节点列表,用于记录节点u已经发现的相邻居点名称，数据集TABku用于记录节点u选用发射功率k广播探测包获得的与邻居节点之间的链路权值； 步骤b:判断计算变量i是否等于T，如果是，则结束所有操作；否则，进入步骤c ； 步骤c:节点u将变量R增大1，并使用发射功率Pku以广播方式发送发现消息包[TYPEndm, IDu, NEIulisJ，同时启动定时器 th ； 步骤d:判断定时器th是否超时，若未超时，则进入步骤e，否则，将变量i的值加I后返回步骤b; 步骤e:若节点u成功接收到来自节点V广播的发现消息包[TYPEndm, IDv, NEIvlisJ且节点u尚不在节点V的相邻节点列表NEIvlist中，则执行步骤f，否则，进入步骤g ； 步骤f:判断节点V是否存在于节点u的接收数据集Su中； 若节点V不存在于节点u的接收数据集Su中: 将节点u对节点V的响应次数COUv置为1，并将[IDV，COUJ加入Su中；接着节点u使用发射功率Pku向节点V发送响应消息包[TYPE_ IDv, IDu, COUJ ； 否则，若节点V已存在接收节点u的接收数据集Su中: 将节点u对节点V的响应次数COUv增大I ;接着节点u使用发射功率pku向节点V发送响应消息包[TYPEnrm, IDv, IDu, COUJ ； COUv是一个记录响应次数的变量,下标V表示被响应的对象，指节点U对节点V发送的同一个发现消息包的响应次数；` 步骤g:若节点u成功收到来自节点V发送的邻居响应消息包[TYPEnrm, IDu, IDv, COUJ，则将链路权值变量赋值为R-C0UU+1，并将链路[U，V, Ru；v；k]和节点V分别加入到数据集TABku和 NEIulist 中； 其中，所述发现消息包[TYPEndffl, IDu, NEIulisJ中三个字段的含义分别是包类型为发现消息包、发送节点标识、发送节点已知的相邻节点列表； 所述响应消息包[TYPEmm，IDu, IDv, COUJ中四个字段的含义分别是包类型为响应消息包、接收节点U标识、发送节点V标识、节点V对节点U发送的同一个发现消息包的响应次数，其中被响应对象为节点U。
3.根据权利要求1或2所述的基于无线有损网络降低构建开销的拓扑控制方法，其特征在于，所述步骤3中更改节点u的发射功率广播探测包的更改方法包括以下三种: 1)逐级更改发射功率广播探测包: 从最低发射功率开始广播探测包,往后每次增加一级发射功率； 2)加倍更改发射功率广播探测包: 首先从最低发射功率开始广播探测包，往后以前一次发射功率的两倍广播探测包，当发射功率到达设定的阈值时，接着逐级增加发射功率广播探测包； 所述阈值为发射功率的中间等级发射功率； 3)折半更改发射功率广播探测包: 首先，从节点的发射功率等级范围的中间级别发射功率开始广播探测包，若每条链路满足预定约束条件，则寻找是否存在更小的节点发射功率，如果不存在，则以前一个满足预定约束条件下的节点发射功率作为待确定的节点发射功率；否则，则继续在高一半的搜索范围内以相同的方式折半搜索；所述预定约束是指，对每条链路，其替代路径上链路权值之和都小于或等于该链路的链路权值的t倍，t是指伸展因子。`
【文档编号】H04W28/16GK103826266SQ201410114402
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】桂劲松 申请人:中南大学