本发明提供了一种提高无线自组网容量的方法,通过收集自组织网络节点的邻近信息、建立自组织网络的拓扑结构子图、获得业务的传输距离并进行最优广播,以及获得传输信号的传输功率等步骤,实现对网络资源的高效利用。
1.一种提高自组织网络容量的方法,解决无线自组网业务高效传输问题,包括如下步骤:xa0A、收集自组织网络节点的邻近信息,具体为首先每个自组织网络节点u发送hello报文,节点u从接收到的hello报文中获得邻近节点的信息,节点u通过对最大传输节点的计算获得初始网络拓扑结构,自组织网络中的每一个节点u使用最大传输距离广播hello报文,其中hello报文包括节点u的位置和相应的唯一标识信息id(u),令P_max为最大传输功率,则最大传输距离为d_max=(gP_max/P_rx)^1/l,其中P_rx为信号接收功率,g为天线增益,l为路径损耗系数,令G(V,E)为初始网络拓扑结构,其中V为节点集合,E={(u,v)|d(u,v)≤d_max,u,v∈V};xa0B、建立自组织网络的拓扑结构子图,具体为节点u设置其周围辐射角为θ的扇形非无线信号覆盖区域集合,节点u为每一个扇形区域建立一个生成子图,令xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="198"/>为节点u的最小生成树的最大数目,φ_i={θ_i|(i-1)·θ≤θ_i<i·θ},1≤i≤T为角度距离,对于边(u,v),其权重函数为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>则自组织网络拓扑结构为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="562"/>为局部拓扑结构,对于任意的节点对v₁,v₂∈N(u),则v₁,v₂在xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="562"/>内可直接进行信息交换,若对用任意节点u,v∈V(G),当d(u,v)≤d_max时,节点u,v为直连节点对;xa0C、获得业务的传输距离,并进行最优广播,具体为节点u在每一个生成图的邻近节点间计算传输距离,并使用每个扇区保存的邻近信息,设置足够的广播距离使信号能达到最远的邻近节点;xa0D、获得传输信号的传输功率,具体为获得传输信号的传输功率子步骤为:a.计算传输信号的热噪声节点功率P_noise,信号的理想传输功率节点P_TX,信号的接收功率PRX;b.通过规则ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="227"/>获得信号增益;c.通过规则xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>获得信号的平均增益,其中ω为权重xa0系数;d.通过规则ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>获得网络系统的平均干扰;f.当节点u获得最小传输功率时,使用规则ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="302"/>进行节点传输功率调整;g.使用规则ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="408"/>获得链路的瞬时信噪比sinr_inst,若xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="494"/>则验证ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="352"/>和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="345"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="66"/>为链路k的平均干扰值,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="93"/>为链路k的平均增益,P_CS为感知接入门限。xa0技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,特别是无线传输和网络拓扑结构。xa0
背景技术
由于无线通信中的一个重要特征是其物理传输信道会造成用户之间同频干扰和相邻信道干扰的问题。对基于共享介质的多跳无线网络,多个节点同时发送数据可能会造成彼此之间的冲突和干扰,节点之间需要以分时协作的方式共享信道,协作方式的不同会影响网络资源的利用率。研究者在设计网络协议时需要考虑网络能够支持的数据传输速率是多大,即网络容量的问题。xa0网络容量是无线自组网的重要性能参数,其主要由缓存能力、节点处理能力、路径传输能力以及网络拓扑结构决定,如图1所示。首先要给出网络容量的合理定义,定义不同,分析结果就会有很大差异。其次是网络模型的抽象与建立。网络模型包括各种网络节点的功能模型、网络的拓扑模型、以及传输链路模型等。确定这些模型都非常困难,模型太简单不足以表示网络结构的本质,而太复杂在数学理论上又难于处理。另外,通信方式的选择、业务模型、路由与MAC等都会对网络容量产生影响,除此之外,其还受无线干扰的影响,如图2所示。xa0因此,有必要在现有基础上设计一种提高无线自组网容量的方法,实现对网络资源的高效利用。xa0
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:解决无线自组网高效传输问题。xa0本发明为解决上述技术问题提供一种提高自组织网络容量的方法,其特征在于:xa0A、收集自组织网络节点的邻近信息;xa0B、建立自组织网络的拓扑结构子图;xa0C、获得业务的传输距离,并进行最优广播;xa0D、获得传输信号的传输功率。xa0所述步骤A中,首先,每个自组织网络节点u发送hello报文,节点u从接收到的hello报文中获得邻近节点的信息,节点u通过对最大传输节点的计算获得初始网络拓扑结构。自组织网络中的每一个节点_u使用最大传输距离广播hello报文,其中hello报文包括节点u的位置和相应的唯一标识信息id(u),令P_max为最大传输功率,则最大传输距离为d_max=(gP_max/P_rx)^1/l,其中P_rx为信号接收功率,g为天线增益,l为路径损耗系数。令G(V,E)为初始网络拓扑结构,V为节点集合,E={(u,v)|d(u,v)≤d_max,u,v∈V}。xa0所述步骤B中,节点u设置其周围辐射角为θ的扇形非无线信号覆盖区域集合,节点u为每一个扇形区域建立一个生成子图。令ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="194"/>为节点u的最小生成树的最大数目,φ_i={θ_i|(i-1)·θ≤θ_i<i·θ},1≤i≤T为角度距离,对于边(u,v),其权重函数为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>则自组织网络拓扑结构为xa0 G u ( V u , E u ) = ∪ j = 1 | V ( G ) | ( ∪ i = 1 T M φ i ( u j ) ( V φ i ( u j ) , E φ i ( u j ) ) ) , ]]>其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="561"/>为局部拓扑结构,对于任意的节点对v₁,v₂∈N(u),则v₁,v₂在ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="558"/>内可直接进行信息交换,若对用任意节点u,v∈V(G),当d(u,v)≤d_max时,节点u,v为直连节点对。xa0所述步骤C中,节点u在每一个生成图的邻近节点间计算传输距离,并使用每个扇区保存的邻近信息,设置足够的广播距离使信号能达到最远的邻近节点,总的工作流程如图3所示。xa0所述步骤D中,获得传输信号的传输功率子步骤为:a.计算传输信号的热噪声节点功率P_noise,信号的理想传输功率节点P_TX,信号的接收功率P_RX;b.通过规则ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="234"/>获得信号增益;c.通过规则xa0 R G , k * = min ( R G , k - 1 * , R G , k ) ω + max ( R G , k - 1 * , R G , k ) ( 1 - ω ) ]]>获得信号的平均增益,其中ω为权重系数;d.通过规则 P l , k * = max ( P l , k - 1 * , P l , k ) ω + min ( P l , k - 1 * , P l , k ) ( 1 - ω ) ]]>获得网络系统的平均干扰;f.当节点u获得最小传输功率时,使用规则ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="309"/>进行节点传输功率调整;g.使用规则ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="406"/>获得链路的瞬时信噪比sinr_inst,若xa0 sin r inst ≥ R sin r ( m ) · L ≥ P CS , ]]>则验证 P TX ( i , j ) · R G ( i , j ) P noise ( j ) + P I ≥ R sin r ( m ) ]]>和 P TX ( i , j ) R G ( i , j ) ≥ P CS , ]]>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>为链路k的平均干扰值,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="95"/>为链路k的平均增益,P_CS为感知接入门限,其工作流程如图4所示。xa0本发明的有益效果为:提供了一种提高无线自组网容量的方法,通过收集自组织网络节点的邻近信息、建立自组织网络的拓扑结构子图、获得业务的传输距离并进行最优广播,以及获得传输信号的传输功率等步骤,实现对网络资源的高效利用。xa0
附图说明
图1为计算网络容量的组成单元;xa0图2为无线干扰对网络容量的影响示意图;xa0图3为总的流程示意图;xa0图4为获得传输信号的传输功率流程;xa0
具体实施方式
本发明针对无线自组织网络容量较低问题,通过分解器拓扑结构和对控制信息的最有广播实现无线自组织网络容量的提高。xa0为达到上述目的,本发明的技术方案如下:xa01.收集网络节点u的邻近信息。首先,每个节点u发送hello报文,节点u从接收到的hello报文中获得邻近节点的信息,节点u通过对最大传输节点的计算获得初始网络拓扑结构。网络中的每一个节点_u使用最大传输距离广播hello报文,其中hello报文包括节点u的位置和相应唯一的标识信息id(u),令P_max为最大传输功率,则最大传输距离为d_max=(_gP_max/P_rx)^1/l,其中P_rx为信号接收功率,g为天线增益,l为路径损耗系数。令G(V,E)为初始网络拓扑结构,其中V为节点集合,E={(u,v)|d(u,v)≤d_max,u,v∈V}。xa02.建立网络的拓扑结构子图。节点u设置其周围θ的扇形的非覆盖区域集合,xa0节点u为每一个扇形区域建立一个生成子图。令ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="198"/>为节点u的最小生成树的最大数目,φ_i={θ_i|(i-1)·θ≤θ_i<i·θ},1≤i≤T为角度距离,对于边(u,v),其权重函数ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>则网络拓扑结构为xa0 G u ( V u , E u ) = ∪ j = 1 | V ( G ) | ( ∪ i = 1 T M φ i ( u j ) ( V φ i ( u j ) , E φ i ( u j ) ) ) , ]]>其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="562"/>为局部拓扑结构,对于任意的节点对v₁,v₂∈N(u),则v₁,v₂在ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="561"/>内可直接进行信息交换,若对用任意节点u,v∈V(G),当d(u,v)≤d_max时,节点u,v为直连节点对。xa03.获得业务的传输距离。节点u在每一个生成图的邻近节点间计算传输距离。xa04.为提高广播业务的空间复用能力,进行最优广播。使用每个扇区保存的邻近信息,设置足够的广播距离使信号能达到最远的邻近节点。xa05.获得传输信号的传输功率。其子步骤为:a.计算传输信号的热噪声节点功率P_noise,信号的理想传输功率节点P_TX,信号的接收功率P_RX;b.通过规则ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="223"/>获得信号增益;c.通过规则 R G , k * = min ( R G , k - 1 * , R G , k ) ω + max ( R G , k - 1 * , R G , k ) ( 1 - ω ) ]]>获得信号的平均增益,其中ω为权重系数;d.通过规则 P l , k * = max ( P l , k - 1 * , P l , k ) ω + min ( P l , k - 1 * , P l , k ) ( 1 - ω ) ]]>获得网络系统的平均干扰;f.当节点u获得最小传输功率时,使用规则xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="310"/>进行节点传输功率调整;g.使用规则ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="397"/>获得链路的瞬时信噪比sinr_inst,若 sin r inst ≥ R sin r ( m ) · L ≥ P CS , ]]>则验证 P TX ( i , j ) · R G ( i , j ) P noise ( j ) + P I ≥ R sin r ( m ) ]]>和 P TX ( i , j ) R G ( i , j ) ≥ P CS , ]]>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="73"/>为链路k的平均干扰值,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="99"/>为链路k的平均增益,P_CS为感知接入门限。xa0