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一種多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方法

文檔序號:7804857閱讀:354來源:國知局
一種多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方法,屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。首先無線網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點接收其他節(jié)點發(fā)出的射頻信號,得到鄰居場強(qiáng)信息;通過多點最短路徑算法計算得到由源節(jié)點到目的節(jié)點的正向最優(yōu)路徑集合及正向最優(yōu)路徑;然后通過多點最優(yōu)路徑算法計算得到由目的節(jié)點道源節(jié)點的反向最優(yōu)路徑集合及反向最優(yōu)路徑;通過正向最優(yōu)路徑權(quán)值與反向最優(yōu)路徑權(quán)值計算得到次優(yōu)路徑;通過對最優(yōu)路徑和次優(yōu)路徑進(jìn)行試探確定無線網(wǎng)絡(luò)多條最優(yōu)路徑,降低獲取最優(yōu)路徑過程中的計算量和空間復(fù)雜度,減少了系統(tǒng)的能量消耗,提高了無線網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。
【專利說明】-種多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方法,屬于無 線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 在通信【技術(shù)領(lǐng)域】多路徑計算方法應(yīng)用極為廣泛,其優(yōu)點在于提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量 和可靠性,同時多路徑的應(yīng)用也帶來了如何獲取多條最優(yōu)路徑的問題。KSP算法,即K條 最短路徑算法,是一種解決在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲蝎@取指定源節(jié)點到目的節(jié)點的多條路徑問題的算 法,通過該算法可以在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲蝎@得路徑權(quán)重和由小到大順序的K條路徑。K條最短路徑 算法作為一種實用的算法,被廣泛應(yīng)用到通信路由計算、人工智能、經(jīng)濟(jì)理論研究的多種領(lǐng) 域,具有很高的應(yīng)用價值。
[0003] 在節(jié)點間單鏈路的拓?fù)渲?,KSP算法實現(xiàn)的總體流程如下,包括以下內(nèi)容:
[0004] 調(diào)用Di jkstra算法計算第一優(yōu)路徑;
[0005] 判斷計算出的路徑的數(shù)量是否滿足要求,如果滿足,則退出算法,停止計算;如果 不滿足,繼續(xù)計算;
[0006] 調(diào)用KSP算法,在節(jié)點間單鏈路的拓?fù)渖?,計算下一?yōu)路徑,進(jìn)行判斷。
[0007] 由于需要多次嵌套使用Di jkstra算法,KSP算法普遍存在算法時間復(fù)雜度和空間 復(fù)雜度高的問題。
[0008] 無線多層網(wǎng)絡(luò)普遍應(yīng)用于無線抄表、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等諸多領(lǐng)域。由于面臨節(jié)點 間通信不穩(wěn)定和通信環(huán)境變化等限制,需要在路由的計算過程中,提供多條優(yōu)選可替代路 由,以在選定路由上通信鏈路失敗后,提供可替換的路由以進(jìn)行再次的數(shù)據(jù)傳輸過程。由于 無線節(jié)點要滿足低功耗、低成本等需求,無線節(jié)點大都存在系統(tǒng)資源有限的問題,因此需要 一種時間復(fù)雜度與空間復(fù)雜度低的多條路由選擇算法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提出一種多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方 法,在滿足性能的前提下,解決計算空間復(fù)雜度過大問題。在計算過程中通過計算正反雙方 向最短路徑,對雙方向最短路徑求和后得到次優(yōu)路徑,并對所得路徑進(jìn)行試探。
[0010] 本發(fā)明提出的多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方法,包括以下 各步驟:
[0011] (1)在網(wǎng)絡(luò)中選取源節(jié)點和目的節(jié)點,接收短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信 號,計算各節(jié)點間通信場強(qiáng),節(jié)點與其它各節(jié)點的通信場強(qiáng)組成場強(qiáng)序列記為QM,多個節(jié)點 場強(qiáng)序列組成鄰居場強(qiáng)表,如果節(jié)點之間沒有鏈路直接相連,則不在鄰居場強(qiáng)表中進(jìn)行記 錄,計算中其場強(qiáng)值設(shè)為"無窮大";
[0012] (2)通過多點最短路徑算法計算源節(jié)點到其他各節(jié)點的正向最優(yōu)路徑集合和正向 最優(yōu)路徑權(quán)值集合,其中,由源節(jié)點到目的節(jié)點的計算結(jié)果為正向最優(yōu)路徑和正向最優(yōu)路 徑權(quán)值。
[0013] (3)通過多點最短路徑算法計算得到目的節(jié)點到各節(jié)點的反向最優(yōu)路徑集合和反 向最優(yōu)路徑權(quán)值集合,其中,由目的節(jié)點到源節(jié)點的計算結(jié)果為反向最優(yōu)路徑和反向最優(yōu) 路徑權(quán)值;
[0014] (4)計算源節(jié)點到除目的節(jié)點外各節(jié)點的正向最優(yōu)路徑權(quán)值與目的節(jié)點到對應(yīng)各 節(jié)點的反向最優(yōu)路徑權(quán)值的權(quán)值和,權(quán)值和結(jié)果最優(yōu)的路徑即為次優(yōu)路徑;
[0015] (5)通過對正向最優(yōu)路徑,反向最優(yōu)路徑和次優(yōu)路徑進(jìn)行試探結(jié)果調(diào)整路徑權(quán)值, 試探成功路徑權(quán)值增大,試探失敗路徑權(quán)值減小,即得到按路徑權(quán)值排序的多條路由。
[0016] 上述多點最短路徑算法,所述包含起始節(jié)點、結(jié)束節(jié)點、中間節(jié)點,其特征在于:
[0017] (1)為無線網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點建立一組狀態(tài)記錄,狀態(tài)記錄包括前序參數(shù)、路徑 權(quán)重參數(shù)、跳數(shù)參數(shù)、標(biāo)號參數(shù);其中,前序參數(shù)表示當(dāng)前節(jié)點之前的節(jié)點,路徑權(quán)重參數(shù)表 示從起始節(jié)點到當(dāng)前節(jié)點的路徑權(quán)重,跳數(shù)參數(shù)表示從起始節(jié)點到當(dāng)前節(jié)點的跳數(shù),標(biāo)號 參數(shù)表示節(jié)點的狀態(tài),每個節(jié)點的標(biāo)號參數(shù)都處在"永久"或"暫時"狀態(tài),當(dāng)一個節(jié)點的標(biāo) 號參數(shù)為"永久"后,將不再改變;
[0018] (2)初始化所有節(jié)點的狀態(tài)記錄,將各節(jié)點的路徑權(quán)重參數(shù)設(shè)為"無窮小",標(biāo)號參 數(shù)設(shè)為"暫時",跳數(shù)參數(shù)設(shè)為0 ;
[0019] (3)將起始節(jié)點的標(biāo)號參數(shù)更改為"永久"狀態(tài)。
[0020] (4)更新與起始節(jié)點直接相連的所有標(biāo)號參數(shù)為"暫時"的節(jié)點狀態(tài)記錄,讀取鄰 居場強(qiáng)表中起始節(jié)點到所有標(biāo)號參數(shù)為"暫時"的節(jié)點的場強(qiáng)值,按照路徑權(quán)重計算方法更 新路徑權(quán)重參數(shù),并更新前序參數(shù)和跳數(shù)參數(shù);
[0021] (5)在上述標(biāo)號參數(shù)為"暫時"的節(jié)點中選擇距離起始節(jié)點Vs的路徑權(quán)重最高的 節(jié)點。將這個節(jié)點作為新的起始節(jié)點,并重復(fù)過程⑶至(5),當(dāng)所有節(jié)點的標(biāo)號參數(shù)均為 "永久"后,從結(jié)束節(jié)點開始依次提取前序參數(shù)到起始節(jié)點為止,這個節(jié)點列表便是從起始 節(jié)點到結(jié)束節(jié)點的最佳路徑;結(jié)束節(jié)點的路徑權(quán)重參數(shù)即為最優(yōu)路徑權(quán)值。
[0022] 上述路徑權(quán)重計算方法,其特征在于:
[0023] (1)兩節(jié)點間路徑權(quán)重隨兩節(jié)點通信場強(qiáng)值增大而減?。?br> [0024] (2)多跳情況下,每增加一跳路徑權(quán)重減小;
[0025] (3)路徑權(quán)重由公式

【權(quán)利要求】
1. 一種多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方法,其特征在于:所述的 方法包括以下各步驟: (1) 在網(wǎng)絡(luò)中選取源節(jié)點和目的節(jié)點,接收短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號,計 算各節(jié)點間通信場強(qiáng),節(jié)點與其它各節(jié)點的通信場強(qiáng)組成場強(qiáng)序列記為Q M,多個節(jié)點場強(qiáng) 序列組成鄰居場強(qiáng)表; (2) 通過多點最短路徑算法計算源節(jié)點到其他各節(jié)點的正向最優(yōu)路徑集合和正向最優(yōu) 路徑權(quán)值集合,所述源節(jié)點到目的節(jié)點的計算結(jié)果為正向最優(yōu)路徑和正向最優(yōu)路徑權(quán)值; (3) 通過多點最短路徑算法計算得到目的節(jié)點到各節(jié)點的反向最優(yōu)路徑集合和反向 最優(yōu)路徑權(quán)值集合,所述目的節(jié)點到源節(jié)點的計算結(jié)果為反向最優(yōu)路徑和反向最優(yōu)路徑權(quán) 值; (4) 計算源節(jié)點到除目的節(jié)點外各節(jié)點的正向最優(yōu)路徑權(quán)值與目的節(jié)點到對應(yīng)各節(jié)點 的反向最優(yōu)路徑權(quán)值的權(quán)值和,權(quán)值和結(jié)果最優(yōu)的路徑即為次優(yōu)路徑; (5) 通過對正向最優(yōu)路徑,反向最優(yōu)路徑和次優(yōu)路徑進(jìn)行試探結(jié)果調(diào)整路徑權(quán)值,試探 成功路徑權(quán)值增大,試探失敗路徑權(quán)值減小,得到按路徑權(quán)值排序的多條路由。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方法,其 特征在于:所述的節(jié)點之間沒有鏈路直接相連,不在鄰居場強(qiáng)表中進(jìn)行記錄,計算中其場強(qiáng) 值設(shè)為"無窮大"。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方法,其 特征在于:所述的多點最短路徑算法,包含起始節(jié)點、結(jié)束節(jié)點、中間節(jié)點; (1) 為無線網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點建立一組狀態(tài)記錄,狀態(tài)記錄包括前序參數(shù)、路徑權(quán)重 參數(shù)、跳數(shù)參數(shù)、標(biāo)號參數(shù);其中,前序參數(shù)表示當(dāng)前節(jié)點之前的節(jié)點,路徑權(quán)重參數(shù)表示從 起始節(jié)點到當(dāng)前節(jié)點的路徑權(quán)重,跳數(shù)參數(shù)表示從起始節(jié)點到當(dāng)前節(jié)點的跳數(shù),標(biāo)號參數(shù) 表示節(jié)點的狀態(tài),每個節(jié)點的標(biāo)號參數(shù)都處在"永久"或"暫時"狀態(tài),當(dāng)一個節(jié)點的標(biāo)號參 數(shù)為"永久"后,將不再改變; (2) 初始化所有節(jié)點的狀態(tài)記錄,將各節(jié)點的路徑權(quán)重參數(shù)設(shè)為"無窮小",標(biāo)號參數(shù)設(shè) 為"暫時",跳數(shù)參數(shù)設(shè)為0; (3) 將起始節(jié)點的標(biāo)號參數(shù)更改為"永久"狀態(tài)。 (4) 更新與起始節(jié)點直接相連的所有標(biāo)號參數(shù)為"暫時"的節(jié)點狀態(tài)記錄,讀取鄰居場 強(qiáng)表中起始節(jié)點到所有標(biāo)號參數(shù)為"暫時"的節(jié)點的場強(qiáng)值,按照路徑權(quán)重計算方法更新路 徑權(quán)重參數(shù),并更新前序參數(shù)和跳數(shù)參數(shù); (5) 在上述標(biāo)號參數(shù)為"暫時"的節(jié)點中選擇距離起始節(jié)點的路徑權(quán)重最高的節(jié)點。將 這個節(jié)點作為新的起始節(jié)點,并重復(fù)過程(3)至(5),當(dāng)所有節(jié)點的標(biāo)號參數(shù)均為"永久" 后,從結(jié)束節(jié)點開始依次提取前序參數(shù)到起始節(jié)點為止,這個節(jié)點列表便是從起始節(jié)點到 結(jié)束節(jié)點的最優(yōu)路徑;結(jié)束節(jié)點的路徑權(quán)重參數(shù)即為最優(yōu)路徑權(quán)值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層無線網(wǎng)絡(luò)中基于場強(qiáng)獲得多條可靠通信路徑的方法,其 特征在于:所述的路徑權(quán)重計算方法如下: (1) 兩節(jié)點間路徑權(quán)重隨兩節(jié)點通信場強(qiáng)值增大而減??; (2) 多跳情況下,每增加一跳路徑權(quán)重減小; (3)路徑權(quán)重由公式
確定,其中Si為兩節(jié)點通信場強(qiáng)值,N為路徑 總跳數(shù),c為固定常數(shù)。
【文檔編號】H04W40/04GK104093182SQ201410230508
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】馮子奇, 李智 申請人:深圳市有方科技有限公司
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