一种基于异构无线接入网激励合作的多目标拓扑控制方法

摘要

本发明公开了一种基于异构无线接入网激励合作的多目标拓扑控制方法，综合考虑节点的发射功率大小、链路延时和链路寿命等三个目标来进行拓扑控制，通过调节三个目标的权值系数来满足不同网络应用对不同目标的侧重要求，比单目标拓扑控制方法更具灵活性。为该三目标拓扑控制方法提出的ILDIA算法能够抑制节点的自私行为，并激励其参与拓扑控制。

主权项

一种基于异构无线接入网激励合作的多目标拓扑控制方法，其特征在于，对无线网络中任意网络节点均按照如下步骤进行控制；步骤1：在预设时间内，节点u获取它k‑邻域内所有节点的拓扑控制信息，所述拓扑控制信息包含在信息发布包IAP和信息响应包IRP中；步骤2：依据步骤1获得节点u与该节点k‑邻域内所有节点的拓扑控制信息，构建节点u的初始k‑邻域拓扑图G^(k)_u,so＝(N^(k)_u,E^(k)_u,so)；其中，N^(k)_u为节点u和该节点k‑邻域内节点构成初始k‑邻域拓扑图的顶点集，E^(k)_u,so为节点u的k‑邻域链路集；步骤3：以节点发射功率、链路延时及链路寿命为目标，建立E^(k)_u,so中每条链路的多目标链路代价值函数c_u,v，计算E^(k)_u,so中每条链路的c_u,v取得最小值时，链路中起始节点的发射功率其中多目标链路代价值函数c_u,v如下式所示：以c_u,v作为E^(k)_u,so中链路u→v的链路权值，获得链路集E^(k)_u,mo，从而得到有向带权拓扑图G^(k)_u,mo＝(N^(k)_u,E^(k)_u,mo)；其中，w_p,w_t和w_f分别是链路路径损耗、链路延时、链路寿命的权重系数，取值范围为w_p,w_t,w_f∈(0,1)，且w_p+w_t+w_f＝1；ψ是调节系数，使w_p·p_l和w_t·ψ·t_j数量级相差在不超过十倍的范围内；p_l表示节点u以发射功率p^t_u,v发射时，节点u和v之间的路径损耗；t_v是节点v处理长度为M的消息时，节点v在受干扰影响时的处理时间；是度量链路u→v的当前估计剩余寿命的参数；其中，t^b_v是节点v转发单位数据需要的时间，从节点本身属性获取；γ_v是节点v处的信号干扰噪声比；信号干扰噪声比由公式计算，p_e表示节点v处的噪声功率，当节点v处的环境参数很少变化时，视为一个常数Z，节点是v的接收功率；其中，e_u和e_v分别表示节点u和v的剩余能量；和 p^t_v,u分别表示使得c_u,v和c_v,u取得最小值时，链路u→v和链路v→u的起始节点发射功率；步骤4：以最大化效用函数为目标，对步骤3得到的有向带权拓扑图G^(k)_u,mo＝(N^(k)_u,E^(k)_u,mo)的链路集进行调整，更新拓扑结构图；所述步骤4中的效用函数中的和分别为效用函数的收益项和代价项；其中，效用函数的代价项如下式所示：l^c和l^d分别是拓扑控制消息长度和数据包长度，和分别是节点u发送和接收拓扑控制消息的数量，和分别是节点u发送和接收数据包的数量；和都是节点u发送1比特数据所消耗的能量，而是节点u接收1比特数据所消耗的能量：其中，d_u,max是节点u与其1跳邻域内最远节点之间的距离，而d_u,sub是节点u与其最终逻辑邻居集中最远节点之间的距离；ω₁₁,ω₁₂,ω₂分别是发射器电子元器件能耗、接收器电子元器件能耗、无线放大器能耗；α是路径损耗指数；d_u,max在获得初始k‑邻域拓扑图G^(k)_u,so后可获得，d_u,sub在获得最终k‑邻域拓扑图后可获得，ω₁₁,ω₁₂,ω₂是节点的性能参数，从节点属性获得；其中，效用函数的收益项如下式所示：其中，ρ是由无线接入点以因特网服务提供商的名义发布的红利系数，ρ大于1.0；是节点u对网络的贡献，与其付出的代价C^(k)_u(P^(k)_u)正相关，是节点u连通它的最远邻居所必需的最小发射功率，是节点u当前采用的能连通它的最远邻居的发射功率；在获得初始k‑邻域拓扑图G^(k)_u,so后，节点u针对每个邻居的最小发射功率便已得到，在获得多目标有向带权拓扑图G^(k)_u,mo后，节点u针对它每个邻居采用 的当前发射功率也已求出，而和分别是上述两组发射功率值中的最大值；是指节点u转发他人数据包和参与拓扑控制而得到的回报；M^(k)_u是一个标量收益乘数，T是两次拓扑控制之间的时间间隔，依据拓扑性能退化的频度确定；是节点u的k‑邻域内的节点数；是节点u可到达的其k‑邻域内的节点数；为节点u期望的收益；所述对步骤3得到的有向带权拓扑图G^(k)_u,mo＝(N^(k)_u,E^(k)_u,mo)的链路集按照以下步骤进行调整，更新拓扑结构图；步骤a)：依据G^(k)_u,mo中的链路数为节点u确定行动集的大小，并对G^(k)_u,mo中的所有链路按照链路权值进行降序排列，得到节点u的行动集A^(k)_u；步骤b)：依据k‑邻域拓扑图G^(k)_u,mo，执行节点确定它的邻居集N_u,nei；步骤c)：节点u按降序依次执行行动集A^(k)_u内的行动，即依次删除当前链路集中最大链路权值的链路，若效用函数增大，用新的链路集更新G^(k)_u,mo，接着删除下一个最大链路权值的链路，直至所有行动被执行完毕；若效用函数减小，则恢复链路删除，维持现有链路集；步骤d)：节点u利用步骤c)更新得到的已更新的邻居集N_u,nei对自身的相关发射功率值进行调整，并在其k‑邻域内进行通告，更新拓扑结构图，优化拓扑结构。