认知Ad Hoc网络的分布式拓扑控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种认知Ad Hoc网络的分布式拓扑控制方法，主要解决现有技术中次用户网络的连通性不能保证和次用户相互干扰的问题。其实现过程为：网络中的每个节点先后广播两次HELLO包，并接收初始邻节点的HELLO包，建立局部两跳拓扑子图；基于局部两跳拓扑子图，先根据能耗链路代价权重，构建最短路径树，然后基于最短路径树构建可保证次用户连通的局部生成子图；根据局部生成子图中的一跳邻节点调整发射功率；由网络中的所有节点以及节点与其逻辑邻节点间的链路构成全网拓扑；拓扑构建完成后，网络中的节点独立的进行信道选择。本发明具有保证次用户网络连通，消除次用户干扰，复杂度低的优点，可用于认知Ad Hoc网络。
【专利说明】认知AdHoc网络的分布式拓扑控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信领域，特别涉及一种构建网络拓扑结构的方法，可用于认知 AdHoc网络。
【背景技术】
[0002] 认知AdHoc网络是认知网络与传统AdHoc网络的结合，是一种充满发展潜力的 无线网络通信系统，该网络除了具有传统AdHoc网络的自组织、自配置、自适应能力之外， 还具有对频谱资源的感知、机会接入以及动态分配的能力，能够灵活地用于各种无固定通 信基础设施支撑的环境，提高现有频带资源的利用率。
[0003] 在影响认知AdHoc网络性能的众多因素之中，网络的拓扑结构是不可忽视的一 个重要方面，因此如何优化认知AdHoc网络的拓扑结构、增强网络拓扑的容错能力并为 上层通信协议提供良好的底层拓扑支撑是拓扑控制技术研究的重点。在认知AdHoc网络 中，用户分为两类，一类是主用户，另一类是次用户。主用户享有信道的优先使用权。当主 用户不使用信道时，次用户可以使用该信道。由于次用户只能机会式地接入信道，次用户 网络的连通性容易受到主用户的影响。当主用户要使用某个信道时，次用户为了保护主用 户的正常通信就会空出该信道并处于静默状态，静默节点会降低次用户网络的连通性，严 重时会导致网络的分割。为了减小主用户对次用户网络连通性的影响，研究者已经提出 了一些拓扑控制算法，如JingZhao等作者在IEEEINF0C0M2012上发表的文章"Robust TopologyControlinMulti-hopCognitiveRadioNetwork，'，以及HaiLiu等作者在 IEEEICCCN2012 上发表的文章"Generalized-Bi-ConnectivityforFaultTolerant CognitiveRadioNetwork"。JingZhao等的算法可以保证次用户网络的连通，但不能消除 次用户之间的干扰。HaiLiu等的算法可以进一步消除次用户的干扰，但是不能分布式的执 行，而且算法复杂度高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对上述现有技术的问题，提出一种认知AdHoc网络的分布式 拓扑控制方法，保证次用户网络的连通性，消除次用户之间的干扰，降低复杂度。
[0005] 为了实现上述目的，本发明网络拓扑控制方法包括如下步骤：
[0006] (1)网络中每个节点u发送自己的HELL0-1包，并接收一跳邻节点发送的HELL0-1 包，该HELL0-1包中包括u节点的ID序列号和位置信息；
[0007] (2)网络中每个节点u发送自己的HELL0-2包，并接收一跳邻节点发送的HELL0-2 包，该HELL0-2包中包括u节点的一跳邻节点的ID序列号和位置信息；
[0008] (3)网络中每个节点u构建自己的局部两跳拓扑子图:
[0009] (3a)网络中的每个节点u根据接收到的HELL0-1和HELL0-2包信息，确定自己与 两跳邻节点的连接关系，以及这些邻节点之间的连接关系，建立局部两跳拓扑子图g;
[0010] (3b)根据局部两跳拓扑子图，每个节点u计算局部两跳拓扑子图中任意两个有连 接关系的节点X，y之间的链路能耗权重wp (X，y)和链路距离权重wd (X，y);
[0011] ⑷网络中每个节点U构建局部生成子图Su= (V(SU)，E(SU)):
[0012] (4a)网络中的每个节点u将局部生成子图Su的节点集合V(SU)初始化成局部两 跳拓扑子图中的所有节点，将边集合E(SU)初始化成空集；
[0013] (4b)基于局部两跳拓扑子图(7,)，每个节点u根据链路能耗权重Wp(x，y)，构建 以u为根，遍及局部两跳拓扑子图中所有节点的最短路径树Tu =(V(Tu)，E(Tu))，其中 K(7；,) =K(G,))为局部两跳拓扑子图中的所有节点，E(TU)为构成最短路径树的所有边，并将 这些边记录到局部连通子图Su中，S卩￡(6'")e￡(7：)U);
[0014] (4c)网络中的每个节点u根据最短路径树Tu找到与自己冲 突的节点，构成集合CNU，并初始化冲突子图为CSU，其中V(CSU) =CNU， Eev)e ;
[0015] (4d)每个节点u检测各自的冲突连通子图CSU是否连通，如果连通，节点u则在 CSU上构建局部生成子图Tu';如果不连通，节点u则在句\?上构建斯坦纳生成树Tu';如 果上述两个步骤均无法执行，节点u则获知h跳邻节点信息，构建局部h跳拓扑子图G,)，并 在上构建斯坦纳生成树Tu';
[0016] (4e)节点u将边集EOV)记录到局部生成子图的边集E(Su)中，即 ￡(S")e￡(7:,')U￡(S"),将节点V(Tu')记录到局部生成子图的节点集V(Su)中，即 K(S")e)U【/(\)，将节点V(Tu')记录到逻辑冲突邻居集LCNu中，即LCNu= V(V)，然后节点u通过洪泛的方式把LCNU和E(Su)的拓扑信息发送给Su中的所有节点；
[0017] (4f)每个节点U根据其他节点发来的拓扑信息更新自己的局部生成子图Su和逻 辑冲突邻居集LCNU，将局部生成子图Su上的一跳邻节点v作为逻辑邻节点，并构成逻辑邻 节点集：LNU={vGV(Su) | (u,v)GE(Su)};
[0018] (5)网络中每个节点u确定自己的发射功率，即将发射功率调整为能够覆盖到所 有逻辑邻节点所需要的最小功率：C、.. =max丨/V,.卜'eh
[0019] (6)将网络中的所有节点以及每个节点与自己的逻辑邻节点间的链路组合起 来，构成最终的全网拓扑，即G= (V(G)，E(G))，其中V(G)为网络中所有节点，E(G)= {(u,v)IuGV(G), VGLNJ；
[0020] (7)拓扑构建完成后，网络中的每个节点u开始分配信道：
[0021] (7a)节点u向逻辑冲突邻居集LCNU中的所有节点发送请求分配信道包 RAC(RequireAssignmentChannel)；
[0022] (7b)LCNU中的所有节点在收到RAC包后，回馈信道分配包AC(Assignment Channel)给节点u，告知其已经分配的信道；
[0023](7c)节点u收集所有LCNU中的节点回馈的AC包，选择还未被占用的、信道质量最 好的信道（或主用户占用概率最小的信道），作为自己的可用信道；
[0024] (7d)每个节点独立执行上述过程，直到所有节点都分配完信道为止。
[0025] 本发明具有如下优点：
[0026] 1)本发明联合功率控制和信道分配，通过功率控制使得次用户网络的独立集不构 成网络的割集，从而保证次用户网络的连通性；通过信道分配给相互干扰的次用户分配不 同的信道，从而消除次用户之间的干扰。
[0027] 2)本发明通过功率控制构造适合于信道分配的拓扑，避免了高复杂度的连通性判 断，从而降低了算法的整体复杂度。而且次用户只需局部拓扑信息，因此算法可以分布式运 行。
[0028] 3)本发明由于减小了节点的发射功率，所以为保证次用户网络的连通性和无冲突 所需的信道数少。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为本发明适用的认知AdHoc网络场景示意图；
[0030] 图2为50节点网络场景时形成的最大功率拓扑；
[0031] 图3为本发明的流程图；
[0032] 图4为本发明中构建局部生成子图的子流程图；
[0033] 图5为本发明中节点u拓扑构建的示例图；
[0034] 图7为本发明生成拓扑的仿真验证图；
[0035]图8为本发明与其他拓扑控制算法平均传输半径的仿真对比图；
[0036]图9为本发明与其他拓扑控制算法平均信道数和最大信道数的仿真对比图。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合附图对本发明实施方式做进一步详细描述。
[0038] 参照图1，本发明使用的认知AdHoc网络由n个分布在二维平面区域内的节点组 成。每个节点代表一个次用户，且具有唯一的ID序列号，并可以通过GPS或是其他定位技 术来获取它自身的位置信息。所有的节点受到同一个主用户的影响，主用户可以使用C个 信道中的任意一个信道。每个节点可以在C个信道中任意一个信道中发送数据，同时在其 他所有信道上侦听数据，除此之外每个节点在物理结构、初始设置、功能特性、参数指标等 方面不存在任何差异。在网络中，任意节点间的无线信道为加性高斯白噪声信道。节点通 过全向天线与周围节点通信，最大发射功率均为P_。任意节点u的发射功率Pu可以在最 小和最大之间连续调节，即〇 <Pu<P_。传输半径r为对应于节点发射功率的传输距离， 任意两个节点之间存在无线链路的充要条件为它们之间的欧式距离小于或等于节点的传 输半径r。当网络中每个节点均使用最大功率传输时形成的拓扑结构为最大功率拓扑，如 图2所示，最大功率拓扑表示为：6_=(￥(6_)3(6_))，其中￥(6_)为节点集合，表示网 络节点，E(Gmax)为边集合，表示节点间存在的无线链路。
[0039] 参照图3,本发明的实现步骤如下：
[0040] 步骤1，网络中每个节点u发送自己的HELL0-1包，并接收一跳邻节点发送的 HELL0-1 包。
[0041] 位于节点u的传输半径范围内的所有节点，组成节点u的一跳邻节点集WV；: ^|=_卜'|#((7|,",、）|("小） ￡￡((7|,1;1、）丨_，其中次用户力和次用户11的距离为1跳；
[0042] 网络中的每个节点u以最大发射功率Pmax向u的一跳邻节点广播一次HELLO-1包， HELL0-1包中含有节点u的ID序列号和节点u的位置信息；
[0043] 网络中的每个节点u接收一跳邻节点以最大发射功率Pmax广播的HELL0-1包。
[0044] 步骤2,根据上述步骤1中的HELL0-1包，网络中每个节点u发送自己的HELL0-2 包，并接收一跳邻节点发送的ffiLLO-2包。
[0045] 节点u在两跳以内（包括两跳）可以到达的所有节点，组成节点u的两跳邻节点 集mu2: 1^2=1^1^2￡叩5_)|^以&&〇^2)€五(Gmax)}，U表示两个集合的并，&& 表示并且，其中次用户^和次用户u的距离为2跳；
[0046] 网络中的每个节点u接收完所有一跳邻节点发送的HELL0-1包后，以最大发射功 率P_向u的一跳邻节点广播一次HELL0-2包，HELL0-2包中含有u的所有一跳邻节点的 ID序列号和位置信息；
[0047] 网络中的每个节点u接收一跳邻节点以最大发射功率Pmax广播的HELL0-2包。
[0048] 步骤3,网络中每个节点u构建自己的局部两跳拓扑子图纪。
[0049] (3a)网络中的每个节点u根据接收到的一跳邻节点发送的HELL0-1和HELL0-2包 信息，获取并记录自己所有两跳邻节点v12的ID序列号和位置信息，其中v12eIWU2;
[0050] (3b)每个节点u根据自己的位置信息以及两跳邻节点的位置信息，计算任意两个 节点x，y之间直接传输所需要的最小发射功率Px，y:
[005i]m
[0052] 其中，x,_yeIWu2,运为接收信噪比门限值，根据接收机的灵敏度和误码率要求确 定，当信号接收信噪比SNR大于门限值3时该信号可被正确接收，a为路径损耗因子，dx，y 是节点X，y之间的欧式距离；
[0053] (3c)根据计算的最小发射功率，判断两跳邻节点之间的连接关系，若Px，y小于节 点的最大发射功率Pmax，则确定节点X，y之间存在连接关系；否则，节点X，y之间不存在连接 关系；
[0054] (3d)每个节点u根据两跳邻节点之间的连接关系，建立局部两 跳拓扑子图戌=(以(又),邱5,,))，其中局部两跳拓扑子图戌的节点集合为 K((?〗）=KiVu2U{4, {u}表示节点u组成的集合，局部两跳拓扑子图戌的边集合 为：五即对于F(G"2)中的任意两个节点x，y，当Px，y<PmaxW，&(x，y)GE(Gu);
[0055] (3e)根据局部两跳拓扑子图，每个节点u计算任意两个有连接关系的节点x，y之 间的链路能耗权重wp (X，y):
[0056] wp(x,y) = Px；y
[0057] 其中，WeK(g)，Pxy为任意两个有连接关系的节点x，y之间直接传输所需要 的最小发送功率；
[0058] (3f)根据上述欧式距离和节点ID序列号，节点u计算任意两个有连接关系的节点 x，y之间的距离权重wd(x，y):
[0059]wd(x,y) =dx；y,
[0060] 其中，dx，y是任意两个有连接关系的节点x，y之间的欧氏距离。
[0061] 步骤4,网络中每个节点u构建局部生成子图Su= (V(Su)，E(SU))，并确定自己的 逻辑邻节点。
[0062] 具体流程如图4所示：
[0063] (4a)网络中的每个节点u将局部生成子图Su的节点集合V(SU)初始化成局部两 跳拓扑子图中的所有节点，即^乂）=)，将边集合E(Su)初始化成空集；
[0064] (4b)基于局部两跳拓扑子图6^，以链路能耗权重wp(X，y)为链路权重，节点u通 过使用Dijkstra算法或Bellman-Ford算法，构建以u为根，遍及7(0',;)中所有节点的最短 路径树Tu= (V(TU)，E(TU))，其中为局部两跳拓扑子图中所有节点，E(TU)为 构成最短路径树的所有边，从而在局部范围内获得到达局部两跳拓扑子图中任意节点的最 短路径，并将这些边记录到局部连通子图Su中，S卩ECS,,)e￡(7：)U￡(5'")，^表示赋值； [0065] (4c)节点u根据最短路径树Tu找到与自己冲突的节点构成冲突节点集CNu，并构 建冲突子图CSU，其中V(CSU) =CNU，E(C6'" ) = {(.r,.y) |.Y,.vee 突节点集定义为：沿最短路径树Tu两跳可达的所有节点构成的集合，S卩，其中M = {v I (?，v)e攻7!)}，气2 = {v I w E & &(w，v) e五(1)};
[0066] (4d)每个节点u检测各自的冲突连通子图CSU是否连通，如果连通，节点u则在 CSU上构建局部生成子图T/ ;如果不连通，节点u则在上构建斯坦纳生成树T/ ;如 果上述两个步骤均无法执行，节点u则获取h跳邻节点信息，构建局部h跳拓扑子图6^，并 在上构建斯坦纳生成树T/ ;
[0067] (4dl)节点u通过使用Kruskal算法或Prim算法检测冲突子图CSU是否连通；
[0068] (4d2)如果CSU是连通的，节点u则在CSU上构建局部生成子图T/。首先，节点 u将生成子图T/中的节点集初始化为CSU中的所有节点，即V(Tu' ) =V(CSU)，将边集初 始化为E〇V) = {(X，y)|X，yGV(Tu' )，（x，y)GE(TU)};然后，节点u将CSU中的所有 边，按距离权重wd (x，y)为链路权重，从小到大进行排序；最后，节点u按顺序依次判断CSU 中每一条边的两个端点在Tu'中是否连通，如果不连通则加入到边集ECV)中，反之，则 不加入。上述过程一直进行，直到判断完所有的边为止，并生成最终的生成子图IV。
[0069] (4d3)如果CSU不连通，节点u利用文献V.J.Rayward-SmithandA.Clare,"On findingsteinervertices, "NETW0RKS,vol. 16,no. 3,pp. 283 - 294, 1986?中的TMR算法 在戌\?上构建斯坦纳（steiner)生成树Tu'。其中，纪W表示在局部两跳子图g中删掉 节点u及其关联的边所得到的子图；在构造斯坦纳生成树T/时，V(CSU)中的所有节点构 成基本节点集，而\〃)-r(CS")中的节点构成斯坦纳节点集；
[0070] (4d4)如果步骤（4c2)和（4c3)均无法执行时，节点u通过信息交互获取h跳邻 节点信息，构建局部h跳拓扑子图0，并在0上构建斯坦纳生成树Tu'。首先，节点u利 用步骤一和步骤二的方法通过发送Hello包获知h跳邻节点的信息，然后，节点u利用步 骤三的方法构建局部h跳拓扑子图GUA，最后，节点u利用步骤（4c3)的方法在g上构建 斯坦纳生成树Tu'，在构造斯坦纳生成树Tu'时，V(CSU)中的所有节点构成了基本节点集， )/(C3")中的节点构成斯坦纳节点集；
[0071] (4e)节点u将边集E0V)记录到局部生成子图的边集E(Su)中，即 ￡(S")仁￡\7；,')U￡(5；,)，将节点VCC)记录到局部生成子图的节点集V(SU)中，即 ;/(S")eref)U丨AS:,)，将节点V(V)记录到逻辑冲突邻居集LCNu中，S卩LCNu=V0V);然后，节点u通过洪泛的方式把LCNU和E(SU)的拓扑信息发送给Su中的所有节 占.
[0072] (4f)每个节点u接收其他节点发送来的拓扑信息，并根据这些拓扑信息更新自己 的局部生成子图Su和逻辑冲突邻居集LCNU，如果接收到的任意一个节点v的生成子图Sv 中，有关联到自己的边就将这条边加入到Su中，如果LCNv中包含了自己，节点u就将v记录 到自己的LCNU中；最后，节点u将局部生成子图Su上的一跳邻节点v作为逻辑邻节点，并构 成逻辑邻节点集：LNU={vGV(SU) | (u,v)GE(SU)};
[0073] 参照图5,其中图（a)表示节点u通过互换Hello-1和Hello-2包构建的局部两 跳拓扑子图图（b)表示节点u利用能耗权重构建的最短路径树Tu;图（c)表示节点u 在Tu中找到的冲突邻居节点集CNU;图（d)表示节点u构建的冲突子图CSU;通过判断可知CSU是连通的，所以节点u直接执行步骤（4d2)，在CSU上构建局部生成子图Tu'，如图（e) 所示；节点u最终构建的生成子图Su如图（f)所示。
[0074] 步骤5,每个节点u根据上述确定的逻辑邻节点，将自己的发射功率调整为能够覆 盖到最远的逻辑邻节点所需要的最小功率^"，即=max{AM. 。
[0075] 步骤6,根据上述拓扑控制过程，网络中的每个节点独立确定与自己的逻辑 邻节点的连接关系，将网络中的所有节点以及每个节点与自己的逻辑邻节点间的链路 组合起来，构成最终的全网拓扑，即G= (V(G)，E(G))，其中V(G) =V(Gmax)，E(G)= {(u，V)IuGv(G)，VGLNJ。
[0076] 步骤7,拓扑构建完成后，网络中的每个节点u选择发送信道。
[0077] (7a)节点u用最大发送功率Pmax在公共控制信道上广播请求分配信道包RAC，其 他节点在收到这个包时需要再次中转该包，直到逻辑冲突邻居集LCNU中的所有节点都接收 到RAC包为止；
[0078] (7b)LCNU中的所有节点在收到RAC包后，查看自己已经分配的信道，并回馈信道分 配包AC给节点u，其中信道分配包AC中包含了该节点已经分配的信道，如果该节点还未分 配信道就将包AC记为空包。
[0079] (7c)节点u收集所有LCNU中的节点回馈的AC包，从还未被占用的信道中选择主 用户占用概率最小的信道，作为自己的可用信道；
[0080] (7d)每个节点独立执行上述过程，直到所有节点都分配完信道为止。
[0081] 本发明的效果可通过仿真进一步说明：
[0082] (1)仿真条件
[0083] 在仿真场景中，网络节点随机均匀分布在一个1000X1000m2的二维平面区域中。 接收信噪比SNR的门限值3设为-80dBm，路径损耗因子a取值为4。网络中所有节点采 用相同的最大发射功率，其中最大发射功率Pmax= 256mW，对应的最大传输半径Rmax= 400m。 假设主用户会影响到所有的次用户节点。
[0084] ⑵仿真内容和结果
[0085] 仿真1，在20节点的场景中验证本发明方法生成的拓扑可以保证次用户的连通 性。
[0086] 图6表明：图a为最大功率拓扑，图b为本发明方法生成的拓扑，其中的数字表示 节点分配的信道，图c为图b对应的冲突图，图d、e、f为主用户分别占用信道4、5、6时次用 户网络的拓扑。通过该仿真可以看出，本发明方法生成的拓扑在主用户任意占用一个信道 时，次用户的网络仍然是连通的。
[0087]仿真 2,用本发明方法与文献H.Liu,Y.Zhou,X.Chu,Y. -W.Leung,andZ.Hao,"Gen eralized-bi-connectivityforfaulttolerantcognitiveradionetwork,，'inProc. IEEEICCCN,Munich,Germany,Aug. 2012,pp. 1 - 8?中的GBC、GBC+DC算法以及最大功率拓 扑MaxPower对节点平均传输半径进行仿真，结果如图7所示。
[0088] 图7表明：随节点数的增多，最大功率拓扑MaxPower的平均传输半径保持不变，均 为400m，而其他算法的平均传输半径不断减小，其中本发明方法的平均传输半径最小，加之 本发明方法可以维持了节点端到端的能耗最短路径，因此本发明方法可以很好的减小节点 的能耗，增大网络的生存期。
[0089] 仿真3,用本发明方法与GBC、GBC+DC算法以及最大功率拓扑MaxPower对所平均 所需信道数进行仿真，结果如图8所示。
[0090] 图8表明：随着节点数的增多，最大功率拓扑MaxPower的平均信道数呈线性增长， 而其他算法基本保持不变，本发明方法所需平均信道数最少，相比GBC算法减少了 40 %多， 相比GBC+DC算法减少了 17%多。
[0091] 仿真4,用本发明方法与GBC、GBC+DC算法以及最大功率拓扑MaxPower对所最大 所需信道数进行仿真，结果如图9所示。
[0092] 图9表明：随着节点数的增多，最大功率拓扑MaxPower的最大信道数呈线性增长， GBC和GBC+DC的较大，而本发明方法所需最大信道数最小，相比GBC算法较少了 60 %多，相 比GBC+DC算法减少了 45%多。网络所需的最大信道数越少，说明算法的鲁棒性越好，而GBC 和GBC+DC算法在信道总数较小时可能无法正常执行，所以本发明方法鲁棒性较好。
【权利要求】
1. 一种认知AdHoc网络的分布式拓扑控制方法，包括如下步骤： (1)网络中每个节点u发送自己的HELLO-I包，并接收一跳邻节点发送的HELLO-I包， 该HELL0-1包中包括u节点的ID序列号和位置信息； ⑵网络中每个节点u发送自己的HELL0-2包，并接收一跳邻节点发送的HELL0-2包， 该HELL0-2包中包括u节点的一跳邻节点的ID序列号和位置信息。 (3) 网络中每个节点u构建局部两跳拓扑子图 (3a)网络中的每个节点u根据接收到的HELLO-1和HELLO-2包信息，确定自己与两跳 邻节点的连接关系，以及这些邻节点之间的连接关系，建立局部两跳拓扑子图Ga2; (3b)根据上述局部两跳拓扑子图，每个节点u计算局部两跳拓扑子图中任意两个有连 接关系的节点X，y之间的链路能耗权重wp(x,y)和链路距离权重wd(x,y) ,wp(x,y)通过如下 公式计算：wp(x,y) =Px，y，其中，Px，y是最小发射功率；wd(x,y)通过如下公式计算：wd(x,y) =dx，y，其中dx，y为节点间的欧式距离； (4) 根据上述局部两跳拓扑子图，网络中每个节点u构建局部生成子图Su= (V(Su)，E(Su)): (4a)网络中的每个节点u将局部生成子图Su的节点集合V(Su)初始化成局部两跳拓 扑子图中的所有节点，将边集合E(Su)初始化成空集； (4b)基于局部两跳拓扑子图Gf，每个节点u根据链路能耗权重Wp(x，y)，构建以u为根， 遍及局部两跳拓扑子图中所有节点的最短路径树Tu= (V(TU)，E(Tu)),其中以7;,) = (/(($)为 局部两跳拓扑子图中的所有节点，E(Tu)为构成最短路径树的所有边，并将这些边记录到局 部连通子图Su中，即)e￡(7：)U卩叉）； (4c)网络中的每个节点u根据最短路径树Tu找到与自己冲突的节 点，构成冲突节点集CNU，并初始化冲突子图为CSU，其中V(CSu) =CNU， E (C5，-)=}(-v' >')I-vecv?' (v' -v)e￡ (gI)}; (4d)每个节点u检测各自的冲突连通子图CSu是否连通，如果连通，节点u则在CSu上 构建局部生成子图V;如果不连通，节点u则在gw/上构建斯坦纳生成树Tu';如果上 述两个步骤均无法执行，节点u则获取h跳邻节点信息，构建局部h跳拓扑子图G=，并在 上构建斯坦纳生成树Tu'; (4e)节点u将边集ECC)记录到局部生成子图的边集E(Su)中，即 ￡〇S")e￡(〇U￡X5；,)，将节点VOV)记录到局部生成子图的节点集V(Su)中，即 K(SJeFK)UrOS;)，将节点V(V)记录到逻辑冲突邻居集LCNu中，即LCNu= V(V)，然后节点u通过洪泛的方式把LCNu和E(Su)的拓扑信息发送给Su中的所有节点； (4f)每个节点u根据其他节点发来的拓扑信息更新自己的局部生成子图Su和逻辑冲 突邻居集LCNu,将局部生成子图Su上的一跳邻节点V作为逻辑邻节点，并构成逻辑邻节点 集：LNu={vGV(Su)I(u，V)GE(Su)}; (5) 网络中每个节点u确定自己的发射功率，即将发射功率调整为能够覆盖到所有逻 辑邻节点所需要的最小功率：7U=max_!凡」.卜'e 丨_; (6) 将网络中的所有节点以及每个节点与自己的逻辑邻节点间的链路组合起来， 构成最终的全网拓扑，即G= (V(G)，E(G))，其中V(G)为网络中所有节点，E(G)= {(u,v)IuGV(G),VGLNJ； (7) 根据上述拓扑，网络中的每个节点u选择发送信道： (7a)节点u向逻辑冲突邻居集LCNu中的所有节点在公共控制信道上发送请求分配信 道包RAC(RequireAssignmentChannel)； (7b)LCNu中的所有节点在收到RAC包后，回馈信道分配包AC(AssignmentChannel)给 节点u，告知已经选择的信道； (7c)节点u收集所有LCNu中的节点回馈的AC包，从还未被占用的信道中选择主用户 占用概率最小的信道，作为自己的可用信道； (7d)每个节点独立执行上述过程，直到所有节点都分配完信道为止。
2. 根据权利要求1所述的认知AdHoc网络的分布式拓扑控制方法，其中步骤（1)和步 骤（2)所述的网络中每个节点u发送自己的HELLO-I和HELL0-2包，是指网络中的每个节点 u，以最大发射功率Pmax向位于距离自己传输半径范围内的所有节点分别广播一次HELL0-1 和HELL0-2 包。
3. 根据权利要求1所述的认知AdHoc网络的分布式拓扑控制方法，其中步骤（1)和步 骤（2)所述的接收初始邻节点发送的HELL0-1和HELL0-2包，是指网络中的每个节点u接 收其邻节点以最大发射功率Pmax广播的JELLO-I和HELL0-2包。
4. 根据权利要求1所述的认知AdHoc网络的分布式拓扑控制方法，其中步骤（3a)所 述的确定自己与两跳邻节点的连接关系，以及这些两跳邻节点之间的连接关系，建立局部 两跳拓扑子图Gf，按如下步骤进行： (3al)每个节点u根据接收到的一跳邻节点的HELL0-1和HELL0-2包信息，获取并记录HELL0-1和HELL0-2包中节点的ID序列号和位置信息，这些邻节点构成两跳邻节点集JWu2; (3a2)每个节点u根据自己的位置信息以及两跳邻节点的位置信息，计算任意两个节 点x，y之间直接传输所需要的最小发射功率Px，y: K 其中，0为接收信噪比门限值，根据接收机的灵敏度和误码率要求确定，a 为路径损耗因子，{u}表示节点u组成的集合，dx，y是节点x，y之间的欧式距离，若P"小于 节点的最大发射功率Pmax，则确定节点X，y之间存在连接关系；否则,节点X，y之间不存在连 接关系； (3a3)每个节点u根据两跳邻节点之间的连接关系，建立局部两跳拓扑子图G=(吓无),￡(句))，其中局部拓扑子图^的节点集合为八戌）=UM，局部拓扑子 图Gu2 的边集合为：AG,::) = .!(以)I三k)，L< /^、}。
5. 根据权利要求1所述的认知AdHoc网络的分布式拓扑控制方法，其中所述步骤（4b) 中的最短路径树通过使用Dijkstra算法或Bellman-Ford算法构建。
6. 根据权利要求1所述的认知AdHoc网络的分布式拓扑控制方法，其中所述步骤（4d) 中的斯坦纳生成树通过TMR算法构建。
7. 根据权利要求1所述的认知AdHoc网络的分布式拓扑控制方法，其中步骤（4e)所 述的把LCNu和E(Su)的拓扑信息发送给Su中的所有节点，是网络中的节点用最大发送功率 采用洪泛方式传播拓扑信息。
8. 根据权利要求1所述的认知AdHoc网络的分布式拓扑控制方法，其中步骤（7a)所 述的节点u向逻辑冲突邻居集LCNu中的所有节点发送请求分配信道包RAC，是节点用最大 发送功率通过洪泛的方式传播RAC包。
9. 根据权利要求1所述的认知AdHoc网络的分布式拓扑控制方法，其中步骤（7b)所 述的LCNu中的所有节点在收到RAC包后，回馈信道分配包AC给节点u，是LCNu中的所有节 点用最大发送功率通过单播的方式把包AC发送给节点u。
【文档编号】H04W84/18GK104507168SQ201410829689
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月27日 优先权日:2014年12月27日
【发明者】王玺钧, 盛敏, 翟道森, 张琰, 李建东, 郭彦涛 申请人:西安电子科技大学, 中国电子科技集团公司第五十四研究所