一种无线传感网络的拓扑控制的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种无线传感网络的拓扑控制的方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 目前，无线传感网络可以通过两种方式建立网络拓扑结构：
[0003] 第一种，根据最大发射功率建立的网络拓扑结构。这种网络拓扑结构的网络链路 密集，尽管具有很好的鲁棒性，但是通信冲突多，拥塞问题严重，网络时延严重，无线传感网 络节点的能量被浪费；
[0004] 第二种，根据最小发射功率建立的网络拓扑结构。这种网络拓扑结构能够解决最 大发射功率的网络拓扑结构带来的问题。目前，主要根据接收信号功率的平均值(RSSI， Received Signal Strengh Indicator)排序来确定链路质量，进而确定最小发射功率，建 立最好的网络拓扑结构。但是，RSSI的排序确定链路质量的方法存在两种缺陷：
[0005] A、通信链路具有不对称性，即节点u到节点v的链路质量与节点v到节点u的链路质 量不一定相等；
[0006] B、通信链路具有不可靠性，真实情况下，RSSI并不是距离的线性递减函数，即 RSSIu(v)>RSSIu(w)不能推出| uv | > | uw |。在这种情况下，RSSI排序不能真实反映链路质量的 排序。
[0007] 现有技术中，RSSI的排序不能真实反映链路质量的排序，进而不能根据该排序建 立最优的最小发射功率的网络拓扑结构，导致转发时间消耗过大，降低了网络的转发效率。
【发明内容】
[0008] 本发明实施例公开了一种无线传感网络的拓扑控制的方法及装置，以建立最优的 最小发射功率的网络拓扑结构。
[0009] 为达到上述目的，本发明实施例公开了一种无线传感网络的拓扑控制的方法，其 应用于无线传感网络的节点，所述方法包括步骤：
[0010] 当前节点u接收所述无线传感网络中的其他所有相邻节点Vl发送的hello消息，所 述hel 1〇消息包括:发送该hel 1〇消息的相邻节点的标识信息和最大发送功率Ptmax;
[0011] 根据接收到的每个相邻节点的信号的信号强度rSSu(Vl)和每个相邻节点^的最大 发送功率Ptm ax(Vi)，获得路径损耗Pl(Vi^U)，并确定每个相邻节点Vi与所述当前节点U通信 的最小发射功率Pth(Vi^U);
[0012] 将发送该hello消息的相邻节点的标识信息、所述当前节点u与其他所有相邻节点 Vi的路径损耗Pi (Vi^u)和每个相邻节点Vi与所述当前节点u通信的最小发射功率Pth(Vi- u)加入到与所述当前节点u对应的第一邻居节点信息列表中，并使所述第一邻居节点信息 列表中的所有相邻节点^按照路径损耗Pi从小到大排序，其他所有相邻节点按照该方法建 立对应的所述第一邻居节点信息列表；
[0013] 所述当前节点u接收其他所有相邻节点发送的对应的所述第一邻居节点信息列 表；
[0014] 循环对比与所述当前节点u对应的所述第一邻居节点信息列表内的和与所有相邻 节点发送的对应的所述第一邻居节点信息列表内的路径损耗Pi排序和最小发射功率Pth，判 断与第一相邻节点是否建立连接，以保证所述无线传感网络的能耗最低；
[0015] 若是，则将确认建立连接的确认消息发送给所述第一相邻节点，以使所述第一相 邻节点根据确认消息保留对应的所述第一邻居节点信息列表内的该通信链路；
[0016] 将该第一相邻节点的标识信息和最小发射功率Pth存储在第二邻居节点信息列表 中，以根据所述第二邻居节点信息列表中的相邻节点建立所述无线传感网络的最小发射功 率的拓扑结构。
[0017] 在本发明的一种具体实现方式中，所述方法还包括：
[0018] 若所述当前节点u判断不与所述第一相邻节点建立连接，则将删除连接的删除消 息发送给所述第一相邻节点，以使所述第一相邻节点根据删除消息删除对应的所述第一邻 居节点信息列表内的该通信链路。
[0019] 在本发明的一种具体实现方式中，所述根据接收到的每个相邻节点的信号的信号 强度rssu(vi)和每个相邻节点Vi的最大发送功率Ptm ax(Vi)，获得路径损耗Pl(Vi-U)，并确定 每个相邻节点Vi与所述当前节点U通信的最小发射功率Pth(vi^u)，包括：
[0020] 通过公式
[0021 ] Pi(vi^u)=kPt max(vi)-rssu(vi)
[0022]获得路径损耗PK^-u)，其中，k为无线传感网络的节点的安全系数，rSSu(Vl)为 接收到的每个相邻节点的信号的信号强度，Ptmax(Vl)为每个相邻节点^的最大发送功率； [0023] 通过公式
[0025] 确定每个相邻节点^与所述当前节点u通信的最小发射功率，其中，rssth为信号强 度r s s的阈值
，:Pn为固有噪声电平，R为数据传输速率，Bn 为噪声宽带，prrth为收包率prr的门限值，f为帧的长度;所述收包率prr = (1-Pe)8f，其中，Pe 为误比特率。
[0026] 为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种无线传感网络的拓扑控制的方法， 其应用于无线传感网络的节点，所述方法包括步骤：
[0027] 当前节点u接收所述无线传感网络中的其他所有相邻节点Vl发送的hello消息，所 述hel 1〇消息包括:发送该hel 1〇消息的相邻节点的标识信息和最大发送功率Ptmax;
[0028] 根据收发节点间的距离、每条路径的反射系数、自由空间波长和发射天线与接收 天线对每条路径的天线增益乘积，确定收发节点间的路径损耗Pi( Vl-u)，并确定每个相邻 节点vi与所述当前节点u通信的最小发射功率Pth(vi-u);
[0029] 将发送该hello消息的相邻节点的标识信息、所述当前节点u与其他所有相邻节点 Vi的路径损耗Pi (Vi^u)和每个相邻节点Vi与所述当前节点u通信的最小发射功率Pth(vi- U)加入到与所述当前节点U对应的第一邻居节点信息列表中，并使所述第一邻居节点信息 列表中的所有相邻节点^按照路径损耗Pi从小到大排序，其他所有相邻节点按照该方法建 立对应的所述第一邻居节点信息列表；
[0030] 所述当前节点u接收其他所有相邻节点发送的对应的所述第一邻居节点信息列 表；
[0031] 循环对比与所述当前节点u对应的所述第一邻居节点信息列表内的和与所有相邻 节点发送的对应的所述第一邻居节点信息列表内的路径损耗Pi排序和最小发射功率Pth，判 断与第一相邻节点是否建立连接，以保证所述无线传感网络的能耗最低；
[0032] 若是，则将确认建立连接的确认消息发送给所述第一相邻节点，以使所述第一相 邻节点根据确认消息保留对应的所述第一邻居节点信息列表内的该通信链路；
[0033] 将该第一相邻节点的标识信息和最小发射功率Pth存储在第二邻居节点信息列表 中，以根据所述第二邻居节点信息列表中的相邻节点建立所述无线传感网络的最小发射功 率的拓扑结构。
[0034] 在本发明的一种具体实现方式中，所述方法还包括：
[0035] 若所述当前节点u判断不与所述第一相邻节点建立连接，则将删除连接的删除消 息发送给所述第一相邻节点，以使所述第一相邻节点根据删除消息删除对应的所述第一邻 居节点信息列表内的该通信链路。
[0036] 在本发明的一种具体实现方式中，所述根据收发节点间的距离、每条路径的反射 系数、自由空间波长和发射天线与接收天线对每条路径的天线增益乘积，确定收发节点间 的路径损耗Pi(vmi)，包括：
[0037] 通过公式
[0039] 确定收发节点间的路径损耗，其中，1为收发节点间的距离，RX为第X条路径的反射 系数，λ为自由空间波长，G x为发射天线与接收天线对第X条路径的天线增益乘积；
[0040] 通过公式
[0042]确定每个相邻节点^与所述当前节点u通信的最小发射功率，其中，rssth为信号强 度r s s的阈值
Pn为固有噪声电平，R为数据传输速率，B n 为噪声宽带，prrth为收包率prr的门限值，f为帧的长度;所述收包率prr = (1-Pe)8f，其中，Pe 为误比特率。
[0043]为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种无线传感网络的拓扑控制的装置， 其特征在于，应用于无线传感网络的节点，所述装置包括:接收单元、第一参数获得单元、第 一信息列表建立单元、信息列表接收单元、判断单元、确认消息发送单元和第二信息列表建 立单元；
[0044] 所述接收单元，用于当前节点u接收所述无线传感网络中的其他所有相邻节点Vl 发送的hello消息，所述hello消息包括:发送该hello消息的相邻节点的标识信息和最大发 送功率Ptmax;
[0045] 所述第一参数获得单元，用于根据接收到的每个相邻节点的信号的信号强度rSSu (Vi)和每个相邻节点Vi的最大发送功率Ptmax(Vi)，获得路径损耗Pl(Vi-U)，并确定每个相邻 节点Vi与所述当前节点U通信的最小发射功率Pth(vi-u);
[0046] 所述第一信息列表建立单元，用于将发送该hello消息的相