基于串行干扰消除的分布式拓扑控制方法与流程

技术特征：

1.基于串行干扰消除的分布式拓扑控制方法，包括如下步骤：

(1)初始化网络为k点连通，k≥2，网络中每个节点u分别获得一跳和两跳邻接点的序列号和位置信息；

(2)根据序列号和位置信息建立局部两跳拓扑子图G_u，并计算G_u中任意两个有连接关系的节点x,y之间的链路能耗权重w_p(x,y)和链路共存权重w_c(x,y)；

(3)判断上述局部两跳拓扑子图G_u中任意两个有连接关系的节点x,y之间的链路是否能与主用户链路在同一信道上进行数据传输：若是，则将该链路放入链路共存集合CL_u，即CL_u＝CL_u∪(x,y)，否则，则不放入链路共存集合CL_u；

(4)网络中每个节点u构建局部连通子图S_u：

(4a)初始化每个节点局部连通子图S_u的节点集合V(S_u)为局部两跳拓扑子图G_u中的所有节点，初始化每个节点局部连通子图S_u的边集合E(S_u)为空集；

(4b)基于上述局部两跳拓扑子图G_u，每个节点u根据链路能耗权重w_p(x,y)，构建以u为根，遍及局部两跳拓扑子图中G_u所有节点的最短路径树T_u＝(V(T_u),E(T_u))，并将E(T_u)记录到局部连通子图S_u的边集合E(S_u)中，即其中V(T_u)＝V(G_u)为最短路径树T_u的节点集合，E(T_u)为T_u的边集合；

(5)根据局部两跳拓扑子图G_u，判断节点u的出边所对应的链路中是否存在两条或者两条以上的链路属于链路共存集合CL_u：若是，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(7)；

(6)网络中的每个节点构建第一冲突子图LS_u，并根据LS_u构建第一局部生成子图T_u′：

(6a)网络中的每个节点u根据最短路径树T_u找到与自己冲突的节点，构成冲突节点集CN_u，并初始化第一冲突子图LS_u＝(V(LS_u),E(LS_u))，其中LS_u的边集合为E(LS_u)＝{(a,b)|a,b∈u∪CN_u,(a,b)∈E(G_u)}，LS_u的节点集合为V(LS_u)＝u∪CN_u；

(6b)每个节点u判断各自的第一冲突子图LS_u是否连通：若是，则节点u根据链路共存权重w_c(x,y)，在LS_u上构建局部第一局部生成子图T_u′，否则，节点u用斯坦纳生成树法在G_u上构建第一局部生成子图T_u′；

(6c)节点u将步骤(6b)中生成的第一局部生成子图T_u′的边集合E(T_u′)记录到局部连通子图S_u的边集合E(S_u)中，即将T_u′的节点集合V(T_u′)记录到局部连通子图S_u的节点集合V(S_u)中，即将T_u′的节点集合V(T_u′)记录到逻辑冲突邻居集LCN_u中，即节点u通过洪泛的方式把LCN_u和E(S_u)的拓扑信息发送给S_u中的所有节点，执行步骤(8)；

(7)网络中的每个节点u构建第二冲突子图CS_u，并根据CS_u构建第二局部生成子图T_u″：

(7a)网络中的每个节点u根据最短路径树T_u找到与自己冲突的节点，构成冲突节点集CN_u，并初始化第二冲突子图CS_u＝(V(CS_u),E(CS_u))，其中CS_u的节点集合为V(CS_u)＝CN_u，边集合为E(CS_u)＝{(c,d)|c,d∈CN_u,(c,d)∈E(G_u)}；

(7b)每个节点u检测各自的第二冲突子图CS_u是否连通：若是，节点u根据链路共存权重w_c(x,y)在CS_u上构建第二局部生成子图T_u″，否则，节点u用斯坦纳生成树法在G_u\u上构建第二局部生成子图T_u″；

(7c)节点u将步骤(7b)中生成的第二局部生成子图T_u″的边集合E(T_u″)记录到局部连通子图S_u的边集合E(S_u)中，即将T_u″的节点集合V(T_u″)记录到局部连通子图S_u的节点集合V(S_u)中，即将T_u″的节点集合V(T_u″)记录到逻辑冲突邻居集LCN_u中，即节点u通过洪泛的方式把LCN_u和E(S_u)的拓扑信息发送给S_u中的所有节点，执行步骤(8)；

(8)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连通子图S_u和逻辑冲突邻居集LCN_u，将局部连通子图S_u上的一跳邻节点v作为逻辑邻节点，构成逻辑邻节点集LN_u＝{v∈V(S_u)|(u,v)∈E(S_u)}；

(9)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集所需要的功率：

(10)根据网络中的所有节点构成的局部连通子图S_u生成最终的全网拓扑G＝(V(G),E(G))，其中V(G)为网络中所有节点，E(G)每个节点与自己的逻辑邻节点间的链路，即E(G)＝{(u,v)|u∈V(G),v∈LN_u}；

(11)使用贪婪染色算法对已构建的最终全网拓扑G中的每个节点u进行信道分配。

2.根据权利要求1所述的基于串行干扰消除的分布式拓扑控制方法，其中步骤(1)中分别获得一跳和两跳邻接点的序列号和位置信息，是指网络中每个节点u以最大发射功率P_max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第一节点信息HELLO-1包和第二节点信息HELLO-2包，并接收一跳邻节点发送的HELLO-1包和HELLO-2包,其中该HELLO-1包中包括u节点的序列号和位置信息，HELLO-2包中包括u的所有一跳邻节点的序列号和位置信息。

3.根据权利要求1所述的基于串行干扰消除的分布式拓扑控制方法，其中步骤(2)所述的建立局部两跳拓扑子图G_u，按如下步骤进行：

(2a)每个节点u根据接收到的一跳邻节点的第一节点信息HELLO-1包和第二节点信息HELLO-2包，获取并记录该HELLO-1包和HELLO-2包中节点的序列号和位置信息，用这些邻节点构成两跳邻节点集EN_u，其中HELLO-1包中包括u节点的序列号和位置信息，HELLO-2包中含有u的所有一跳邻节点的序列号和位置信息；

(2b)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其中，x,y∈G_u，β为接收信噪比门限值，其根据接收机的灵敏度和误码率要求确定；α为路径损耗因子，d_x,y是节点x,y之间的欧式距离；

(2c)若P_x,y小于节点u的最大发射功率P_max，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；

(2d)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_u＝(V(G_u),E(G_u))，其中局部两跳拓扑子图G_u的节点集合为V(G_u)＝EN_u∪{u}，G_u的边集合为其中是节点之间的欧式距离。

4.根据权利要求1所述的基于串行干扰消除的分布式拓扑控制方法，其中所述步骤(2)中的计算局部两跳拓扑子图G_u中任意两个有连接关系的节点x,y之间的链路能耗权重w_p(x,y)，按照下式计算：

w_p(x,y)＝P_x,y，

其中，x,y∈V(G_u)，P_x,y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，按照下式计算：

$P_{x,y}={\mathrm{\βd}}_{x,y}^{\mathrm{\α}},$

其中，β为接收信噪比门限值，其根据接收机的灵敏度和误码率要求确定；α为路径损耗因子，d_x,y是节点x,y之间的欧式距离。

5.根据权利要求1所述的基于串行干扰消除的分布式拓扑控制方法，其中步骤(2)中计算局部两跳拓扑子图G_u中任意两个有连接关系的节点x,y之间的链路共存权重w_c(x,y)，按照下式计算：

$w_c(x,y)=d_{x,y}{(1/R_{max})}^{{\mathrm{\ϵ}}_{x,y}},$

其中，x,y∈V(G_u)，d_x,y为节点x,y间的欧式距离，R_max为节点的最大传输半径，ε_x,y为链路共存因子，当链路(x,y)属于链路共存集合CL_u时，ε_x,y＝1，否则，ε_x,y＝0。

6.根据权利要求1所述的基于串行干扰消除的分布式拓扑控制方法，其中步骤(3)中的判断局部两跳拓扑子图G_u中任意两个有连接关系的节点x,y之间的链路是否能够与主用户链路在同一信道上进行数据传输，按如下步骤进行：

(3a)每个节点u对所有局部两跳拓扑子图G_u中的节点按度的大小进行降序排序，其中节点的度为该节点的出边数目；

(3b)依照节点度的次序选择G_u中的节点x∈V(G_u)，判断节点x在发送数据时是否会对主用户产生干扰，判断条件为：

$d_{x,{\mathrm{PU}}_r}\>d_{{\mathrm{PU}}_{t,}{\mathrm{PU}}_r}{(P_{max}/P_{PU})}^{1/\mathrm{\α}},$

若条件成立，则节点x在发送数据时不会对主用户产生干扰，执行步骤(3c)，否则，按节点度的次序对下一个节点执行步骤(3b)，直到V(G_u)中所有节点判断完毕，

其中，为节点x与主用户接收端PU_r的欧式距离，为主用户发送端PU_t与主用户接收端PU_r的欧式距离，P_PU为主用户的发射功率；

(3c)根据局部两跳拓扑子图G_u找出节点x的所有一跳邻居节点，这些邻节点构成一跳邻节点集DN_x，对于所有的节点y∈DN_x，按度的大小进行降序排序，并依照该度的次序判断一跳邻居节点中哪些节点能够在主用户存在的情况下，成功接收来自节点x的数据，判断条件为：

当主用户的干扰强度小于节点y的接收灵敏度时，其判断条件为：

主用户的干扰强度强到满足串扰干扰消除条件时，其判断条件为：

若两个判断条件中有一个成立，则链路(x,y)能与主用户链路在同一信道进行数据传输；否则，按照节点x的所有一跳邻居节点的度的顺序对下一个一跳邻居节点进行判断，直到节点x的所有一跳邻居节点全部执行完毕，其中，为节点y与主用户发送端PU_t的欧式距离。

7.根据权利要求1所述的基于串行干扰消除的分布式拓扑控制方法，其中步骤(4b)中的最短路径树T_u，使用Dijkstra算法或Bellman-Ford算法构建。

8.根据权利要求1所述的基于串行干扰消除的分布式拓扑控制方法，其中步骤(11)中使用贪婪染色算法对已构建的最终全网拓扑G中的每个节点u进行信道分配，按如下步骤进行：

(11a)节点u向逻辑冲突邻居集LCN_u中的所有节点用最大发送功率,并通过洪泛的方式在公共控制信道上发送请求分配信道包RAC；

(11b)逻辑冲突邻居集LCN_u中的节点在收到RAC包后，用最大发送功率通过单播的方式把回馈信道分配包AC发给节点u，告知已经选择的信道；

(11c)节点u收集所有LCN_u中的节点回馈的AC包，并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。