[發(fā)明專(zhuān)利]一種WSN網(wǎng)絡(luò)的分布式擁塞控制和功率分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810564897.9
• 申請(qǐng)日: 2018-06-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109195179B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮維;徐永鑫;陳海濤;雷燦;何樹(shù)芳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W28/02
• 分類(lèi)號(hào): H04W28/02;H04W52/46;H04L12/753;H04W40/24;H04W52/24;H04W52/26;H04W84/18
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良;李欣瑋

1.一種WSN網(wǎng)絡(luò)的分布式擁塞控制和功率分配方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：

步驟一：初始化階段：每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)信息交互獲得網(wǎng)絡(luò)的基本配置信息，所述基本配置信息包括拓?fù)湫畔ⅰ⑿诺缼挕㈡溌肪嚯x、業(yè)務(wù)流速率上界以及節(jié)點(diǎn)可用發(fā)射功率上界，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淅米钚∩蓸?shù)算法生成本節(jié)點(diǎn)的路由表；

步驟二：建立優(yōu)化模型：以最大化網(wǎng)絡(luò)總效用為目標(biāo)，根據(jù)信道容量約束與節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率約束，建立擁塞控制和功率控制的聯(lián)合優(yōu)化模型，并進(jìn)行簡(jiǎn)化；

步驟三：通過(guò)原始對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到原始變量和對(duì)偶變量的牛頓方向，所述原始變量包含業(yè)務(wù)流速率和鏈路功率，所述對(duì)偶變量包含鏈路擁塞價(jià)格和節(jié)點(diǎn)功率價(jià)格；

步驟四：利用對(duì)偶變量在一個(gè)時(shí)隙以全牛頓步長(zhǎng)更新的結(jié)果以及矩陣分裂方法，獲得業(yè)務(wù)流速率、鏈路功率以及鏈路擁塞價(jià)格和節(jié)點(diǎn)功率價(jià)格的牛頓方向表達(dá)式；

步驟五：設(shè)定迭代更新的步長(zhǎng)，利用步驟四中的牛頓方向表達(dá)式，在各節(jié)點(diǎn)處，通過(guò)自身存儲(chǔ)的信息、相連鏈路上的信息以及一跳鄰居的信息，在本地對(duì)鏈路擁塞價(jià)格、節(jié)點(diǎn)功率價(jià)格以及鏈路功率進(jìn)行更新，源節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)業(yè)務(wù)流速率的更新；

步驟六：按時(shí)隙重復(fù)步驟五，直至全部變量收斂。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種WSN網(wǎng)絡(luò)的分布式擁塞控制和功率分配方法，其特征在于，步驟一中初始化階段實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)獲取方法如下：

通過(guò)GPS定位獲得本節(jié)點(diǎn)位置信息，通過(guò)HELLO包交互獲得鄰居信息，計(jì)算相互之間的距離，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淅米钚∩蓸?shù)算法生成本節(jié)點(diǎn)的路由表；計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的可用發(fā)射功率上界和業(yè)務(wù)流速率上界，以及交換彼此的操作權(quán)限信息。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種WSN網(wǎng)絡(luò)的分布式擁塞控制和功率分配方法，其特征在于，步驟二中的優(yōu)化模型，形式為：

其中，U(f_s)為效用函數(shù)，表示數(shù)據(jù)的源速率為f_s時(shí)，業(yè)務(wù)流s獲得的效用；約束條件(1)為鏈路信道容量約束，流經(jīng)鏈路的業(yè)務(wù)流速率之和不能超過(guò)它的信道容量；(2)為節(jié)點(diǎn)功率約束，節(jié)點(diǎn)分配給輸出鏈路的功率之和不能超過(guò)節(jié)點(diǎn)最大發(fā)送功率；(3)為業(yè)務(wù)流速率和鏈路功率的非負(fù)性約束；(4)為信道容量定義式，假設(shè)所有的信道都用帶有路徑損耗指數(shù)α的大尺度衰落和小尺度瑞利衰落建模；鏈路l的信噪比寫(xiě)為d_l為鏈路l的距離，hl為信道增益系數(shù)，p_l表示鏈路l的發(fā)送功率，|h_l|²服從均值為1的指數(shù)分布；

上述模型進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

min f_μ(y) (5)

s.t.My≤e (6)

y＝[f₁，...，f_S，p₁，...，p_L]^T表示所有的業(yè)務(wù)流速率和鏈路功率變量，表示網(wǎng)絡(luò)的路由信息和拓?fù)湫畔ⅲx的路由矩陣R∈R^L×s和去掉目的節(jié)點(diǎn)后的節(jié)點(diǎn)鏈路矩陣T∈R^(N-D)×L的內(nèi)部元素為：

L(s)表示業(yè)務(wù)流s的傳輸路徑，F(xiàn)(l)表示經(jīng)過(guò)鏈路l的業(yè)務(wù)流集合，Tx(l)和Rx(l)分別表示鏈路l的發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目|N|＝N，網(wǎng)絡(luò)鏈路數(shù)目|L|＝L，網(wǎng)絡(luò)中有S個(gè)端到端的業(yè)務(wù)流，業(yè)務(wù)流源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)分別用Src(f)和Dst(f)表示，目的節(jié)點(diǎn)數(shù)目為D；表示鏈路信道容量和節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率的限制，不包括目的節(jié)點(diǎn)；C_l表示鏈路l的信道容量，表示節(jié)點(diǎn)n的最大發(fā)送功率，0表示全零矩陣，維數(shù)結(jié)合上下文確定；約束條件(1)和(2)表示成矩陣形式，即式(6)；為定義的目標(biāo)增強(qiáng)函數(shù)，其中μ為障礙函數(shù)懲罰因子。