[发明专利]一种基于改进遗传算法构建工业无线网络拓扑图的方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及一种反映工业无线网络中各个节点间的正确邻居关系的工业无线网络拓扑图构建方法。

背景技术

工业无线网络系统的全局视图是系统管理的前提条件，而拓扑结构是构造全局视图的一个重要模型。其中，网络拓扑构建就是依据获取的网络节点的存在性信息和它们之间的链接关系绘制出整个网络的拓扑图。在工业应用领域，网络拓扑构建便作为配置管理的核心与故障管理的基础，在整个网络的开发中占据了重要地位。

目前常见的拓扑结构的算法都是通过链接关系和父子节点的地址来计算出节点精确坐标，然后显示出来的。但是这些方法都需要特定节点的相对坐标和相互之间的距离，因此得出的拓扑结构比较精确，对算法要求比较高。但是在实际操作中，由于各种原因，往往不能得到准确的节点坐标和距离。况且在工业无线现场中，对精度要求不太高的情况下，那些算法也不太符合要求，而且这些方法对于节点的添加或减少，其拓展性不够完善，没有真正体现出各个节点之间的邻居关系。

2009年7月15日公开的申请号为200810240386.8的中国专利申请“无线自组织网络的拓扑绘制算法”，提出了一种分布式网络拓扑算法，将邻居节点最多的节点放在中心，其余节点按邻居节点数目降序的顺序，根据邻居信息计算出每个节点的坐标放在同心圆上，再现网络拓扑的连接情况。采用该方法存在以下问题：放在拓扑中心的不是系统管理器而是邻居节点数最多的节点，这样不能清晰明了告诉观察者网络结构，特别是对于树形网络。其次，该算法每一个节点都要根据前一个确定节点位置才能算出具体坐标，在效率和时间上造成了浪费。上述公开的专利文献虽然根据邻居关系再现了网络拓扑的连接情况，但不能真正反映节点的实际物理方位，从而影响网络管理。其次，该算法每一个节点的放置都要参照各自的邻居和已放置的同跳节点的位置，如果网络中节点数目较多，则会增加算法的时间复杂度。

发明内容

本发明针对现有技术构建工业无线网络拓扑图中存在的上述技术问题，提供一种适用于包含大量节点的工业无线网络的简单、快捷、有效的反映邻居节点间位置关系的网络拓扑图构建方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提出一种构建工业无线网络拓扑图的方法。具体包括：

将系统管理器节点作为中心节点，各个节点收集邻居节点信息并发送给系统管理器，系统管理器计算到各个节点的最小距离，按照最小距离确定所有节点的跳数（包括0……K跳），其中0跳节点是位于网络拓扑中心的管理节点，K跳为最远跳数。从K跳节点集合中按照邻居节点集合的相似度选取代表节点集合N_k,按照跳数第j跳节点的代表节点集合为N_k,j(j=1,2,…,k)，分别从1……K跳代表节点集合N_k,j中选择节点依次放置在网络拓扑框架1……K层六边形的顶点上；根据遗传算法依次对放置在K层六边形顶点位置上的代表节点进行位置的调整，使其满足处于拓扑框架顶点上的代表节点之间的邻居关系与其实际的物理位置邻居关系相吻合。最后，根据非代表节点与代表节点间的邻居关系信息，将剩余非代表节点也全部放入拓扑图框架中，从而完成拓扑图的绘制。

对代表节点调整位置具体为：建立同跳内节点邻居关系信息表，在关系信息表中分别设置与所处集合N_k,i相同的属于同跳位置集合Q_k,i内的某一位置元素，对位于第k层的任两个位置元素P_k,i与P_k,j，按照公式j=(i+k)mod6k或j=(i+2k)mod6k变换该层中关系信息表中的位置元素，根据适应度函数公式计算节点x的适值，当f(x)=12k时，节点位置调整完成，其中，E(x_i)为节点在当前状态的拓扑图框架中存在的满足物理邻居关系的数目，k为节点所处跳数。