[发明专利]基于分簇的无线光通信网络动态拓扑控制方法

权利要求书

1.一种基于分簇的无线光通信网络动态拓扑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对无线光通信网络进行初始化：

确定无线光通信网络每个节点的当前信息、链路连接门限T_th和拓扑更新周期T，其中无线光通信网络每个节点的当前信息包括每个节点的位置信息、当前速率、目标速率、加速度、通信距离、运动方向、节点度、节点ID和簇ID，簇ID用于标记节点所属簇；

(2)每个节点采用APT系统对邻居节点进行扫描，并将扫描到的所有邻居节点存入邻居节点集合V_n，对集合V_n中的邻居节点进行分簇；

(3)每个节点判断邻居节点集合V_n是否为空，若是，分簇完成，执行步骤(8)，否则，执行步骤(4)；

(4)每个节点向从邻居节点集合V_n中任取的一个邻居节点请求建立链路，并判断自己的簇ID与该邻居节点的簇ID是否相同，若是，则放弃建立链路，并执行步骤(3)；否则，执行步骤(5)；

(5)每个节点计算自己与其邻居节点的链路保持时间T_LAB：

(5a)计算每个节点的初始速度和目标速度其邻居节点的初始速度和目标速度

其中，v_A0、α和v_At分别为每个节点的当前速率、运动方向和目标速率，v_B0、β和v_Bt分别为其邻居节点的当前速率、运动方向和目标速率；

(5b)计算每个节点与其邻居节点之间的初始相对速度和目标相对速度

(5c)计算每个节点与其邻居节点之间的相对位置和距离L：

其中，为每个节点的位置信息，x_A和y_A分别表示每个节点在二维坐标系下的横坐标与纵坐标，为邻居节点的位置信息，x_B和y_B分别表示邻居节点在二维坐标系下的横坐标与纵坐标；

(5d)计算初始相对速度与相对位置之间的夹角θ：

(5e)计算每个节点自己移出其邻居节点通信范围R之外所需的移动距离D：

D²+L²-2DLcosθ＝R²；

(5f)计算每个节点与其邻居节点之间的相对加速度

其中a_A和a_B分别为每个节点和其邻居节点的加速度；

(5g)计算每个节点从初始相对速度加速到目标相对速度所需的时间t₀，加速阶段的运动距离S₀：

其中表示为初始相对速度的大小，表示为目标相对速度的大小；

(5h)每个节点判断加速阶段的运动距离S₀是否小于所需的移动距离D，若是，则说明每个节点在达到所需移动距离D之前就加速到目标相对速度其加速时间为t₀，然后再以相对目标速度做匀速直线运动，执行步骤(5i)；否则，说明每个节点还未加速到目标相对速度就达到所需移动距离D，执行步骤(5j)；

(5i)计算每个节点自己与其邻居节点的链路保持时间T_LAB：

T_LAB＝t₀+t₁

其中，t₁为每个节点做匀速直线运动的运动时间，计算公式为：

S₀+v_tt₁＝D；

(5j)计算每个节点自己与其邻居节点的链路保持时间T_LAB：

T_LAB＝t₂

其中，t₂为每个节点自己加速运动时间，计算公式为：

(6)每个节点判断T_LAB是否大于链路连接门限T_th，若是，建立自己与其邻居节点的链路，并执行步骤(7)；否则执行步骤(3)；

(7)每个节点和其邻居节点所在簇的所有节点对簇ID进行修改：

每个节点对自身簇ID与其邻居节点簇ID的大小进行比较，并将属于大的簇ID的所有成员的簇ID修改为小的簇ID，使同一个簇内所有节点具有相同的簇ID，簇ID修改完成，执行步骤(3)；

(8)对无线光通信网络簇间参数进行初始化：

构建任意两簇之间大小为X的簇间链路优先队列W，并设置W的初始值为0，同时构建每个节点的备选节点集合V_A；

(9)每个节点设置自己的备选节点集合V_A：

(9a)每个节点判断自己是否具有剩余节点度，若是，执行步骤(9b)，否则设置自己的备选节点集合V_A为空；

(9b)每个节点利用APT系统，对所有邻居节点进行扫描，得到具有剩余节点度的邻居节点；

(9c)每个节点计算自己与每个相邻簇中具有剩余节点度的邻居节点的簇间链路权值ω，并将每个相邻簇中最大簇间链路权值的邻居节点存入到自己的备选节点集合V_A，其中ω的计算步骤为：

(9c1)每个节点计算自己与每个相邻簇中具有剩余节点度的邻居节点的链路可靠性R₀，计算公式为：

其中是修正的Bessel函数，Γ(·)是Gamma函数，α和β是与传输距离、孔径以及大气环境相关的参数，是与几何损耗和路径损耗有关的规模系数，可以通过接收器参数和大气环境确定；

(9c2)每个节点计算自己与每个相邻簇中具有剩余节点度的邻居节点的簇间链路权值ω：

其中，I_th为簇间链路阈值；

(10)判断每个节点的备选节点集合V_A是否都为空，若是，执行步骤(12)，否则执行步骤(11)；

(11)每个节点进行簇间链路选择：

每个节点在自己的备选节点集合V_A不为空时，从V_A任意取出一个备选邻居节点，并将自己与取出的备选邻居节点的簇间链路加入到自己所在簇与该邻居节点所在簇之间的优先队列W，再执行步骤(10)；

(12)构建无线光通信网络拓扑结构：

连接任意两簇之间的簇间优先队列W中的X条链路，得到无线光通信网络拓扑结构；

(13)对无线光通信网络拓扑结构进行拓扑更新：

当无线光通信网络有节点的加入或退出、或无线光通信网络的运行时间与拓扑更新周期T相等时，执行步骤(2)。