便携式无线墒情综合监测仪的网络拓扑控制算法

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1、便携式无线墒情综合监测仪的网络拓扑控制算法近年来，已有大量的拓扑控制算法被提出和研究。早期的拓扑控制算法假设能获得每个节点及其邻居节点的精确位置或方向。如在基于圆锥的分布式拓扑控制算法ＣＢＴＣ中，一个节点u以所需的最小功率发射来确保在以其为圆心的每个α度的圆锥内都有一些节点可达。以便携式无线墒情综合监测仪BTZS-GPRS的极坐标极角，将区域覆盖转化为角度叠加，通过判断多个圆心角的叠加和是否等于２π来决定节点的无线传输范围是否覆盖其直接传输区域。然而，实际无线环境条件下节点距离或方向信息很难可靠获取。因此，无需位置信息的拓扑控制算法被提出和研究。在有向相

2、关邻居图ＤＲＮＧ中，当且仅当存在一条路径u→n→v满足节点u到n及n到v的能量消耗都比从u到v的能量消耗小时，移走边（u，v）。以上拓扑算法大多基于比较理想的无线环境，而实际无线通信具有多径传播，而且不同延时的不同路径、衰减和相移等无线不规则也会影响拓扑控制算法。ＰＬＢＤ通过接收信号强度来计算路径损耗，并采用路径损耗大小为条件来构建拓扑。ＣＯＮＲＥＡＰ考虑实际无线环境中连通和非连通区域之间过渡区域的无线链路（称之为失效链路），并利用这些连续的失效链路来构建能量更有效的网络拓扑。ＱＬＳＣＰ算法中，通过选择合适的通信节点来调整关键节点业务负载和执行自适应睡眠

3、管理，从而构建一种面向恶劣无线环境应用的网络拓扑。本文提出了一种面向实际环境应用的无需任何位置信息的优化功率控制拓扑控制算法（ＭＰＴＣ）。１　无线墒情综合网络模型1．1　基本概念BTZS-GPRS便携式无线墒情综合监测仪是浙江托普利用GPRS传输模式将数据传输至网络中，专门针对无线墒情，用户可通过任何一台可上网的电脑查看数据并下载分析，也可以上传到国家指定的墒情IP站点。1．2　网络模型假设无线传感器网络中的每个节点u∈V（V为所有节点集合）具有最大发射功率Pｍａｘ，且支持全向发射。把网络中的节点看作一个有向图G＝（V，E）的顶点，图中的节点u和v通过一

4、条从u到v的有向边连接，当且仅当：节点u以最大发射功率Pｍａｘ进行全向发射时能直接到达节点v，且节点v以最大发射功率Pｍａｘ进行全向发射时能直接到达节点u。因此，如果（u，v）∈E，则（v，u）∈E，称G为最大功率条件下的网络拓扑。给定G＝（V，E），C（u，v）表示节点u能达到节点v所需的最小通信代价，将C（u，v）作为权值赋给每个有向边（u，v）∈E。由于G连通，节点u和v之间至少存在路径p＝｛u＝v０，v１，?，vn＝v｝，则节点u和v之间的最小功率路径可表示为：CG（p）＝CG（u，v１）＋CG（v１，v２）＋?＋CG（vn－１，v）。在上述网络

5、模型的基础上，下面给出ＭＰＴＣ拓扑控制算法的具体描述和实现过程。２　ＭＰＴＣ拓扑控制算法2．1　算法描述ＭＰＴＣ算法的基本思想就是计算节点u和v之间是否存在多跳路径，与节点u和v直接通信所需能量消耗比每一跳的能量消耗更低。如果u和v之间存在这样的路径，则从图G中移走边（u，v）。为了方便描述算法的实现，定义通信对列表ＴｕｐｌｅＬｉｓｔ（u），列表ＴｕｐｌｅＬｉｓｔ（u）中记录了节点u与其所有邻居节点直接通信的所有通信对｛C（u，v）＝（m１，m２，m３）｜uv∈V且v∈N（u）｝，其中m１＝Pｍｉｎ（u，v），m２＝ＩＤu，m３＝ＩＤv。2．2　算法实现

6、算法主要由两个阶段组成，通信对列表收集阶段以及拓扑建立阶段。（１）通信对列表收集假设每个节点具有k个功率等级，最大功率为Pｍａｘ，最小功率为Pｍｉｎ，当前功率级别用Pk表示。各节点依次以功率Pk广播包含当前发射功率Pk和节点ＩＤ的信标报文，每个节点根据接收的报文编制通信对列表。过程的程序代码如下：Ｃｏｍｐｉｌｉｎｇ＿ｏｆ＿Ｌｉｓｔｓ（）１：Pk＝pｍｉｎ２：　ｄｏkｔｉｍｅｓ３：　ｆｏｒ（u∈V）ｄｏ４：　ｗｈｉｌｅ（ｒｅｃｅｉｖｅｍｅｓｓａｇｅｆｒｏｍv∈N（u））ｄｏ５：　　ｉｆ（C（u，v）臭ＴｕｐｌｅＬｉｓｔ（u）６：　　ｉｎｓｅｒｔａｎｅｗC（

7、u，v）ｉｎｔｏＴｕｐｌｅＬｉｓｔ（u）７：　　　m１＝Pk，m２＝ＩＤu，m３＝ＩＤv８：　　ｅｎｄｉｆ９：　ｅｎｄｗｈｉｌｅ１０：　ｅｎｄｆｏｒ１１：Pk＝Pk＋１１２：ｅｎｄｄｏ（２）拓扑建立每个节点以最大发射功率Pｍａｘ向它的所有邻居节点广播通信对列表，同时也收集其各个邻居节点的通信对列表。从任一节点u的通信对列表中取出第一个通信对C（u，v），并将C（u，v）从ＴｕｐｌｅＬｉｓｔ（u）中删除。接着构建一个节点v的所有邻居节点中满足｛C（w，v）＜C（u，v）｜w∈N（v）｝的节点集合Nu（v）。从Nu（v）中任意取出w，先判断w是否为ｕ的邻居节

8、点。如果是，接下来判断C（u，w）＜C（u，v）是否成立，如果成立，标志变量pa