一種短程無線網絡中網絡拓撲控制的方法
2023-05-02 03:20:51
一種短程無線網絡中網絡拓撲控制的方法
【專利摘要】本發明涉及一種短程無線網絡中網絡拓撲控制的方法，屬於無線通信【技術領域】。首先短程無線網絡中的設備通過射頻接口接收無線網絡中發送設備設備發出的射頻信號；對射頻接口接收的射頻信號進行信號分流操作，得到射頻分量信號；對射頻分量信號進行信號衰減操作，得到射頻衰減分量信號和單跳衰減係數；射頻接口接收射頻衰減分量信號發送給無線網絡中接收設備；計算單跳傳輸衰減係數兩兩乘積，得到多跳衰減係數集合；計算多跳衰減係數集合的最大值，得到射頻接口的隔離度；比較單跳衰減係數和射頻接口的隔離度值域範圍，判斷其是否滿足拓撲控制需求。本方法的優點是，在小空間內準確的模擬實際物理通信環境，無需對無線網絡中的設備程序進行修改實現網絡拓撲控制，具備通用性，在研究測試過程中能構建一個比較理想的環境，消除外部信號的影響，促進短程無線網路的研究與測試。
【專利說明】一種短程無線網絡中網絡拓撲控制的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種短程無線網絡中網絡拓撲控制的方法，屬於無線通信【技術領域】。【背景技術】
[0002]外界物理通信環境影響著短程無線網絡中設備之間信號傳遞情況，使得有些設備相互間能直接通信，有些則不能，需要通過網絡內其它設備中繼來完成信息交互。這就形成不同的網絡拓撲情況。在對短程無線網絡研究、測試及調試時，就需要對不同的網絡拓撲情況進行分析。這就要求網絡中的設備能按照需求形成特定的網絡拓撲。在小空間內實現短程無線網絡的網絡拓撲控制對於網絡的研究測試具有非常重要的意義。
[0003]短程無線網絡中網絡拓撲控制的過程就是設備間信息傳遞結果控制的過程。傳統的網絡拓撲控制的方法是由設備內部程序實現，採用黑名單技術。網絡中中的設備接收到其黑名單內的設備發送的信號時，就將此信號丟棄。這只是在邏輯上實現網絡拓撲控制，實際上並沒有對相應設備間傳輸的信號進行約束，即此時設備間可以交互信號，只是設備對收到的信號不處理而已。這與實際物理環境情況下形成的網絡拓撲有一定的差別，並不能完全模擬相應物理環境下網絡的情況，比如不能直接通信的設備同時發送信號的情況。而且這樣建立的網絡拓撲是固定的，對調相應的設備也不會對網絡拓撲產生影響，但是在實際情況中當設備位置發生變化後，原本不能直接通信的設備也許能進行信號傳遞。
[0004]另外，採用黑名單方法需要對設備原來的程序做一定的修改，不是一種比較通用的方法。如果有不同的廠家設備在一起測試時，而對廠家設備的程序進行修改是不可行的，此時黑名單方法就無效了。
[0005]為了在小空間內更好的模擬實際物理環境，具備更好的通用性，需要設計新的網絡拓撲控制的方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提出一種短程無線網絡中網絡拓撲控制的方法，在諸如實驗室內的有限空間下能夠準確的模擬實際物理環境，通用地實現特定的網絡拓撲。在網絡拓撲控制中，採用轉換為有線連接，添加衰減因子的方式，約束設備間的通信關係。
[0007]本發明提出的短程無線網絡中網絡拓撲控制的方法，包括以下各步驟:
[0008](I)N個射頻接口接收短程無線網絡中發送設備發出的射頻信號，射頻接口 i接收的射頻信號記為Si。
[0009](2)對上述射頻接口接收的射頻信號進行信號分流操作，得到射頻接口 i接收的射頻信號流向射頻接口 j的射頻分量信號，記為su，j=l, 2……N。
[0010](3)對上述射頻分量信號進行信號衰減操作，得到射頻衰減分量信號為S』 ,J和射頻接口 i流向射頻接口 j的單跳衰減係數Aijt5 [0011](4)射頻接口接收上述射頻衰減分量信號，並發送給短程無線網絡中接收設備。
[0012](5)計算射頻接口 i的所有的轉播衰減值TAjk=AjiXAik，其中j，k=l，2，…，N且j關k關i，得到射頻接口 i的轉播衰減值集合Ci=ITA 12，TA13,...,TAjk,…}。
[0013](6)計算上述射頻接口 i的轉播衰減值集合的最大值，得到射頻接口 i的隔離度，記為 Ei=MAX(Ci)。
[0014](7)若任意值不為零的單跳衰減係數Au大於等於連通閥值Y1，且任意的射頻接口的隔離度Ei均小於等於阻隔閥值Y2,則完成網絡拓撲控制。
[0015](8)若存在值不為零的單跳衰減係數小於Y1或者射頻接口的隔離度大於Y2，調整相應的單跳衰減係數值使得所有的單跳衰減係數和射頻接口的隔離度滿足(6)所述條件。
[0016]上述對射頻接口傳輸的射頻信號進行信號分流操作的方法，其特徵在於:
[0017](I)根據期望實現的網絡拓撲約束，通過有線方式將射頻接口 i與期望同它有連接關係的射頻接口連接起來，得到射頻分量信號sn，Si2,…，SiN。
[0018](2)上述射頻分量信號滿足Si=SiASi2+……+SiN，且Sii=O，Sik=O，k為與射頻接口 i無連接關係的射頻接口。
[0019]上述對射頻分量信號進行信號衰減操作的方法，其特徵在於:
[0020]( I)將射頻接口 i流向射頻接口 j的射頻分量信號進行衰減使得射頻接口 j接收的射頻分量信號s』 ^=AijXSij,為Aij射頻接口 i流向射頻接口 j的單跳衰減係數。
[0021](2)上述衰減倍數Aij滿足O≤Aij≤I,且Aij=Aji,如果Sij=O,則Aij =0。
[0022]上述連通閥值Y1和阻隔閥值Y2獲取的方法，其特徵在於:
[0023](I)在射頻接口數目N為2的情況下，短程無線網絡設備I與射頻接口 I連接，短程無線網絡設備2與射頻接口 2連接，射頻接口 I和射頻接口 2之間存在連接關係(SPS12幸0)，射頻接口 I流向射頻接口 2的單跳傳輸衰減係數為A12。
[0024](2)短程無線網絡設備I以規定的最大功率發送射頻信號，短程無線網絡設備2接收射頻信號。
[0025](3)調節單跳傳輸衰減係數A12，使得無線網絡設備I發送的射頻信號無線網絡設備2能夠正確接收。此時A12的臨界值定義為Yp
[0026](4)調節單跳傳輸衰減係數A12，使得無線網絡設備2無法接收無線網絡設備I發送的射頻信號。此時A12的臨界值定義為Y2。
[0027]本發明提出的短程無線網絡中網絡拓撲控制的方法，具有以下優點:
[0028](I)本發明利用有線連接及衰減因子實現對於無線網路設備通信信號的控制，能更真實地模擬物理環境狀況，使得測試結果更準確。
[0029](2)本發明對網絡拓撲控制的實現不需要對無線網絡設備內部程序做任何修改，使得設備測試更便捷通用。
[0030](3)本發明的網絡拓撲控制方法對相同類型的短程無線網絡設備均適用，並且可以根據實際情況進行擴展，使得拓撲控制更靈活。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明的網絡拓撲控制信號流方向示意圖；
[0032]圖2是本發明的網絡拓撲控制結構示意圖。
[0033]具體實施方法
[0034]本發明提出的短程無線網絡中網絡拓撲控制的方法，首先短程無線網絡中的設備通過射頻接口接收無線網絡中發送設備設備發出的射頻信號；對射頻接口接收的射頻信號進行信號分流操作，得到射頻分量信號；對射頻分量信號進行信號衰減操作，得到射頻衰減分量信號和單跳衰減係數；射頻接口接收射頻衰減分量信號發送給無線網絡中接收設備；計算單跳傳輸衰減係數兩兩乘積，得到多跳衰減係數集合；計算多跳衰減係數集合的最大值，得到射頻接口的隔離度；比較單跳衰減係數和射頻接口的隔離度值域範圍，判斷其是否滿足拓撲控制需求。
[0035]上述網絡拓撲控制的方法中，網絡拓撲控制過程包含以下各步驟:
[0036](1)N個射頻接口接收短程無線網絡中發送設備發出的射頻信號，射頻接口 i接收的射頻信號記為S」
[0037](2)對上述射頻接口接收的射頻信號進行信號分流操作，得到射頻接口 i接收的射頻信號流向射頻接口 j的射頻分量信號，記為Su，j=l, 2……N。
[0038](3)對上述射頻分量信號進行信號衰減操作，得到射頻衰減分量信號為S』 ,j和射頻接口 i流向射頻接口 j的單跳衰減係數Aijt5
[0039](4)射頻接口接收上述射頻衰減分量信號，並發送給短程無線網絡中接收設備。
[0040](5)計算射頻接口 i的所有的轉播衰減值TAjk=AjiXAik，其中j，k=l，2，…，N且j關k關i，得到射頻接口 i的轉播衰減值集合Ci=ITA 12，TA13,...,TAjk,…}。
[0041](6)計算上述射頻接口 i的轉播衰減值集合的最大值，得到射頻接口 i的隔離度，記為 Ei=MAX(Ci)。
[0042](7)若任意值不為零的單跳衰減係數Au大於等於連通閥值Y1，且任意的射頻接口的隔離度Ei均小於等於阻隔閥值Y2,則完成網絡拓撲控制。
[0043](8)若存在值不為零的單跳衰減係數小於Y1或者射頻接口的隔離度大於Y2，調整相應的單跳衰減係數值使得所有的單跳衰減係數和射頻接口的隔離度滿足(6)所述條件。
[0044]上述的對射頻接口傳輸的射頻信號進行信號分流操作的方法，包括以下各步驟:
[0045](I)根據期望實現的網絡拓撲約束，通過有線方式將射頻接口 i與期望同它有連接關係的射頻接口連接起來，得到射頻分量信號sn，Si2,…，SiN。
[0046](2 )上述射頻分量信號滿足Si=SiJSi2+……+SiN，且Sii=O，Sik=O，k為與射頻接口 i無連接關係的射頻接口。
[0047]上述的對射頻分量信號進行信號衰減操作的方法，包括以下各步驟:
[0048]( I)將射頻接口 i流向射頻接口 j的射頻分量信號進行衰減使得射頻接口 j接收的射頻分量信號S』 ij=AijXSij,為Aij射頻接口 i流向射頻接口 j的單跳衰減係數。
[0049](2)上述衰減倍數Aij滿足O≤Aij≤1,且Aij=Aji,如果Sij=O,則Aij =0。
[0050]上述的連通閥值Y1和阻隔閥值Y2獲取的方法，包括以下各步驟:
[0051](I)在射頻接口數目N為2的情況下，短程無線網絡設備I與射頻接口 I連接，短程無線網絡設備2與射頻接口 2連接，射頻接口 I和射頻接口 2之間存在連接關係(SPS12幸0)，射頻接口 I流向射頻接口 2的單跳傳輸衰減係數為A12。
[0052](2)短程無線網絡設備I以規定的最大功率發送射頻信號，短程無線網絡設備2接收射頻信號。
[0053](3)調節單跳傳輸衰減係數A12，使得無線網絡設備I發送的射頻信號無線網絡設備2能夠正確接收。此時A12的臨界值定義為Yp[0054](4)調節單跳傳輸衰減係數A12，使得無線網絡設備2無法接收無線網絡設備I發送的射頻信號。此時A12的臨界值定義為Y2。
[0055]以下詳細介紹本發明的一個實施例:
[0056]以基於IEEE 802.15.4標準的無線傳感器網絡為例。無線傳感器網絡一個主要的特點就是通過多跳傳輸的方式實現遠距離信號的傳遞。線性拓撲對於無線傳感器網絡的研究和測試來說是一個非常基礎的拓撲結構。這就需要約束網絡中的設備的射頻覆蓋區域只包括鄰近的設備。在本發明的實施例中，利用射頻同軸線和射頻衰減器，採用屏蔽技術，實現線性拓撲約束，控制設備組建線性網絡拓撲。下面以控制四個設備組建線性網絡拓撲進行說明。
[0057]首先四個頻接口與相應的無線傳感器網絡設備連接，接收設備發出的射頻信號，得到射頻信號S1、S2, S3, s4。根據需要實現的線性拓撲拓撲需求將上述射頻接口接收的射頻信號進行信號分流操作，得到射頻分量信號sn、S12, S13、S14, S21, S22, S23> S24, S31 > S32> s33、S34、S41、S42、S43、S44,滿足如下關係:
[0058]S1=S1 ^S^+S^+S^
[0059]S2=S21+S22+S23+S24
[0060]S3=S31+S32+S33+S34[0061 ] S4=S41+S42+S43+S44
[0062]S11-S13-S14-S22-S24-S31-S33-S41-S42-S44-O
[0063]對各個射頻衰減信號進行衰減操作，得到射頻衰減分量信號以及對應的單跳衰減係數:A]_ 1、A。、A。、A14、Ag1、A22、A23、A24、A31、A32、A33、A34、A41、A42、A43、A44，倆足如下關係:
[0064]A12=A21=al，0 ^ al ^ I
[0065]A23=A32=a2，0 ^ a2 ^ I
[0066]A34=A43=a3，0 ^ a3 ^ I
[0067]A11-A13-A14-A22-A24-A31 -A33-A41-A42-A44-O
[0068]然後射頻接口接收上述射頻衰減分量信號，並發送給無線傳感器網絡設備。計算各個射頻接口的所有的轉播衰減值，得到射頻接口 i的轉播衰減值集合:
[0069]C1= {TA23j TA24j TA32j T34j T42j T43I = (A21X A13, A21X A14, A31X A12, A31X A14, A41X A12, A41XA13I = 1j 0，0，0，0，0}
[0070]C2= {TA13j TA14j TA31j T34j T41j T43I = (A12 X A23, A12 X A24, A32 X A21, A32 X A24, A42 X A21, A42 X A23} = {O, 0，a2.al，0，0，0}
[0071 ] C3= {TA12，TA14j TA21j T24j T41j T42I = (A13 X A32, A13 X A34, A23 X A31, A23 X A34, A43 X A31, A43 X A32} = {0，0，0，a2.a3，0，0}
[0072]C4= {TA12，TA13j TA21j T23j T31j T32I = (A14XA42, A14XA43, A24XA41, A24XA43, A34XA41, A34XA42I = {0, 0，0，0，0，0}
[0073]計算上述各個射頻接口的轉播衰減值集合的最大值，得到各個射頻接口的隔離度:
[0074]E1=E4=O [0075]E2=a2.al
[0076]E3=a2.a3[0077]判斷單跳衰減係數al，a2，a3是否大於等於連通閥值Y1, E1, E2, E3, E4是否小於等於阻隔閥值Y2，如果滿足條件則完成網絡拓撲控制，否則調整單跳衰減係數值直到滿足條件。
[0078]為了獲取連通閥值Y1和阻隔閥值Y2，將網絡設備I與射頻接口 I連接，網絡設備2與射頻接口 2連接，射頻接口 I和射頻接口 2之間用射頻同軸線連接，再在射頻同軸線上加入一個射頻衰減器，衰減係數為設定網絡設備I以規定的最大功率發送射頻信號，網絡設備2接收射頻信號。調整射頻衰減器的衰減係數Atl,使得設備2能準確接收設備I發送的射頻信號，比如誤包率小於1%，此時衰減係數Atl的臨界值即為連通閥值Y1 ;使得設備2不能接收到設備I發送的射頻信號，比如丟包率大於等於99.9%，此時衰減係數Atl的臨界值即為阻隔閥值Y2。
【權利要求】
1.一種短程無線網絡中網絡拓撲控制的方法，其特徵在於該方法包括以下各步驟: (I )N個射頻接口接收短程無線網絡中發送設備發出的射頻信號，射頻接口 i接收的射頻信號記為Si。 (2)對上述射頻接口接收的射頻信號進行信號分流操作，得到射頻接口i接收的射頻信號流向射頻接口 j的射頻分量信號，記為Su，j=l, 2……N。 (3)對上述射頻分量信號進行信號衰減操作，得到射頻衰減分量信號為S，,j和射頻接口 i流向射頻接口 j的單跳衰減係數Aijtl (4 )射頻接口接收上述射頻衰減分量信號，並發送給短程無線網絡中接收設備。 (5)計算射頻接口i的所有的轉播衰減值TAjk=AjiXAik，其中j，k=l，2，…，N且j關k關i，得到射頻接口 i的轉播衰減值集合Ci=ITA 12，TA13,...,TAjk,…}。 (6)計算上述射頻接口i的轉播衰減值集合的最大值，得到射頻接口 i的隔離度，記為Ei=MAX (Ci)。 (7)若任意值不為零的單跳衰減係數Au大於等於連通閥值Y1，且任意的射頻接口的隔離度Ei均小於等於阻隔閥值Y2,則完成網絡拓撲控制。 (8)若存在值不為零的單跳衰減係數小於Y1或者射頻接口的隔離度大於Y2,調整相應的單跳衰減係數值使得所有的單跳衰減係數和射頻接口的隔離度滿足(6 )所述條件。
2.如權利要求1所述的對射頻接口傳輸的射頻信號進行信號分流操作的方法，其特徵在於: (1)根據期望實現的網絡拓撲約束，通過有線方式將射頻接口i與期望同它有連接關係的射頻接口連接起來，得到射頻分量信號sn，Si2,…，SiN。 (2)上述射頻分量信號滿足Si=Sil+ Si2+……+ SiN，且Sii=O, Sik=O, k為與射頻接口 i無連接關係的射頻接口。
3.如權利要求3所述的對射頻分量信號進行信號衰減操作的方法，其特徵在於: (1)將射頻接口i流向射頻接口 j的射頻分量信號進行衰減使得射頻接口 j接收的射頻分量信號S，U=AijXSij,為Aij射頻接口 i流向射頻接口 j的單跳衰減係數。 (2)上述衰減倍數Aij滿足O≤Aij≤ 1，且Aij= Aji,如果Sij=O,則Aij =0。
4.如權利要求1所述的連通閥值Y1和阻隔閥值Y2獲取的方法，其特徵在於: (1)在射頻接口數目N為2的情況下，短程無線網絡設備I與射頻接口I連接，短程無線網絡設備2與射頻接口 2連接，射頻接口 I和射頻接口 2之間存在連接關係(即S12古0)，射頻接口 I流向射頻接口 2的單跳傳輸衰減係數為A12。 (2)短程無線網絡設備I以規定的最大功率發送射頻信號，短程無線網絡設備2接收射頻信號。 (3)調節單跳傳輸衰減係數A12，使得無線網絡設備I發送的射頻信號無線網絡設備2能夠正確接收。此時A12的臨界值定義為Yp (4)調節單跳傳輸衰減係數A12，使得無線網絡設備2無法接收無線網絡設備I發送的射頻信號。此時A12的臨界值定義為Y2。
【文檔編號】H04W24/02GK103874079SQ201210545401
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月14日 優先權日:2012年12月14日
【發明者】張暉, 郭楠, 卓蘭, 張晶晶, 趙振豐 申請人:中國電子技術標準化研究院, 北京威訊紫晶科技有限公司