论文研究-矿井应急通信系统中控制节点选择算法的研究 .pdf

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矿井应急通信系统中控制节点选择算法的研究,陆思成,游晓黔,矿井下应急移动通信系统是应急救援的重要工具之一,快速评估各种场景下的网络性能是应急移动通信系统组织运用研究的重要依据,对
山国武花论文在丝 图1矿井节点(基站)分布结构 应急通信选取节点算法的研究 控制节点选取的问题 当应急事件发生时如图()所示,在大去与核心网网关连接后,相互连通的基站与 基站间会创建一个新的自组网,选出一个脱网网关,用于收集其控制的节点的信息,所以需 要解决的问题为:)控制节点数目的确定;)控制节点位置的确定。 (e)矿井通信节点的分布 (f)发生事故后通信节点的分布 图2矿井中通信节点发生事故前后的分布 控制节点问题的算法分析 目前调硏的算法主要侧重于二维平面网络的研究中。 簇头的选择算法:首先定义几个参数: 节点的度:也就是每个节点所在集合的个数。 节点的地址:用于当两个以上的节点拥有相同的最少的度时,作为比较的参考 算法描述: 先假定节点为簇头 节点广播发出簇头的通告(甲面有的度); )当节点收到的通告后,如果满走以下条件之一,那么成为簇头并广播: ①如果的度等」的度,但是的地址大」的地址; ②如果的度大于的度。 缺陷 )算法执行前,我们需要知道每个节点的度以及地址; )没有考虑节点的负载问题 )这个节点不知道如何设定 文章的控制节点选择算法: )节点持续接收来自控制节点的信号; )当只收到一个节点的信号,就选它为控制节点,否则转到 )比较每个收到的信号的强弱,选择最强的作为控制节点; )发送信号给选择的控制节点,等待接收,否则转到 缺陷: )算法过于简单,假如都选·个节点就会出现过载问题; 山国武技论文在丝 )由于我们研究的每个节点的能力都是相同的,所以接收、发送、分析这·系列的流程会 出现过于浪费时间的问题。 文章中簇头取代网关的作用,算法的描述: 每个移动设备保存当前簇头的信息 当每次移动设备移动到新的节点处,它通知当前簇头 当前的簇头贪判断延迟和注册成本是否被满足; 如果满足簇头会接受并更新数据,否则新的节点直接注册给网关,成为移动的簇头。 缺陷:如果成为新的簇头过多,会对如何探测这些簇头带来不小的问题。 首先算法有一些设定: )每个节点都有独立的号,以及了解它跳的邻居节点的号; )每个节点都能调整它们的传输效※,并且有最大的传输效率; )设定了最多连接节点的个数的值。 算法措述: )每个节点广播自己的号用一般的传输效率,如果一个节点在节点传输范围内 则被认为是的邻居节点 )拥有最多邻居(不人于阈值)的节点选为控制节点,那么这节点和邻居节点将不再参与 选择过程; )当两个节点有相同的度数时,那么那个有更少的号的数量的节点将被选为控制节点。 缺陷 )这个算法虽然很好的解决了选取控制节点的覆盖度,以及负载平衡,但是对于当再出现 故障时,重新连接是否消耗最小,值得探讨。 )对于这种方法的条件设定还是需要结合实际情况。 当网络出现断链,检査离总服务器最远的控制节点是否可以连接到它的邻居节点,如果 不能就要重新选择,按照文章的说法,我们应该选择离总服务器最近的点,并且检查它是 否有邻居节氐,如果有,那么就选择为新的控制节点,这样的做法的好处是可以与总服务器 更好的连接 缺陷: )不确定是否可以有最大的覆盖度: 节点的负载也没有很好的解决 文章的算法是基于模型,在知道多个备选控制节点的位置的情况下,选岀控制节 点的方法。由于其控制节点的位置是已知的,如果运用到矿井的应急通信系统中缺乏实际情 况的合理性 结合实际情况的解决方法 目前我们所研究的矿井应急通信的实际情况是:矿井下的基站是由有线连接互通的,并 且通过有线连接到矿井上的服务器上,输出数据。通过无线连接到每个矿下员工的移动设备 上。当出现矿难事故时,基木上就会出现两种情况: 有线的链路断开;基站本身的损坏。实际情况就是当网络损坏时,矿井下基站会发 现与总服务器断开,会发生脱网状态:这时候应急通信系统启动,需要基站充当脱网网关。 所以现在主要的问题就是在一个独立的连通的网络中选取控制芍点,从而使得在每个控 制节点能覆盖到尽可能多的节点(基站)的情况下,均衡网络以及控制节点的负载。 山国武技论文在丝 在算法进行之前,先设定两个条件: 为了选取最少的控制节点的数目,设定控制节点与所控制的节点之间最大传输时延 每个节点的功能是相同的,为了防止负载,所以设定节点的最大连接数 控制节点选择竞争算法 )计算出网络拓扑图的中每个节点与其连接的节点之间时延不超过的个数 )个数最多的那个节点作为第一个控制节点; )控制节点若连接的节点的个数大于,只选择前个节点(根据时延的长短从小 到大排列),其他的舍弃。否则转到) )将这个节点及其所连接的节点的集合从余下拓扑图中排除,继续找第二个节点; )重复第二、三步,选出个数最多的,作为第二个节点以及它的集合: )继续剔除第二个节点以及所在的集合,重复第二,三步,寻找余下的控制节点,直 到网络没有剩余的节点 关于应急通信选取节点算法的验证 如下图,假设有七个点,并且知道这七个点之间的时延数值 表1节点之间的时延数值关系表 节点 那么根据计算,得出的结果应该为: 控制节点控制的节点: 控制节点控制的节点 控制节点 e f C g (g)节点选择前网络拓扑图 (h)节点选择后网络拓扑图 将算法进行代码的验证为 山国武花论文在丝 arwe:iPMc 箱入节点的最大接数:3 输入节点a与节点c之间的时证:3 输入节点b的最大时延3 杳输入节点b的最大连接数3 入下点a与点之可的时延迁: 嘴入节点与节点之间的时: 请入节点e的最大连接数:3 请输入节点与“点s之间的时延,z 清箱入节点4的最大时延 入节点b与芍点a产)的时证:4 请输入节点的最大迁接数:3 肯缩入节点b与马点之间的时 箱入节点的最大连接数3 请青入节点b与节点之间的时延:8 请输入点r的最大时延 请入节点b与节点之间的时延 请输入节点f的最人连接数:3 青输入节点h与节点g之间的时证: 茧入节点与节点己之间的时证:3 i)程序输入参数 (j)稈序输入节点之间的时延参数 C:uU9 rs' Adm nistrator Desktop代码2 ebug\mainex 输入节点s与点c之间的】3 输入节点与点之间的延:4 (k)程序输出的结果 算法结果与实际得岀的结果一致 结论 本文针对矿井下应急通信的控制节点的选取问题,基于图论的思想提出了一种控制节点 优化选取的竞争算法 。该算法将以控制节点数目最少和设置最大时延为优化目标, 既能够保证基站的负载能力,又能够保证控制的实时性;并且实验结果表明 算法是 有效的。下一步工作是优化该算法,并且解决和优化当控制节点出现状况的时候,失去控制 的节点该如何选取新的控制节点的问题。 参考文献

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