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专利号: 2021107559844
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于星间通信的低能耗路由方法,其特征在于:该方法包括改进的三维费马点的计算、三目标区域费马点的计算、选取费马点卫星节点和低能耗费马点三维路由算法LEFTR。

2.根据权利要求1所述的基于星间通信的低能耗路由方法,其特征在于:所述改进的三维费马点的计算为:

设立方体边长为x:

情况1:在立方体中,点A、B为立方体的两个顶点,线AB为立方体对角线,C为立方体内不同于A、B的任意一点,此时点C即为费马点F;

在点A、B为立方体的两个顶点,线AB为立方体对角线,C为立方体内不同于A、B的任意一点的情况下,有FA+FB+FC短,点C为费马点;

情况2:在立方体中,点A、B、C为立方体的三个顶点,边AB、BC、CA均为面对角线,此时费马点F为立方体中心点;

其中3x为取费马点是ΔABC对应的立方体顶点P时FA+FB+FC的值,在点A、B、C为立方体的三个顶点,边AB、BC、CA均为面对角线的情况下,有FA+FB+FC最短,那么费马点为立方体中心点;

情况3:在立方体中,点A、B为立方体的两个顶点,AB为立方体的一条边,点C为平行于AB的对边上一点,此时费马点F为立方体中心点;

其中, 为费马点取点P时FA+FB+FC的值,另外证明中取的是立方体顶点到中心点的距离,对边上其他任意一点到中心点的距离均小于此距离,在点A、B为立方体的两个顶点,AB为立方体的一条边,点C为平行于AB的对边上一点的情况下,费马点为立方体中心点。

3.根据权利要求1所述的基于星间通信的低能耗路由方法,其特征在于:所述三目标区域费马点的计算为:立方体边长为x;

情况1:在立方体中,点A、B为立方体的两个顶点,线AB为立方体对角线,其中点D又分为两种情况,在此两种情况下的点D分别为D1、D2;

当A、B、C、D四点连线有交点时,如图中D1,费马点取为交点F1,证明如下:其中 为取费马点为立方体中心点时FA+FB+FC的长度,当A、B、C、D四点连线有交点时,取费马点取为交点F1有FA+FB+FC最短,费马点取为交点F1;

当A、B、C、D四点连线无交点时,费马点为立方体中心点,证明如下:其中 为取费马点为D2时FA+FB+FC的长度,当A、B、C、D四点连线无交点时,取费马点为立方体中心点有FA+FB+FC最短,费马点为立方体中心点;

情况2:在立方体中,线AB、BC、CA均为面对角线,其中点D又分为两种情况,在此两种情况下的点D分别为D1、D2;这种情况下,A、B、C、D四点连线不会有交点,D1位于ΔABC的上方,而D2位于ΔABC的下方;

(1)当D位于ΔABC的上方时,费马点为立方体中心点,证明如下:其中 为取费马点为D1时FA+FB+FC的长度,当D位于ΔABC的上方时,取费马点为立方体中心点时有FA+FB+FC最短,费马点取为立方体中心点;

(2)当D位于ΔABC的下方时,费马点为D2,证明如下:其中 为取费马点为立方体中心点时FA+FB+FC的长度,当D位于ΔABC的下方时,取费马点为D2时有FA+FB+FC最短,费马点取为D2;

情况3:在立方体中,线AB为立方体的一条边,其中点D又分为两种情况,在此两种情况下的点D分别为D1、D2;D1的位置A、B、C、D存在交点,而D2的位置A、B、C、D,没有交点;

当A、B、C、D四点连线有交点时,费马点取为交点F1,证明如下:其中 为取费马点为立方体中心点时FA+FB+FC的长度,当A、B、C、D四点连线有交点时,取费马点为立方体中心点时有FA+FB+FC最短,费马点取为立方体中心点;

当A、B、C、D四点连线无交点时,费马点为立方体中心点,证明如下:其中 为取费马点为D2时FA+FB+FC的长度,当A、B、C、D四点连线无交点时,取费马点为费马点中心点时有FA+FB+FC最短,费马点取为立方体中心点。

4.根据权利要求3所述的基于星间通信的低能耗路由方法,其特征在于:所述选取费马点卫星节点为:

卫星节点i有两个重要的参数:剩余电量Ei和距离费马点的距离Dif,考虑节点与费马点之间的距离,避免某一个节点能量过度消耗,在传感器节点剩余能量低于阈值T时,则改变费马点节点,阈值T取节点总能量的30%;在计算出费马点的位置后,以费马点的位置为圆心,半径r从0开始以1km为递增单位,从圆心向外搜索,搜索范围为球体,若在第一个搜索范围内存在节点,则选取距离费马点最近的节点,否则继续搜索;若在同一个搜索范围内存在距离相同的节点,则随机选取;若选取的该节点能量小于阈值,则继续搜索。

5.根据权利要求4所述的基于星间通信的低能耗路由方法,其特征在于:所述低能耗费马点三维路由算法LEFTR为:

S21:相关定义和符号

网络的物理拓扑使用M=(N,L,G)来表示,其中N表示节点集,L表示路径集,而G=(P,Q)表示区域集,P表示区域内节点集,区域内节点为p,Q表示区域内路径,网络内节点数量为|N|,路径数量为|L|,区域内节点数量为|P|;节点x与y之间的路径由一组有限序列τ={n0,n1,...,nn}组成,x与y之间的有效路径(x,y),长度为|τ|;

包接收率定义为:

包重复率定义为:

其中,n为收到重复包的节点,|O|=50;

S22:两个目标区域算法

源点将数据发送到费马点,再由费马点将数据转达到两个目标区域,从源点到费马点,及从费马点到两个目标区域之间的传输采用贪婪转发,消息在目标区域内进行洪泛;两个目标区域为区域1和区域2;

S221:由源点、区域1的中心点和区域2的中心点组成一个三角形,计算出此三角形的费马点位置;

S222:使用节点搜寻算法,找到可以作为费马点的节点;

S223:源点将消息发送到费马点节点,然后费马点节点将消息分别转发到两个区域的任一个节点,这两部分的转发均使用贪婪转发,当区域内任意一点收到消息后便在本区内使用洪泛法进行转发,从而使两个区域内的所有节点均收到消息;完成两个区域的地域群播;

S23:多目标区域算法;

S231:多个目标区域算法;

源点与区域1和区域2组成了第一个三角形,计算出第一个费马点1,并使用费马点节点选取算法算出第一个费马点节点1;然后,源点、费马点1和区域3组成了第二个三角形,计算出第二个费马点2,并使用费马点节点选取算法算出第二个费马点节点2,连接费马点1和费马点2,组成费马点树;源点要将数据发送到三个区域,那么先由源点将数据发送到费马点节点2,再继续将数据发送到费马点节点1,两个费马点将数据分别发送到各自对应的区域;

从源点到费马点,及从费马点到区域之间的传输采用贪婪转发,消息在目标区域内进行洪泛;

S232:多个目标区域的LEFTR算法;

利用费马点得到一条三维高效传输路径,称为费马点树,立方体表示三维网络环境,球体代表地域群播区域,球体内虚圈代表卫星节点,区域1、2、3分别为三个目标区域,现要实现三个区域的地域群播;

S2321:连接源点、区域1中心点、区域2中心点,得到一个三角形,计算此三角形的费马点1;

S2322:利用第三章的节点搜寻方法,找到合适作为费马点的节点,称为费马点节点1;

S2323:连接源点、费马点1、区域3中心点,组成第二个三角形,计算此三角形的费马点,得到费马点2;

S2324:同样使用费马点搜寻算法,找到可以作为费马点节点2;

S2325:连接费马点节点1和费马点节点2;从源点到费马点节点1,再到费马点节点2,这条路径,为区域1、2、3地域群播的最短路径;

连接的是费马点节点1和费马点节点2,源点发送消息到费马点节点1,再转发到费马点节点2,此部分的转发均使用贪婪转发;费马点节点1收到消息后贪婪转发给区域1和2,区域

1和2的任意节点在收到消息后在此区域内洪泛,费马点节点2在收到消息后,同样贪婪转发转发到区域3,区域3的任意节点在收到消息后在本区域内洪泛;当有更多区域时,只需连接源点、费马点、区域中心点,计算组成的三角形的费马点,将费马点串联进费马点树。