CN115150755B - 一种无线自组网广播方法、系统、计算机设备及终端 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种无线自组网广播方法、系统、计算机设备及终端，所述无线自组网广播方法将无线网络中的广播问题抽象为与图有关的数学问题，在图中进行研究；利用最小生成树算法，求得拓扑的最小连通支配集，然后通过计算支配点和从节点的权值来构建节点的权值表；源节点根据节点的权值表开始广播，当网络中的所有节点都收听到广播后算法结束。当通信节点只有有限链路可以正常通信时，可以实现最小时延广播。所述无线自组网广播系统包括：广播问题转换模块；节点权值表构建模块；无线自组网广播模块。本发明解决了无线网络中通信节点收发信机受限情况下的广播问题，实现了最小时延广播，提高了链路资源利用率和广播效率。

Description

一种无线自组网广播方法、系统、计算机设备及终端

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种无线自组网广播方法、系统、计算机设备及终端。

背景技术

目前，无线自组织网络，由于具有节点平等、自组织性、扩展性和自愈能力强等特点，成为通信网络的主要研究内容，主要应用于拓扑动态变化和移动性强的应急通信、战场通信、宇宙开发等场合。若无线自组织网络中的通信节点不采用全向天线广播的方式，而是采用诸如定向天线、激光等方式进行通信，可以使得节点的传输距离更远、信息的抗截获能力更强、多个节点可以同时通信而不发生相互干扰。只有当相邻节点上收发信机的定向天线或激光对准时，相邻节点之间才能够进行通信。这种情况在此可以称之为收发信机受限，它将导致网络拓扑链路资源受到时间维度上的约束。

在收发信机受限的情况下，通信网络进行信息广播时，节点不能同时将信息转发给它所有的邻居节点，而是只能选择其中的几个邻居节点进行消息通信，具体的个数与当前节点携带的收发信机的数量有关。传统的广播算法大部分都是基于全向天线提出的，缺少针对定向天线的快速广播算法。为使全网所有节点都接收到广播消息所需的时间最短，就需要确定各个节点的广播发送次序，设计出一种新的广播算法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：在收发信机受限的情况下，通信网络进行信息广播时，节点不能同时将信息转发给它所有的邻居节点，而是只能选择其中的几个邻居节点进行消息通信。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无线自组网广播方法、系统、计算机设备及终端。

本发明是这样实现的，一种无线自组网广播方法，所述无线自组网广播方法将无线网络中的广播问题抽象为与图有关的数学问题，在图中进行研究；利用最小生成树算法，求得拓扑的最小连通支配集，然后通过计算支配点和从节点的权值来构建节点的权值表；源节点根据节点的权值表开始广播，当网络中的所有节点都收听到广播后算法结束。

进一步，所述将无线网络中的广播问题抽象为与图有关的数学问题，在图中进行研究包括：将无线网络抽象为图G后，计算图G中各节点的度数Deg；对图G中的每条边赋权值，边的权值等于该边连接的相邻节点的度数之和。

进一步，所述利用最小生成树算法，求得拓扑的最小连通支配集，然后通过计算支配点和从节点的权值来构建节点的权值表包括：根据最小生成树算法求解图G的最大生成树T；去掉最大生成树T中除了源节点以外所有度为1的节点，剩下的节点为构成最小连通支配集C；根据计算公式，给图G中的支配点以及节点赋权值，并且构建节点的权值表。

进一步，所述源节点根据节点的权值表开始广播，当网络中的所有节点都收听到广播后算法结束包括：按照节点的权值表从源节点开始广播，直到全网所有的节点都收听到广播消息，算法结束。

进一步，所述无线自组网广播方法具体包括：

步骤一，计算图G中每个节点的度数Deg，若节点p为图G＝(V,E)中的任意节点p∈V，则p在图G中相邻节点的个数称为p的度数，记为D(p)；

作用：方便步骤二的操作。

步骤二，对图G中的每条边赋权值，边的权值等于该边连接的相邻节点的度数之和；

步骤三，将源节点记作s，从源节点出发，根据最小生成树算法，求解图G的最大生成树，记作T；

(3.1)设置一个顶点集V_T和边集E_T。初始时，令V_T＝{s}，

(3.2)选取与某个v_i∈V_T邻接的顶点v_j∈V-V_T，使边e_ij的权值最大，顶点v_i与v_j相连的边，令V_T＝V_T∪{v_j}，E_T＝E_T∪{e_ij}。；

(3.3)若所有的顶点都连接，则停止操作，此时边集E_T中的边所构成的树就是最大生成树T；否则重复(3.2)；

步骤四，去掉最大生成树T中除了源节点以外所有度为1的节点，剩下的节点即构成最小连通支配集C；步骤一-步骤四为了获得该网络的最小连通支配集，后面的步骤就是计算各点权值，然后按照转发规则转发报文，报文会先转发给权值大的节点。

步骤五，给图G中的支配点以及从节点赋权值，权值按照公式进行计算，并建立节点的权值表；

作用：给所有的节点赋权值，这里的权值可以理解为转播价值。谁的权值大，就说明谁的转播价值大，就要优先给谁转发报文。当需要选择给谁发的时候，就按照权值的大小去转发。这里的转播价值，可以理解为如果把消息转播给转播价值大的点，这些点就可以更快的把报文转发给其他节点，使得全网都收到报文的时间最短。

(5.1)支配点的权值：对于最大生成树T，设任意节点q处在生成树T的第k层，q∈T，q点的权值记作W_q；设树T的第k-1层与q相邻的节点为p点，

则p,q两点相连边的权值记作w_p,q，第k+1层，与点q相邻的节点有n个，记为{m₁,m₂,···，m_n}，则点q权值的计算公式为：

(5.2)从节点的权值：将相邻的其他从节点的个数设为从节点的权值；

步骤六：按照以下规则，根据节点的权值表从源节点开始广播，记录所有节点都收听到广播所需要的时间；

(6.1)若相邻支路的节点均为支配点，优先发给权值最大的支配点。若权值相同，则随机选择其中一个；

(6.2)若相邻支路的节点有支配点也有从节点，优先发给权值最大的支配点。若权值相同，则随机选择其中一个；

(6.3)若相邻支路的节点均为从节点，优先发给权值最大的从节点。若权值相同，则随机选择其中一个；

(6.4)在每一轮时隙内，在携带报文的源节点中，先对携带报文的从节点进行判定：优先选择有效链路最少的从节点开始转发，直到所有可以转发报文的从节点都转发完毕。然后对携带报文的支配点进行判定：优先选择有效链路最少的支配点开始转发，直到所有携带报文的支配点都转发完毕。(对有效链路的定义：当前节点的邻居节点有几个没有收到过报文，当前节点就有几条有效链路。)

(6.5)一个携带报文的节点，如果其相邻节点均接受过报文，那么该节点就不需要再转发报文。

(6.6)节点在转发报文之前，会先判断其相邻节点哪些已经接收过报文，哪些没有接收过，禁止向携带报文的节点重复转发，转发规则的设定，都是为了最终的广播时间能最小。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述无线自组网广播方法的步骤。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述无线自组网广播方法的步骤。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述无线自组网广播方法。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述无线自组网广播方法的无线自组网广播系统，所述无线自组网广播系统包括：

广播问题转换模块，用于将无线网络中的广播问题抽象为与图有关的数学问题，在图中进行研究；

节点权值表构建模块，用于利用最小生成树算法，求得拓扑的最小连通支配集，然后通过计算支配点和从节点的权值来构建节点的权值表；

无线自组网广播模块，用于源节点根据节点的权值表开始广播，当网络中的所有节点都收听到广播后算法结束。

本发明的另一目的在于提供一种用于通信节点收发信机受限时的网络场景的广播方法，所述用于通信节点收发信机受限时的网络场景的广播方法实施所述无线自组网广播方法。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：当通信节点只有有限链路可以正常通信时，可以使得全网都收听到源节点广播消息所花费的时间最短。本发明解决了无线网络中通信节点收发信机受限情况下的广播问题，实现快速广播，提高了链路资源利用率和广播效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无线自组网广播方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的无线自组网广播系统的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的广播过程示意图。

图4是本发明实施例提供的无线自组网广播方法的实现流程图。

图5是本发明实施例提供的网络的连通情况示意图。

图6是本发明实施例提供的计算图G中每个节点的度数。

图7是本发明实施例提供的访问了所有顶点，最小生成树算法结束示意图。

图8是本发明实施例提供的去掉最大生成树T中除了源节点s以外所有度为1的节点，剩下的节点即构成最小连通支配集C示意图。

图9是本发明实施例提供的支配点以及从节点赋权值。

图10是本发明实施例提供的广播过程示意图。

图11是本发明实施例提供的一般拓扑图G＝(V,E)，拓扑结构不规则且带环的示意图。

图12是本发明实施例提供的通信节点在广播过程中发生冲突示意图。

图13是本发明实施例提供的在当前时隙内，选择哪些节点进行报文转发也会影响广播资源的利用率示意图。

图14是本发明实施例提供的接收到报文的目的节点是否是转播价值大的节点示意图。

图中：1、广播问题转换模块；2、节点权值表构建模块；3、无线自组网广播模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明提供的无线自组网广播方法包括以下步骤：

S101：将无线网络中的广播问题抽象为与图有关的数学问题，在图中进行研究；

S102：利用最小生成树算法，求得拓扑的最小连通支配集，然后通过计算支配点和从节点的权值来构建节点的权值表；

S103：源节点根据节点的权值表开始广播，当网络中的所有节点都收听到广播后算法结束。

如图2所示，本发明提供的无线自组网广播系统包括：

广播问题转换模块1，用于将无线网络中的广播问题抽象为与图有关的数学问题，在图中进行研究；

节点权值表构建模块2，用于利用最小生成树算法，求得拓扑的最小连通支配集，然后通过计算支配点和从节点的权值来构建节点的权值表；

无线自组网广播模块3，用于源节点根据节点的权值表开始广播，当网络中的所有节点都收听到广播后算法结束。

本发明提供的无线自组网广播方法具体包括以下步骤：

S1：将无线网络抽象为图G后，计算图G中各节点的度数。

S2：对图G中的每条边赋权值，边的权值等于该边连接的相邻节点的度数之和。

S3：根据最小生成树算法求解图G的最大生成树T。

S4：去掉最大生成树T中除了源节点以外所有度为1的节点，剩下的节点即构成最小连通支配集C。

S5：根据计算公式，给图G中的支配点以及节点赋权值，并且构建节点的权值表。

S6：按照节点的权值表从源节点开始广播，直到全网所有的节点都收听到广播消息，算法结束。

本发明可以将无线网络中的广播问题抽象为图的数学问题。下面作形式化的描述：设图G＝(V,E)，V＝{v₁,v₂,…,v_n}代表网络中所有节点的集合，E＝{e₁,e₂,…,e_m}代表网络中边的集合，网络中的所有节点的通信半径均相同，均为一跳可达。任意边e_i∈E由V中的点对(v_j,v_k)来确定。

定义：度数

若节点p为图G＝(V,E)中的任意节点(p∈V)，则p在图G中相邻节点的个数称为p的度数，记为D(p)。

定义：支配集、支配点、从节点

有一节点集C，如果满足：并且对于/>都有p∈C或p与C中的某个节点相邻，则称节点集C为支配集，C中的节点称为支配点。图G的节点中不属于C中的节点称为从节点。

定义：最小连通支配集

如果节点集C是连通无向图G＝(V,E)的支配集，并且C导出的子图是连通图，则称C为连通支配集。若C为满足上述条件的节点数目最少的连通支配集，则称C为最小连通支配集。

从源节点s开始广播报文，由于收发信机资源有限，在每一轮广播中，携带报文的节点只能在其相邻节点中选择一个进行转播，直到所有节点都收到报文时广播结束。旨在找到一种算法使得从源节点进行广播开始，到全网都收听到广播所经过的时间最短。

如图4所示，本发明提供的无线自组网广播方法具体包括以下步骤：

步骤一：计算图G中每个节点的度数Deg。

若节点p为图G＝(V,E)中的任意节点(p∈V)，则p在图G中相邻节点的个数称为p的度数，记为D(p)。

步骤二：对图G中的每条边赋权值，边的权值等于该边连接的相邻节点的度数之和。

步骤三：将源节点记作s，从源节点出发，根据最小生成树算法，求解图G的最大生成树，记作T。

(3.1)设置一个顶点集V_T和边集E_T。初始时，令V_T＝{s}，

(3.2)选取与某个v_i∈V_T邻接的顶点v_j∈V-V_T，使边e_ij(顶点v_i与v_j相连的边)的权值最大，令V_T＝V_T∪{v_j}，E_T＝E_T∪{e_ij}。

(3.3)若所有的顶点都连接，则停止操作，此时边集E_T中的边所构成的树就是最大生成树T。否则重复(3.2)。

步骤四：去掉最大生成树T中除了源节点以外所有度为1的节点，剩下的节点即构成最小连通支配集C。

步骤五：给图G中的支配点以及从节点赋权值，权值按照以下公式进行计算，并建立节点的权值表。

(5.1)支配点的权值：对于最大生成树T，设任意节点q(q∈T)处在生成树T的第k层，q点的权值记作W_q；设树T的第k-1层与q相邻的节点为p点,

则p,q两点相连边的权值记作w_p,q，设第k+1层，与点q相邻的节点有n个，记为{m₁,m₂,···，m_n}，则点q权值的计算公式为：

(5.2)从节点的权值：将相邻的其他从节点的个数设为从节点的权值。

步骤六：按照以下规则，根据节点的权值表从源节点开始广播，记录所有节点都收听到广播所需要的时间。

(6.1)若相邻支路的节点均为支配点，优先发给权值最大的支配点。若权值相同，则随机选择其中一个；

(6.2)若相邻支路的节点有支配点也有从节点，优先发给权值最大的支配点。若权值相同，则随机选择其中一个；

(6.3)若相邻支路的节点均为从节点，优先发给权值最大的从节点。若权值相同，则随机选择其中一个；

(6.4)在每一轮时隙内，在携带报文的源节点中，先对携带报文的从节点进行判定：优先选择有效链路最少的从节点开始转发，直到所有可以转发报文的从节点都转发完毕。然后对携带报文的支配点进行判定：优先选择有效链路最少的支配点开始转发，直到所有携带报文的支配点都转发完毕。(对有效链路的定义：当前节点的邻居节点有几个没有收到过报文，当前节点就有几条有效链路。)

(6.5)一个携带报文的节点，如果其相邻节点均接受过报文，那么该节点就不需要再转发报文。

(6.6)节点在转发报文之前，会先判断其相邻节点哪些已经接收过报文，哪些没有接收过，禁止向携带报文的节点重复转发。

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本发明可用于通信节点收发信机受限时的网络场景。

下面通过一个具体的实例来说明在权值优先的算法下网络的广播过程。给定一个拓扑图G＝(V,E)，网络的连通情况如图5所示，节点s是广播源节点。假定各通信节点的收发信机受限，每个节点只有一套收发信机可用，在每个时隙，源节点最多只能转发一次报文给其相邻的某个节点。

1)首先计算图G中每个节点的度数，然后对图6中的边赋权值，边的权值等于该边连接的相邻节点的度数之和。

2)然后利用最小生成树算法可用得到一颗具有最大权值的生成树T。具体步骤如下：

(1)初始时，任选一个节点，如选顶点g，定义新的V′＝{g}，

(2)从顶点g出发寻找与之相连的所有边，权值最大的边是e_bg，更新V′＝{b,g},E′＝{e_bg}，

(3)从V′＝{b,g}中寻找与之相连接的所有边，权值最大的边是e_bc。更新V′＝{b,c,g},E′＝{e_bg,e_bc}。

(4)从V′＝{b,c,g}中寻找与之相连接的所有边，权值最大的边是e_ab。更新V′＝{a,b,c,g},E′＝{e_ab,e_bg,e_bc}。

(5)从V′＝{a,b,c,g}中寻找与之相连接的所有边，权值最大的边是e_cd。更新V′＝{a,b,c,d,g},E′＝{e_ab,e_bg,e_bc,e_cd}。

(6)从V′＝{a,b,c,d,g}中寻找与之相连接的所有边，权值最大的边是e_ck。更新V′＝{a,b,c,d,g,k},E′＝{e_ab,e_bg,e_bc,e_cd,e_ck}。

(7)从V′＝{a,b,c,d,g,k}中寻找与之相连接的所有边，权值最大的边是e_ch。更新V′＝{a,b,c,d,g,h,k},E′＝{e_ab,e_bg,e_bc,e_cd,e_ck,e_ch}。

(8)从V′＝{a,b,c,d,g,h,k}中寻找与之相连接的所有边，权值最大的边是e_sb。更新V′＝{s,a,b,c,d,g,h,k},E′＝{e_ab,e_bg,e_bc,e_cd,e_ck,e_ch,e_sb}。

(9)从V′＝{s,a,b,c,d,g,h,k}中寻找与之相连接的所有边，权值最大的边是e_ce。更新V′＝{s,a,b,c,d,e,g,h,k},E′＝{e_ab,e_bg,e_bc,e_cd,e_ck,e_ch,e_sb,e_ce}。

(10)从V′＝{s,a,b,c,d,e,g,h,k}中寻找与之相连接的所有边，权值最大的边是e_af。更新V′＝{s,a,b,c,d,e,f,g,h,k}，

E′＝{e_ab,e_bg,e_bc,e_cd,e_ck,e_ch,e_sb,e_ce,e_af}。

此时访问了所有顶点，最小生成树算法结束，图7即所求。

3)去掉最大生成树T中除了源节点s以外所有度为1的节点，剩下的节点即构成最小连通支配集C。如图8所示：

1)给图9的G中的支配点以及从节点赋权值。先计算支配点的权值。最小连通支配集C构成了一颗二叉树，节点b是节点a和节点c的上层节点，节点s是节点b的上层节点。根据权值的计算公式：节点a的权值W_a＝0+w_ab＝9；节点c的权值W_c＝0+w_bc＝10；节点b的权值W_b＝w_sb+max{W_a,W_c}＝7+10＝17。然后计算从节点的权值。从节点的权值等于其相邻的其他从节点的个数。如所示。从节点的权值分别为：W_d＝2，W_e＝1，W_f＝0，W_g＝0，W_h＝1，W_k＝2。

2)节点的权值计算完毕，如图10所示。下面根据规则演示广播的过程。在第一个时隙内，源节点s开始广播，因为W_b＝17,W_a＝9，支配点b的权值大于支配点a的权值，根据(6.1),s将报文转发给节点b。在第二个时隙内，此时源节点集为{s,b}，先选择有效链路最少的节点s开始转播，只有一条链路s→a，s将报文转发给a。对于节点b，根据(6.2),由于b只有一条通向支配点的有效链路b→c，因此b将报文转发给节点c。在第三个时隙内，源节点集为{s,a,b,c}，s没有有效链路，节点a和b有两条有效链路，节点c有四条有效链路。根据(6.4)，先判断节点a和节点b的转发配对。对于节点a，由于W_f＝W_g，任意选择一条链路a→f，a将报文转发给f；对于节点b，因为W_h＞W_g，b将报文转发给h。对于节点c，W_d＝W_k＝2,W_e＝1，任意选择一条链路c→d，c将报文转发给节点d。类似地，在第四个时隙内，此时源节点集为{a,b,c,d,f,h},根据转发规则(6.4)，从节点h的有效链路为一条，从节点d的有效链路为两条，因此节点h先将报文转发给节点k，然后节点d将报文转发给节点e，从节点判断结束。对于支配点，节点a和节点b的有效链路都只有一条，任选其中一个节点进行转发：节点a将报文转发给节点g。此时所有节点都收听到报文，算法结束。对于给定网络G＝(V,E)，所有节点都收听到源节点s的广播消息一共需要花费四个时隙，广播过程如图10所示。

随机选择算法介绍：

随机选择算法的基本思想是：从源节点开始，在每一个时隙内，携带报文的节点会随机选择一些相邻的节点进行通信，如果可用收发信机的数量被限制为n个，则最多可以选择n个相邻的节点进行通信。

设无线网络拓扑用一个连通无向图G＝(V,E)表示，其中V是节点集，E是边集。假设收发信机的数量为1，随机算法的输入是一个随机生成的树形拓扑，输出是源节点将报文广播到全网一共所花费的时隙数。设定同一个拓扑重复N次并且设置两个统计量，分别是源节点将报文广播到全网花费的时隙数的最小值和平均值。当重复的次数足够多，总能随机走出一条最优路径，那么算法所获得的最小值就是广播在最优路径下所花费的最少的时隙数。平均值和最小值之间的差距就是经过算法的优化后广播效率的提升。这个最小值也是验证自己的算法是否能得到最优解的一个重要参考

影响广播时间的一些因素，也是制定广播规则的参考。

对于一般拓扑图G＝(V,E)，拓扑结构不规则且带环的，以图11进行说明，探究有哪些因素会影响最终广播花费的时间。节点s为源节点。

1)通信节点在广播过程中发生冲突，即在同一时隙内，两个通信节点给同一个节点转播报文，导致广播资源的浪费。(这里应该不会有通信上的冲突吧，因为是两套收发信机，理论上是相互独立的)

如图12所示，在第一个时隙内，源节点s将报文转发给节点a，但是在第二个时隙，如果节点s和节点a均把报文转发给节点b，就会发生冲突。节点b接收到了重复的报文，原本节点a可以将报文转发给节点c，这就造成了广播资源的浪费，广播时间会延长。

2)在当前时隙内，选择哪些节点进行报文转发也会影响广播资源的利用率。选择不恰当的节点进行广播会造成广播资源的浪费，延长广播时间。

如图13所示，在第一时隙内，源节点s将报文转发给节点a，在第二个时隙，如果节点a先转发报文并且将报文转发给节点b，那么节点s不需要转发报文，同时节点c只有等到第三个时隙才能接收到报文，整个广播一共需要花费四个时隙才能完成。但是如果采用如图所示的广播顺序，那么在第二个时隙内，可以由节点s将报文转发给节点b，同时节点a可以将报文转发给节点c，这样整个广播只需要三个时隙就能完成。由此可以看出，在每个时隙内，节点转发报文的顺序，以及节点之间转发的决策是影响最终广播花费的总时间重要因素。

3)接收到报文的目的节点是否是转播价值大的节点。当携带报文的节点选择其相邻的某个节点进行转发时，应当优先选择转播价值大的节点进行转发，这样才能充分利用每个时隙，尽可能快的完成报文的广播。一个节点转播价值的高低需要考虑两个方面。第一种情况，某个节点自身可以转发报文的有效链路就很多，那么它在下一时刻转发报文可以选择的相邻节点也就越多，这个节点的转播价值就越大。第二种情况，想要将报文转发给下一个有效链路多的节点就必须经过某个节点，它是路径上的必经之路，那么这个节点的转发优先级也会提高，它的转播价值也就变大。在每个时隙内，如果源节点每次都选择转播价值最大的节点进行转发，就可以使得全网都收听到广播的时间最短。

如图14所示，由于拓扑比较简单，显然节点a的有效链路比节点b的有效链路更多，因此节点a的转播价值更大，所以源节点s会先转发给节点a，下个时隙才会转发给节点b。

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。与随机选择算法做比较证明本算法性能上的优越性。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无线自组网广播方法，其特征在于，所述无线自组网广播方法将无线网络中的广播问题抽象为与图有关的数学问题，在图中进行研究；利用最小生成树算法，求得拓扑的最小连通支配集，然后通过计算支配点和从节点的权值来构建节点的权值表；源节点根据节点的权值表开始广播，当网络中的所有节点都收听到广播后算法结束；

所述无线自组网广播方法具体包括：

步骤一，计算图G中每个节点的度数Deg，若节点p为图G＝(V,E)中的任意节点p∈V，则p在图G中相邻节点的个数称为p的度数，记为D(p)；

步骤二，对图G中的每条边赋权值，边的权值等于该边连接的相邻节点的度数之和；

步骤三，将源节点记作s，从源节点出发，根据最小生成树算法，求解图G的最大生成树，记作T；

(3.1)设置一个顶点集V_T和边集E_T，初始时，令V_T＝{s}，

(3.2)选取与某个v_i∈V_T邻接的顶点v_j∈V-V_T，使边e_ij的权值最大，顶点v_i与v_j相连的边，令V_T＝V_T∪{v_j}，E_T＝E_T∪{e_ij}；

(3.3)若所有的顶点都连接，则停止操作，此时边集E_T中的边所构成的树就是最大生成树T；否则重复(3.2)；

步骤四，去掉最大生成树T中除了源节点以外所有度为1的节点，剩下的节点即构成最小连通支配集C；

步骤五，给图G中的支配点以及从节点赋权值，权值按照公式进行计算，并建立节点的权值表；

(5.1)支配点的权值：对于最大生成树T，设任意节点q处在生成树T的第k层，q∈T，q点的权值记作W_q；设树T的第k-1层与q相邻的节点为p点，

则p,q两点相连边的权值记作w_p,q，第k+1层，与点q相邻的节点有n个，记为{m₁,m₂,···，m_n}，则点q权值的计算公式为：

(5.2)从节点的权值：将相邻的其他从节点的个数设为从节点的权值；

步骤六：按照以下规则，根据节点的权值表从源节点开始广播，记录所有节点都收听到广播所需要的时间；

(6.1)若相邻支路的节点均为支配点，优先发给权值最大的支配点，若权值相同，则随机选择其中一个；

(6.2)若相邻支路的节点有支配点也有从节点，优先发给权值最大的支配点，若权值相同，则随机选择其中一个；

(6.3)若相邻支路的节点均为从节点，优先发给权值最大的从节点，若权值相同，则随机选择其中一个；

(6.4)在每一轮时隙内，在携带报文的源节点中，先对携带报文的从节点进行判定：优先选择有效链路最少的从节点开始转发，直到所有可以转发报文的从节点都转发完毕；然后对携带报文的支配点进行判定：优先选择有效链路最少的支配点开始转发，直到所有携带报文的支配点都转发完毕；对有效链路的定义：当前节点的邻居节点有几个没有收到过报文，当前节点就有几条有效链路；

(6.5)一个携带报文的节点，如果其相邻节点均接受过报文，那么该节点就不需要再转发报文；

(6.6)节点在转发报文之前，会先判断其相邻节点哪些已经接收过报文，哪些没有接收过，禁止向携带报文的节点重复转发。

2.如权利要求1所述的无线自组网广播方法，其特征在于，所述将无线网络中的广播问题抽象为与图有关的数学问题，在图中进行研究包括：将无线网络抽象为图G后，计算图G中各节点的度数Deg；对图G中的每条边赋权值，边的权值等于该边连接的相邻节点的度数之和。

3.如权利要求1所述的无线自组网广播方法，其特征在于，所述利用最小生成树算法，求得拓扑的最小连通支配集，然后通过计算支配点和从节点的权值来构建节点的权值表包括：根据最小生成树算法求解图G的最大生成树T；去掉最大生成树T中除了源节点以外所有度为1的节点，剩下的节点为构成最小连通支配集C；根据计算公式，给图G中的支配点以及节点赋权值，并且构建节点的权值表。

4.如权利要求1所述的无线自组网广播方法，其特征在于，所述源节点根据节点的权值表开始广播，当网络中的所有节点都收听到广播后算法结束包括：按照节点的权值表从源节点开始广播，直到全网所有的节点都收听到广播消息，算法结束。

5.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～4任意一项所述无线自组网广播方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～4任意一项所述无线自组网广播方法的步骤。

7.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现权利要求1～4任意一项所述无线自组网广播方法。

8.一种实施权利要求1～4任意一项所述无线自组网广播方法的无线自组网广播系统，其特征在于，所述无线自组网广播系统包括：

广播问题转换模块，用于将无线网络中的广播问题抽象为与图有关的数学问题，在图中进行研究；

节点权值表构建模块，用于利用最小生成树算法，求得拓扑的最小连通支配集，然后通过计算支配点和从节点的权值来构建节点的权值表；

无线自组网广播模块，用于源节点根据节点的权值表开始广播，当网络中的所有节点都收听到广播后算法结束。

9.一种用于通信节点收发信机受限时的网络场景的广播方法，其特征在于，所述用于通信节点收发信机受限时的网络场景的广播方法实施权利要求1～4任意一项所述无线自组网广播方法。