本發明涉及多跳中繼網絡，具體涉及一種綜合考慮傳輸質量和能耗均衡的多跳中繼網絡路徑選擇系統。

背景技術：

1、多跳中繼網絡是一種通過多個中繼節點傳輸數據的通信技術，旨在擴大覆蓋范圍并提高網絡性能。多跳中繼網絡主要包括基站bs（base?station）、多個中繼節點rs（relaystation）和用戶ue。一般情況下，傳輸信號由基站bs發出，經過若干個中繼節點rs依次中繼，最后由用戶ue接收。使用中繼節點rs的目的是將基站bs或上一級中繼節點rs的信號重新處理后再發送出去，以達到無線信號接力的效果。由于中繼節點覆蓋區域廣，通常會出現不同傳輸路徑同時存在的情況，因此，需要從這些不同傳輸路徑中選出一條最佳的傳輸路徑來傳輸信號。即選擇恰當的中繼節點rs作為中繼路徑，以達到增強信號質量效果和用戶體驗的效果。

2、目前，國內外研究學者一直將多跳中繼網絡路徑選擇的算法作為研究熱點開展多個方向研究，以滿足不同場景下的網絡通信需求。雖然解決了中繼節點的能耗均衡、節點分簇、簇頭選舉等問題，但是在綜合考慮傳輸質量和能耗均衡需求，根據不同場景下對傳輸的不同要求快速調整傳輸路徑方面研究較少，并沒有提出先分簇再優選的算法來解決路徑選擇問題。

3、為此，本發明旨在提供一種綜合考慮傳輸質量和能耗均衡的多跳中繼網絡路徑選擇系統，以解決上述問題。

技術實現思路

1、本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種綜合考慮傳輸質量和能耗均衡的多跳中繼網絡路徑選擇系統，綜合考慮并滿足傳輸質量和能耗均衡兩項需求，通過算法選擇出滿足傳輸質量和能耗均衡需求的路徑，可以有效提升多跳中繼網絡的傳輸質量，并平衡各中繼節點的能耗。

2、為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

3、本發明提供了一種綜合考慮傳輸質量和能耗均衡的多跳中繼網絡路徑選擇系統，所述系統包含路徑模塊和能耗模塊；

4、所述路徑模塊將中繼節點rs組成中繼節點集合u，u中的點按分布位置劃分為n個不同的集合，從u中隨機選擇一個未訪問的數據點p，p的鄰域半徑?包含至少個數據點，則p為核心點，將點p和與其距離不超過的所有點作為一個集合，將集合標記為一個簇，最終可得由u所劃分的簇；

5、通過u所劃分的簇，分別計算的質心，

6、

7、其中，和分別為質心的橫坐標和縱坐標，為簇包含的所有點，m為簇包含點的個數，用質心代表簇的分布位置，所有簇的質心點組成集合?c；

8、根據基站bs、用戶ue和質心的分布位置，規劃信號傳輸路徑，信號由基站bs發出，經過若干個簇質心依次中繼，最后由用戶ue接收；所述路徑模塊中信號由基站bs發出，第二跳的中繼節點選擇距離最近的簇質心；信號由第k跳中繼節點發出，下一跳的中繼節點選擇距離最近的簇質心或用戶ue；重復上述步驟，直到找到一條傳輸路徑，使信號由基站bs發出，依次經過若干個簇質心中繼，最后由用戶ue接收。

9、所述能耗模塊選取簇中的點建立備選節點矩陣，對于每個備選節點as，測量從上一中繼節點接收信號的信噪比sinr，和備選節點as剩余的能量e，并由大到小排序，分別得到信噪比排序序號矩陣和能耗均衡排序序號矩陣；

10、計算簇的優先級矩陣，，，優先級矩陣中的元素為優先級參數，對應備選節點矩陣中備選節點的優先級，?，優先級參數越小，則備選節點?在簇?中的優先級越高，簇中的優先級最高的節點為選中節點ss，對于，如果?，則為簇的選中節點；

11、將路徑模塊所得路徑中的簇質心替換為對應的選中節點?，得到最終所選擇的多跳路徑：信號由基站bs發出，依次經過若干個選中節點?中繼，最后由用戶ue接收。

12、s1、多跳中繼網絡中，已部署的中繼節點rs可看作平面上的多個位置不同的點，組成中繼節點集合u。對中繼節點集合u進行聚類分析，將中繼節點集合u中的點按分布位置劃分為n個不同的集合。（n為自然數）

13、s101、根據中繼節點集合u中點的分布位置，賦值參數，；為鄰域的半徑，為鄰域內最小數據點的個數。

14、鄰域：p與q都為u內的數據點，，則數據集合u中對象p的鄰域表示為：

15、

16、其中，為點p和點q之間的距離。

17、s102、將中繼節點集合u中的點全部設為未訪問。

18、s103、從中繼節點集合u中隨機選擇一個未訪問的數據點p。

19、s104、如果p的鄰域包含至少個數據點，則判定p為核心點。將點p和與其距離不超過的所有點作為一個集合（t為集合的序數，）。

20、s105、對于?中的所有點，檢查其是否為核心點。

21、s106、若檢查到新的核心點，則將新的核心點和與其距離不超過的所有點加入集合，重復步驟s105。

22、若沒有檢查到新的核心點，則集合劃分完畢，將集合標記為一個簇，將簇中所有點設為已訪問。

23、s107、重復步驟s103~s106，直到遍歷中繼節點集合u中的所有點，最后得到由中繼節點集合u所劃分的簇。

24、s2、對中繼節點集合u所劃分的簇，分別計算的質心。

25、

26、其中，和分別為質心的橫坐標和縱坐標，為簇包含的所有點，m為簇包含點的個數。

27、用質心?代表簇的分布位置。所有簇的質心點組成集合c。

28、

29、s3、根據基站bs、用戶ue和質心的分布位置，規劃信號傳輸路徑，信號由基站bs發出，經過若干個簇質心依次中繼，最后由用戶ue接收。

30、s301、信號由基站bs發出，第二跳的中繼節點選擇距離最近的簇質心。

31、s302、信號由第k跳中繼節點發出，下一跳的中繼節點選擇距離最近的簇質心?或用戶ue。（k為不超過n的自然數）

32、s303、重復步驟s302，直到找到一條傳輸路徑，使信號由基站bs發出，依次經過若干個簇質心中繼，最后由用戶ue接收。（v為不超過n的自然數）

33、s4、根據多跳中繼傳輸的傳輸質量和平衡各個中繼節點能源消耗的不同要求，給定傳輸質量-能耗均衡關系變量

34、

35、越靠近1，表示此次傳輸的傳輸質量越高，當時，此次傳輸質量最高；越靠近-1，表示此次傳輸越能平衡中繼節點的能源消耗，當時，此次傳輸最能平衡中繼節點的能源消耗。

36、s5、設置簇中的點為備選節點as（alternative?station）：

37、

38、為簇中的其中一個，。

39、為簇中的所有點，l為中點的個數。

40、根據備選節點as（alternative?station），建立備選節點矩陣。

41、s6、對于每個備選節點as，測量從上一中繼節點接收信號的信噪比sinr，和備選節點as剩余的能量e。

42、首先，對于，將中的備選節點as按信噪比sinr由大到小排序，得到信噪比排序序號矩陣

43、

44、信噪比排序序號矩陣中的為備選節點矩陣中的對應備選節點在簇的信噪比排序序號。

45、其次，將中的備選節點as按剩余的能量e由大到小排序，得到能耗均衡排序序號矩陣

46、

47、能耗均衡排序序號矩陣中的為備選節點矩陣中的對應備選節點在簇的能耗均衡排序序號。

48、s7、計算簇的優先級矩陣

49、

50、為優先級矩陣中的其中一個，。l為中元素的個數。

51、優先級矩陣中的元素?為優先級參數，對應備選節點矩陣中備選節點??的優先級。

52、優先級參數為中的其中一個，。

53、優先級參數越小，表示備選節點在簇中的優先級越高。

54、簇中的優先級最高的節點為選中節點ss（selected?station）。

55、對于，如果?，則為簇的選中節點。

56、s8、將第三步所得路徑“信號由基站bs發出，依次經過若干個簇質心中繼，最后由用戶ue接收”中的“簇質心?”替換為對應的選中節點。得到最終所選擇的多跳路徑：信號由基站bs發出，依次經過若干個選中節點?中繼，最后由用戶ue接收。

57、與現有技術相比，本方案的有益效果：

58、1.本發明綜合考慮并滿足傳輸質量和能耗均衡兩項需求，通過算法選擇出滿足傳輸質量和能耗均衡需求的路徑，可以有效提升多跳中繼網絡的傳輸質量，并平衡各中繼節點的能耗；

59、2.本發明在算法過程中設置傳輸質量-能耗均衡關系變量，通過變量來調整網絡的傳輸質量和各中繼節點能耗均衡的協調關系，可以依據不同場景下對于多跳中繼網絡傳輸的不同要求，實現傳輸路徑快速調整；

60、3.本發明對已部署的多個中繼節點使用dbscan算法進行聚類分析，不需要指定簇的數量，且能劃分任意形狀的簇，對中繼節點的規模有較強的適應性，能充分滿足傳輸質量和能耗均衡要求，提升信號傳輸效率。