一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法技术

技术编号:23628586 阅读:32 留言:0更新日期:2020-03-31 23:53
本发明专利技术公开了一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法,该选举方法基于最高节点度数算法,在网络初始化时各个节点对其他节点信息未知的情况下使用。在密集场景下,网络拓扑过于复杂,难以通过单一指标一次完成分簇,因此发明专利技术将簇头选举过程划分为三个阶段,每个阶段选择一定数量的簇头,通过三次选举的节点成为最终簇头。经过仿真测试,该选举方法成簇速度快,且网络连通率达到100%,分簇的结果为后续分簇的优化、网络切片及通信资源分配的优化提供了必要的准备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法
本专利技术涉及无线自组织网络
,具体涉及一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法。
技术介绍
无线自组织网络的拓扑类型可以分为两种:一种是平面结构,如图1所示,这种网络结构简单,其中所有的节点地位平等,共同分担网络负荷,在每对源节点和目的节点之间的数据传输路径可能不止一条,这种结构的缺点在于可扩展性差,如果网络规模不断增大,每个节点的移动性增强,那么维护动态路由就需要耗费大量控制信息,因此这种结构只适应于小规模的无线自组织网络。另外一种是分层结构,主要是从物理结构上改变网络形态。在分层结构中,整个无线自组织网络会被分簇算法划分为多个簇,然后再按照一定的规则在每个簇中选出簇头,除簇头以外的节点则为簇成员。分层结构可再细分为单频分级和多频分级两种结构,单频分级中,所有节点采用一个频率通信,多频分级则是不同级采用不同的频率通信,在图2中的三个簇中,簇头分别是A,B,C,簇头和簇内成员进行内部通信时使用的是频率a,簇头之间形成的高一级网络之间进行通信时使用的是频率b。在这种结构下,网络的规模并不会受到限制,簇内的其他节点不需要考虑簇之间的通信和簇内部的信息维护,因此会少掉很多路由维护的开销,扩展性强。分簇算法是决定分层结构的无线自组织网络性能的关键因素。典型的分簇算法包括:最低ID算法(LOWID),最高节点度算法(HIGHD);基于权重的分簇算法(WCA);综合考虑连通度、节点移动速度和能量消耗速率等因素进行加权来进行分簇;基于移动感知的仿生型分簇算法BIMAC,可以有效提高链路连通率和簇头生存时间,但无法保证簇与簇之间的数据传输;分布式分簇算法MOBIC,根据节点的移动性来选择簇头,但是只适用于节点的移动速度和方向都相同的场景;基于连通度、节点能量和移动性的分簇算法CEMCA。当应用场景中,网络节点通信距离为200km,相对于网络节点的活动范围(500km*500km)而言较大,使网络拓扑过于密集(如图3所示),因此无法直接运用上述诸如最高节点度数等算法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法,通过该选举方法进行分簇,成簇速度快、分簇效果良好、网络连通率达到100%,可以胜任无线自组织网络的初始化工作,能够适用于网络节点通信距离为200km的应用场景。本专利技术通过下述技术方案实现:一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法,包括以下步骤:S1:各网络节点选举附近50km内邻居节点个数最大的网络节点为第一轮簇头;S2:各网络节点选举附近200km内簇成员最多的簇头网络节点为第二轮簇头;S3:各网络节点选举附近200km内距离最近的簇头网络节点为第三轮簇头;其中,步骤S1-S3的选举过程均采用分布式分簇算法,所述分簇算法包括网络初始化时的分簇策略和成簇后的维护策略。在密集型无线自组织网络(MobileAdHocNetwork)中,由于节点过于密集,导致所有节点相互通信需要的通信资源过多、网络管理开销过大;为了满足节点对速率、时延、可靠性等方面的不同需求,需要部署网络切片,但是AdHoc网络无中心节点难以部署。因此需要对节点进行分簇,分簇后,各个簇之间可以进行空间复用,簇内使用相同的频段通信;各个簇之间由簇头代理进行通信,极大减少了整个网络需要的通信资源,便于网络管理;各个簇头负责网络切片的部署和管理,有利于满足节点的不同服务需求。本专利技术基于最高节点度数算法,提出一种一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法,该算法将分簇过程划分为三个阶段,各个阶段按照不同的标准进行簇头选举。通过仿真发现,该算法分簇效果良好,通过该选举方法进行分簇,成簇速度快、网络连通率达到100%,可以胜任无线自组织网络的初始化工作,能够适用于网络节点通信距离为200km的应用场景,且分簇结果为后续分簇的优化及通信资源分配的优化提供了必要的准备。进一步地,步骤S1包括以下步骤:S11:各网络节点以50km的发射功率广播自身邻居节点数量信息,以一定周期发两轮,收到信息的无人机更新自己的第一轮邻居节点;S12:第一轮邻居节点网络建立后,各网络节点A检索其第一轮邻居节点,选择度数最大的网络节点B为第一轮簇头,向网络节点B发送第一轮报文;S13:网络节点B收到第一轮后,回复网络节点A第一轮选举,将自己标为第一轮簇头,并将网络节点A加入自身的第一轮分簇成员:S14:网络节点A收到第一轮选举后将网络节点B标为第一轮簇头。进一步地,步骤S2包括以下步骤:。S21:各被选为第一轮簇头网络节点主动以200km的发射功率广播自身第一轮簇头选举后的信息,即发送第二轮广播报文,收到报文的网络节点更新自己的第一轮簇头邻居;S22:收到所有可收到第一轮簇头邻居信息的各网络节点A选择成员最多的第一轮簇头的网络节点B作为第二轮簇头,以200km的发射功率向网络节点B发送第二轮报文;S23:网络节点B收到第二轮报文后,回复网络节点第二轮选举,将自己标为第二轮簇头,并将网络节点A加入自身的第二轮分簇成员;S24:网络节点A收到第二轮选举后将网络节点B标为第二轮簇头。进一步地,步骤S21所述信息包括第一轮簇头身份及其第一轮分簇成员数量。进一步地,步骤S3包括以下步骤:。S31:各被选为第二轮簇头网络节点主动以200km的发射功率广播自身信息,即发送第三轮广播报文,收到报文的网络节点更新自己的第二轮簇头邻居;S32:收到所有可收到第二轮簇头邻居信息的各网络节点A选择距离最近的第二轮簇头的网络节点B作为第三轮簇头,以200km的发射功率向网络节点B发送第三轮报文;S33:网络节点B收到第三轮报文后,回复网络节点A第三轮选举,将自己标为第三轮簇头,并将网络节点A加入自身的第三轮分簇成员;S34:网络节点A收到第三轮选举后将网络节点B标为第三轮簇头。进一步地,步骤S31所述身信息包括第二轮簇头身份及其位置信息。进一步地,分簇算法包括以下步骤:1)、在整个网络一开始初始化时,所有的节点开始向自己周围的邻节点发送探测消息,获取邻居节点的信息;2)、根据分簇算法规定的簇首生成方案,对各邻居节点间的单个信息或加权信息进行计算或比较,确定簇首并广播簇首节点信息;3)、簇首选举完成并发布信息后,其邻居节点入簇成为簇内成员节点;4)、各节点依次入簇最终使整个网络形成分层结构;5)、成簇后的网络通过分簇算法对节点由于移动或其它原因变更状态而进行簇结构的维护与管理。进一步地,步骤1)所述信息包括ID值、邻居节点间距离、邻居节点状态。本专利技术与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:本专利技术基于最高节点度数算法,提出一种一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法,该算法将分簇过程划分为三个阶段,各个阶段按照不同的标准进行簇头选举。通过仿真发现,该算法分簇效果良好本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法,其特征在于,包括以下步骤:/nS1:各网络节点选举附近50km内邻居节点个数最大的网络节点为第一轮簇头;/nS2:各网络节点选举附近200km内簇成员最多的簇头网络节点为第二轮簇头;/nS3:各网络节点选举附近200km内距离最近的簇头网络节点为第三轮簇头;/n其中,步骤S1-S3的选举过程均采用分布式分簇算法,所述分簇算法包括网络初始化时的分簇策略和成簇后的维护策略。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:各网络节点选举附近50km内邻居节点个数最大的网络节点为第一轮簇头;
S2:各网络节点选举附近200km内簇成员最多的簇头网络节点为第二轮簇头;
S3:各网络节点选举附近200km内距离最近的簇头网络节点为第三轮簇头;
其中,步骤S1-S3的选举过程均采用分布式分簇算法,所述分簇算法包括网络初始化时的分簇策略和成簇后的维护策略。


2.根据权利要求1所述的一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法,其特征在于,步骤S1包括以下步骤:
S11:各网络节点以50km的发射功率广播自身邻居节点数量信息,以一定周期发两轮,收到信息的无人机更新自己的第一轮邻居节点;
S12:第一轮邻居节点网络建立后,各网络节点A检索其第一轮邻居节点,选择度数最大的网络节点B为第一轮簇头,向网络节点B发送第一轮报文;
S13:网络节点B收到第一轮后,回复网络节点A第一轮选举,将自己标为第一轮簇头,并将网络节点A加入自身的第一轮分簇成员:
S14:网络节点A收到第一轮选举后将网络节点B标为第一轮簇头。


3.根据权利要求1所述的一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法,其特征在于,步骤S2包括以下步骤:
S21:各被选为第一轮簇头网络节点主动以200km的发射功率广播自身第一轮簇头选举后的信息,即发送第二轮广播报文,收到报文的网络节点更新自己的第一轮簇头邻居;
S22:收到所有可收到第一轮簇头邻居信息的各网络节点A选择成员最多的第一轮簇头的网络节点B作为第二轮簇头,以200km的发射功率向网络节点B发送第二轮报文;
S23:网络节点B收到第二轮报文后,回复网络节点第二轮选举,将自己标为第二轮簇头,并将网络节点A加入自身的第二轮分簇成员;
S24:网络节点A收到第二轮选举后将网络节点B标为第二轮簇头。

【专利技术属性】
技术研发人员:孙耀高孟杰秦爽冯钢
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川;51

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