功率异类点Ad Hoc网络的一种松散虚拟分簇方法技术

本发明专利技术公开了一种功率异类点Ａｄ　Ｈｏｃ网络下的虚拟分簇方法。本发明专利技术中并不是所有的节点都参与分簇过程，而是在节点间建立了一种松散的耦合关系，只有在Ｂ节点通信范围下的Ｇ节点才参与簇的形成过程，避免了在Ｂ节点密度稀疏的情况下，建立、维护簇引入较大的控制负载，使得分簇算法对于网络中的Ｂ节点具有较好的密度自适应性。同时结合分簇过程实现了网络信息的局部化，为节点建立了局部的拓扑图可以使用于各种决策算法。本发明专利技术可以有效地实现了功率异类点Ａｄ　Ｈｏｃ网络的层次化，并具有低负载、密度自适应的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术应用于功率异类点无线移动自组织网络(AdHoc网络)，特别涉 及功率异类点Ad Hoc网络的分簇方法。
技术介绍
功率异类点Ad Hoc网络是指由不同功率的节点组成的Ad Hoc网络。在 功率异类点Ad Hoc网络下通过分簇技术实现网络的层次化是提高网络可扩 展性的有效手段之一。通过将网络中的节点划分为多个子集(簇)，在每个子 集中选出一个簇首(Cluster Head),构成高一层次的虚拟骨干网，实现网络 的层次化(当然分层结构也可具有多级)。然后通过一些特殊节点(簇首，网 关)的协调实现节点间的通信。基于簇的分层技术能够有效地提高路由协议 的可扩展性。首先，通过一些特殊节点(比如簇首、网关)的有效协调能够 节约大量有限的资源；其次，由簇首、网关构成的虚拟骨干网，能将路由信 息的产生和散布限制在某个区域中，实现全网络信息的局部化，有效减少了 维护全网信息所需的大量信息交互负载；第三，对于一个移动终端来说，分 簇结构使得Ad Hoc网络显得更小、更稳定。当一个节点改变自己所从属的 簇时，只需要在相应的簇内更新信息，不需要全网信息的更新，使得每个移 动节点的处理和存储量大量地减小。因此，分簇技术能够有效的提高网络的 可扩展性。分簇技术在同类点AdHoc网络下，由于网络中的节点具有相同的性能，无法满足骨干网中节点在无线带宽、处理能力、能量等方面的高级需求。也 就是说即使形成分层的网络结构，也会由于骨干网在性能方面的瓶颈限制网 络的可扩展性。而功率异类点下的大功率节点在形成骨干网方面具有天然的 优势，保证了骨干网的高效、可靠。但在所有分簇方法的研究重点都放在对 簇首选择算法、簇的动态维护算法等的研究，重点是目前的分簇技术中使得 网络中所有的节点都参与分簇了过程，我们称节点间的这种关系为一种强耦合关系。事实上，在无线Ad Hoc网络下由于节点的移动性并不是所有节点都适合形成簇，甚至有些节点参与分簇带来的负面影响远远大于其带来的好处，尤其在负载方面。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决以往分簇机制中由于所有节点都参与分簇而引起的负面影响，为功率异类点Ad Hoc网络提供一种有效的虚拟分簇方法，实 现网络的分层结构，进而提高网络的可扩展性。本专利技术中提出了一种松散、 自适应、低负载的分簇机制，称之为松散虚拟分簇(Loose Virtual Clustering, LVC)。本专利技术的技术方案是这样实现的包括以下步骤5^/;丄网络中的节点根据节点发射功率的不同分为两类:一类传输半径大的节点称为主节点，简称B节点；另一类普通节点称为G节点，根据与B节点之间的拓扑关系将G节点划分为三类，分别是Gis。lated、 Gmember、 Ggateway。其中Gis。^d是不在任何B节点的通信半径内的G节点，Gmem^是所有双向邻居都在自己簇首的覆盖范围内的G节点，Ggateway是双向邻居中存在不在自己簇首覆盖范围内的节点的G节点；&印2通过周期性的交换包含感知邻居信息的双向邻居发现包BND，为 每个节点建立感知邻居表和双向邻居表；^印义选择高性能的B节点为簇首，G节点与簇首之间形成一种松散的 耦合关系，也就是说G节点不需要强制建立与B节点间簇的关系，只有处于GmembCT4 Ggateway状态的节点才选择簇首，参与簇的形成过程，而不在任何B 节点覆盖范围内的Gis咖ed不参加簇的建立过程；S的A在形成、维护虚拟簇的过程中，通过有关的控制包的交换，为簇首和簇成员建立包含局部拓扑信息的LAI表，其中还可包含位置、能量、负载其它各种网络信息。所述的建立感知邻居表和双向邻居表，包括以下步骤Ste/7h每个节点广播一个只包含节点自己ID的双向邻居发现包BND;Ste/ 丄发送完双向邻居发现包BND以后，等待用来接收来自其它节点的BND包，并根据接收到的BND包的发送者形成感知邻居表AN， AN表保存能够接收到的所有感知邻居的ID;建立感知邻居表AN后再一次广播双向邻居发现包BND，其中包含节点自己ID外还包括感知邻居表AN中所有感知邻居节点的ID信息； 5^/;心接收到双向邻居发现包BND的节点，査到该包中携带的感知邻居信息，如果自己ID也在其中，则认为当前节点与BND包的发送者之间存在一条双向链路，得到一个双向邻居，最终形成双向邻居BN表。所述的簇首和簇成员建立包含局部拓扑信息的LAI表，包括以下步骤 ^印h每个G节点通过限制洪泛的方式，将洪泛限制在TTL的跳数范围内，向感知邻居表AN中的多个B节点发送包含自己双向邻居信息的G节点LVC初始化包GLI;^^^每个接收到GLI包的B节点学其中携带的双向邻居信息建立LAI 然后在一跳范围内广播B节点LVC初始化包BLI，将自己建立的局部拓扑 信息/0Cfl/—topo一//0发送给自己覆盖范围下的所有G节点；G节点接收来自B节点广播的BLI包，并根据接收到的BLI包 中的/oca/—to/ o—//o建立LAI;Ste/7心G节点结合LAI选择路由跳数最小的B节点为簇首，并判断G 节点状态，并删除LAI中的拓扑信息。然后每个节点根据状态作相应的处理> Gmember、 Ggateway节点多播簇成员注册包CMR分别到新、旧簇首，因为这里是初始化所以只有新的簇首，该包中的信息类似于GLI包，主要包含自己双向邻居信息WAVec^/o/—e/g/^or—/w/o;> Gis。^d节点Gis由ed接收不到BLI包，没有簇首，因此^。^节点不做任何处理；&印5.*每个簇首B节点接受到来自成员的CMR，建立新的关于簇成员 的LAI，然后在一跳范围内广播簇首声明包CHD，将自己簇成员的拓扑信息/0Cfl/—topo—通知给覆盖范围内的所有G节点；Step6:当G节点接受到来自B节点的簇首声明包CHD以后，并根据 local—topojnfo建立自己的LAI，而B节点对于接受到的簇首声明包CHD不 处理。本专利技术在功率异类点Ad Hoc网络下实现了网络的分层结构，这种虚拟 分簇机制具有负载低、自适应性的特性。同时，通过在路由协议中使用LVC 的分簇方法，有效提高了路由协议的性能，尤其在可扩展方面。附图说明图1示一个G节点维护的AN和BN表节点所在区域图。 图2分别显示了本专利技术中B节点和G节点维护的LAI表中节点的分布 区域图。(a) 表示B节点LAI表中节点的分布区域(b) 表示G节点LAI表中节点的分布区域图； 下面结合附图对本专利技术的内容作进一步详细说明。具体实施例方式参照图1所示，表示G节点gi的感知邻居AN和双向邻居BN节点的分 布。其中以gi为圆心，RB为半径的圆内的所有B节点以及图中的阴影区域 中的节点为gi的AN表中的节点，而图中阴影的圆形区域为G节点gi的BN 表中节点的分布区域。参照图2所示，Rduster((XRdu勿《RB)表示以B节点为簇首的簇的半径，其中分别显示了B节点和G节点维护的LAI表中节点的分布，其中图(a) 表示B节点X维护的LAI，它是有关该B节点所有成员及这些成员双向邻居 的拓扑信息。图(b)中显示的是G节点Y所维护的LAI，该拓扑信息通过 收集来自G节点RB范围内的B节点发送的拓扑信息形成。本专利技术将使用LVC机制本文档来自技高网...

【技术保护点】
功率异类点Ａｄ　Ｈｏｃ网络的一种松散虚拟分簇方法，其特征在于，包括以下步骤：　Ｓｔｅｐ１．网络中的节点根据节点发射功率的不同分为两类：一类传输半径大的节点称为主节点，简称Ｂ节点；另一类普通节点称为Ｇ节点，根据与Ｂ节点之间的拓扑关系将Ｇ 节点划分为三类，分别是：Ｇ↓［ｉｓｏｌａｔｅｄ］、Ｇ↓［ｍｅｍｂｅｒ］、Ｇ↓［ｇａｔｅｗａｙ］。其中Ｇ↓［ｉｓｏｌａｔｅｄ］是不在任何Ｂ节点的通信半径内的Ｇ节点，Ｇ↓［ｍｅｍｂｅｒ］是所有双向邻居都在自己簇首的覆盖范围内的Ｇ节点，Ｇ↓［ｇａｔｅｗａｙ］是双向邻居中存在不在自己簇首覆盖范围内的节点的Ｇ节点；　Ｓｔｅｐ２．通过周期性的交换包含感知邻居信息的双向邻居发现包ＢＮＤ，为每个节点建立感知邻居表和双向邻居表；　Ｓｔｅｐ３．选择高性能的Ｂ节点为簇首，Ｇ节点与簇首之 间形成一种松散的耦合关系，也就是说Ｇ节点不需要强制建立与Ｂ节点间簇的关系，只有处于Ｇ↓［ｍｅｍｂｅｒ］与Ｇ↓［ｇａｔｅｗａｙ］状态的节点才选择簇首，参与簇的形成过程，而不在任何Ｂ节点覆盖范围内的Ｇ↓［ｉｓｏｌａｔｅｄ］不参加簇的建立过程；　　Ｓｔｅｐ４．在形成、维护虚拟簇的过程中，通过有关的控制包的交换，为簇首和簇成员建立包含局部拓扑信息的ＬＡＩ表，其中还可包含位置、能量、负载其它各种网络信息。...

【技术特征摘要】
1、功率异类点Ad Hoc网络的一种松散虚拟分簇方法，其特征在于，包括以下步骤Step1. 网络中的节点根据节点发射功率的不同分为两类一类传输半径大的节点称为主节点，简称B节点；另一类普通节点称为G节点，根据与B节点之间的拓扑关系将G节点划分为三类，分别是Gisolated、Gmember、Ggateway。其中Gisolated是不在任何B节点的通信半径内的G节点，Gmember是所有双向邻居都在自己簇首的覆盖范围内的G节点，Ggateway是双向邻居中存在不在自己簇首覆盖范围内的节点的G节点；Step2. 通过周期性的交换包含感知邻居信息的双向邻居发现包BND，为每个节点建立感知邻居表和双向邻居表；Step3. 选择高性能的B节点为簇首，G节点与簇首之间形成一种松散的耦合关系，也就是说G节点不需要强制建立与B节点间簇的关系，只有处于Gmember与Ggateway状态的节点才选择簇首，参与簇的形成过程，而不在任何B节点覆盖范围内的Gisolated不参加簇的建立过程；Step4. 在形成、维护虚拟簇的过程中，通过有关的控制包的交换，为簇首和簇成员建立包含局部拓扑信息的LAI表，其中还可包含位置、能量、负载其它各种网络信息。2、 根据权利要求1所述的功率异类点AdHoc网络的一种松散虚拟分簇 方法，其特征在于，所述的建立感知邻居表和双向邻居表，包括以下步骤&印2-每个节点广播一个只包含节点自己ID的双向邻居发现包BND; 发送完双向邻居发现包BND以后，等待用来接收来自其它节点的BND包，并根据接收到的BND包的发送者形成感知邻居表AN， AN表 保存能够接收到的所有感知邻居的ID;建立感知邻居表AN后再一次广播双向邻居发现包BND，其中 包含节点自己ID外还包括感知邻居表AN中所有感知邻居节点的ID信息；^印心接收到双向邻居发现包BND的节...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨新宇，赵鹏，杨慧杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]