[發(fā)明專利]基于定位信息輔助的節(jié)點移動網(wǎng)絡(luò)的分簇方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110391215.7
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102497615A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬正新;王毓晗;李濤;寧永忠
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);北京中科國信科技股份有限公司
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W8/00;H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及移動通信組網(wǎng)的分簇方法，具體設(shè)計一種基于定位信息輔助的節(jié)點移動網(wǎng)絡(luò)的分簇方法。

背景技術(shù)

移動自組網(wǎng)在戰(zhàn)場通信、物聯(lián)網(wǎng)、災(zāi)難與突發(fā)事件救援、移動辦公等場景中的應(yīng)用日益廣泛。隨著節(jié)點數(shù)量的增加，移動自組網(wǎng)逐漸采用分簇結(jié)構(gòu)以增強網(wǎng)絡(luò)的可擴展性。研究表明，分簇結(jié)構(gòu)不僅能增強網(wǎng)絡(luò)的可擴展性，還可用于輔助信道接入、路由、網(wǎng)絡(luò)安全、能量控制等工作，對提高網(wǎng)絡(luò)性能具有極其重要的意義。

節(jié)點移動速度逐漸提高，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化加快，給分簇算法帶來了新的挑戰(zhàn)。針對這一問題，產(chǎn)生了一些適用于中高速移動環(huán)境的分簇算法。這些算法通過將運動速度相近的節(jié)點劃分為一簇，提高了節(jié)點的簇內(nèi)生存時間，增強了分簇結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，一定程度上解決了中高速移動性所帶來的問題。但這些算法普遍比較復(fù)雜，分簇及維護(hù)開銷大。且各簇空間上重疊過多，在運動過程中更經(jīng)常相互干擾，難以進(jìn)行頻率規(guī)劃。

分簇，是指通過一定的規(guī)則將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個虛擬的小組。每個小組稱為一簇。各簇由簇頭節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點和普通節(jié)點組成。簇頭節(jié)點通過各種分簇算法產(chǎn)生，負(fù)責(zé)管理簇內(nèi)資源。網(wǎng)關(guān)節(jié)點則位于相鄰簇頭覆蓋區(qū)域的重疊部分，負(fù)責(zé)簇間信息轉(zhuǎn)發(fā)等工作。除去簇頭節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點，剩下的統(tǒng)稱為普通節(jié)點。分簇算法一般分為簇的生成和簇的維護(hù)兩個階段。簇的生成階段主要包括簇的劃分、簇頭和網(wǎng)關(guān)節(jié)點的產(chǎn)生等過程。簇的維護(hù)則是在節(jié)點角色確定以后，繼續(xù)維護(hù)分簇結(jié)構(gòu)的過程。

分簇結(jié)構(gòu)，將使網(wǎng)絡(luò)具有諸多優(yōu)點。首先，可以進(jìn)行頻分復(fù)用，提高系統(tǒng)容量。第二，簇頭可以較好協(xié)調(diào)簇內(nèi)節(jié)點，緩解由于沖突等因素引起的效率問題。第三，路由可局限于由簇頭和網(wǎng)關(guān)節(jié)點構(gòu)成的骨干網(wǎng)上，使網(wǎng)絡(luò)可擴展性增強。分簇結(jié)構(gòu)同時也將產(chǎn)生若干缺點。第一，為了建立和維護(hù)分簇結(jié)構(gòu)，需要在節(jié)點間交換信息，增加了系統(tǒng)開銷。第二，局部的簇頭重新生成可能導(dǎo)致全網(wǎng)所有的簇頭重新生成，即再分簇連鎖反應(yīng)。

目前適用于中高速移動環(huán)境的分簇算法，雖然在中高速移動環(huán)境中，一定程度上實現(xiàn)了延長節(jié)點生存時間，構(gòu)建穩(wěn)定分簇結(jié)構(gòu)的目的，但這些算法普遍存在著算法復(fù)雜，分簇開銷大的缺點。且各分簇在空間上過多重疊，在運動過程中更經(jīng)常相互干擾，難以進(jìn)行有效的頻率規(guī)劃。

從平坦結(jié)構(gòu)路由算法特性與分簇結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點可以看出，當(dāng)節(jié)點數(shù)目較多時，必須采用分簇結(jié)構(gòu)才能保證網(wǎng)絡(luò)的基本性能。從各種分簇算法的特性可以看出，隨著節(jié)點的移動性的增加，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)迅速變化，簇頭、網(wǎng)關(guān)及普通節(jié)點在簇內(nèi)生存時間下降，進(jìn)而導(dǎo)致丟包、吞吐量下降、延時增加等問題，網(wǎng)絡(luò)性能顯著惡化。而針對高移動性的分簇算法，從提高節(jié)點簇內(nèi)生存時間的角度出發(fā)，通過各種方式將速度相近或相對速度較小的節(jié)點分為一簇，延長了簇頭、網(wǎng)關(guān)及普通節(jié)點的生存時間，一定程度上增強了分簇結(jié)構(gòu)在中高速移動環(huán)境下的穩(wěn)定性。

頻率資源作為移動通信的關(guān)鍵資源，必須采取頻率規(guī)劃技術(shù)以提高網(wǎng)絡(luò)容量。但針對高移動性的分簇算法，由于各簇在空間上重疊較多、且各簇在運動中易相互干擾，難于進(jìn)行頻率規(guī)劃。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

針對以上問題，本發(fā)明從分簇結(jié)構(gòu)與頻率規(guī)劃的角度出發(fā)，提出了一種基于定位位置信息輔助的節(jié)點移動網(wǎng)絡(luò)的分簇算法LIBC(Location?Information?Based?Clustering?algorithm)，既能適用于中高速移動環(huán)境，又能便于頻率規(guī)劃的分簇算法，同時又能降低算法復(fù)雜度和分簇開銷。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于定位信息輔助的節(jié)點移動網(wǎng)絡(luò)的分簇方法，包括步驟：

S1：各節(jié)點獲得自身的位置信息和速度信息；

S2：各節(jié)點周期性的更新自身的位置信息和速度信息并一跳廣播，使得各節(jié)點都有相鄰節(jié)點的位置信息和速度信息；

S3：引入虛擬網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點，其在位置上處于網(wǎng)絡(luò)的中心，且以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點的平均速度進(jìn)行運動；在真實節(jié)點中選擇至少一個節(jié)點作為虛擬網(wǎng)絡(luò)中心維護(hù)節(jié)點，負(fù)責(zé)虛擬網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點的信息更新及廣播；

S4：以虛擬網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點作為中心，將工作區(qū)域覆蓋并劃分為若干個區(qū)域，每個區(qū)域為一個簇區(qū)域，代表一個簇；各簇選擇具有最大簇內(nèi)生存時間的節(jié)點作為簇頭節(jié)點，簇內(nèi)其他節(jié)點作為普通節(jié)點；

S5：進(jìn)行簇的維護(hù)，包括簇頭節(jié)點維護(hù)、普通節(jié)點維護(hù)和新節(jié)點的加入。

優(yōu)選地，所述步驟S1中各節(jié)點采用卡爾曼方法估計自身速度信息。