[發(fā)明專利]一種基于簇的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710196605.6
• 申請(qǐng)日: 2017-03-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106993321B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉喃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常熟理工學(xué)院
• 主分類號(hào): H04W40/10
• 分類號(hào): H04W40/10;H04W40/12;H04W40/20;H04W40/22;H04W40/24;H04W84/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 胡建華

1.一種基于簇的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)中包含三類節(jié)點(diǎn)：孤立節(jié)點(diǎn)、簇首節(jié)點(diǎn)及簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)；所述孤立節(jié)點(diǎn)為既沒(méi)有標(biāo)記為簇首節(jié)點(diǎn)也沒(méi)有標(biāo)記為簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)；

所述簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)包括共享節(jié)點(diǎn)與普通簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，所述共享節(jié)點(diǎn)是兩個(gè)以上簇的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，位于兩個(gè)以上簇首節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)，能夠同時(shí)接收兩個(gè)以上簇首節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀，并與兩個(gè)以上簇首節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信，具有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能；普通簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)只位于一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)，不執(zhí)行路由轉(zhuǎn)發(fā)操作；所述簇首節(jié)點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能；

一個(gè)簇包括一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)和一個(gè)以上的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)在簇首節(jié)點(diǎn)的一跳范圍內(nèi)，所述網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)以上的簇組成；簇由簇ID唯一標(biāo)識(shí)，簇ID的值為該簇簇首節(jié)點(diǎn)所在的地理坐標(biāo)；

孤立節(jié)點(diǎn)、簇首節(jié)點(diǎn)及簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)各自具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)ID，該節(jié)點(diǎn)ID具有網(wǎng)絡(luò)唯一性，在生命周期中保持不變；

初始狀態(tài)下，所有節(jié)點(diǎn)均設(shè)為孤立節(jié)點(diǎn)且具有唯一性的節(jié)點(diǎn)ID，每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存一個(gè)鄰居表，鄰居表項(xiàng)包括三個(gè)域：節(jié)點(diǎn)ID，節(jié)點(diǎn)的能量以及生命周期；

網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)由單播地址唯一標(biāo)識(shí)，節(jié)點(diǎn)的單播地址包括三個(gè)部分：地理坐標(biāo)域、節(jié)點(diǎn)類型域和節(jié)點(diǎn)ID域；節(jié)點(diǎn)類型包括孤立節(jié)點(diǎn)、簇首節(jié)點(diǎn)和簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)三種，分別對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)類型域值為0、1和2；

網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在一跳范圍內(nèi)定期廣播信標(biāo)消息，消息源地址為節(jié)點(diǎn)的單播地址，消息負(fù)載為廣播信標(biāo)消息的網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的能量；共享節(jié)點(diǎn)廣播的信標(biāo)消息還包括它所屬簇的簇ID；節(jié)點(diǎn)通過(guò)接收鄰居節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)消息來(lái)建立鄰居表；

孤立節(jié)點(diǎn)收到任意一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)N發(fā)送的信標(biāo)消息后，如果孤立節(jié)點(diǎn)的鄰居表中沒(méi)有節(jié)點(diǎn)ID值為節(jié)點(diǎn)N的節(jié)點(diǎn)ID值的表項(xiàng)，那么孤立節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)鄰居表項(xiàng)，該鄰居表項(xiàng)的節(jié)點(diǎn)ID為節(jié)點(diǎn)N的節(jié)點(diǎn)ID，節(jié)點(diǎn)的能量值為信標(biāo)負(fù)載中的能量值，生命周期設(shè)置為最大值；否則，孤立節(jié)點(diǎn)用接收到的信標(biāo)消息中的能量值更新該表項(xiàng)中的節(jié)點(diǎn)的能量值，同時(shí)將生命周期設(shè)置為最大值；

如果一個(gè)鄰居表項(xiàng)的生命周期衰減為0，那么從鄰居表中刪除該鄰居表項(xiàng)；

網(wǎng)絡(luò)中的消息結(jié)構(gòu)由四部分構(gòu)成：目的地址、源地址、消息類型值和負(fù)載；

消息類型包括數(shù)據(jù)產(chǎn)生消息、數(shù)據(jù)產(chǎn)生響應(yīng)消息、注冊(cè)消息、數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息、數(shù)據(jù)響應(yīng)消息、請(qǐng)求數(shù)據(jù)產(chǎn)生消息、請(qǐng)求數(shù)據(jù)產(chǎn)生響應(yīng)消息、加入簇請(qǐng)求消息、加入簇響應(yīng)消息、加入簇確認(rèn)消息和簇ID消息；分別對(duì)應(yīng)的消息類型值為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10和11；

孤立節(jié)點(diǎn)建立鄰居表后，如果它的鄰居節(jié)點(diǎn)包含簇首節(jié)點(diǎn)，則將節(jié)點(diǎn)ID值最小的鄰居簇首節(jié)點(diǎn)作為自己的簇首節(jié)點(diǎn)，同時(shí)記錄該簇的簇ID以及該簇首節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID；如果孤立節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)不包含簇首節(jié)點(diǎn)，當(dāng)孤立節(jié)點(diǎn)滿足條件1或者條件2任意一個(gè)條件或者兩個(gè)都滿足時(shí)，則通過(guò)下述過(guò)程建立簇；

條件1：孤立節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前能量值大于其他鄰居孤立節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前能量值；

條件2：孤立節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前能量值不小于其他鄰居孤立節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前能量值，同時(shí)孤立節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID小于與孤立節(jié)點(diǎn)具有相同能量值的鄰居節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID；

步驟101：開(kāi)始；

步驟102：孤立節(jié)點(diǎn)在一跳范圍內(nèi)廣播加入簇請(qǐng)求消息，簇請(qǐng)求消息源地址為孤立節(jié)點(diǎn)自己的單播地址，目的地址為廣播地址，廣播地址的所有比特值均為1，消息類型為8，消息負(fù)載為孤立節(jié)點(diǎn)自己的能量值；

步驟103：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，判斷鄰居孤立節(jié)點(diǎn)是否收到兩個(gè)以上孤立節(jié)點(diǎn)發(fā)送的加入簇請(qǐng)求消息，如果是，進(jìn)行步驟104，否則進(jìn)行步驟105；

步驟104：對(duì)于每個(gè)接收到的加入簇請(qǐng)求消息，鄰居孤立節(jié)點(diǎn)判斷自己的能量值是否為不大于消息負(fù)載中的能量值，如果是，則返回一個(gè)加入簇響應(yīng)消息，加入簇響應(yīng)消息的目的地址為接收到的加入簇請(qǐng)求消息的源地址，源地址為鄰居孤立節(jié)點(diǎn)自己的單播地址，消息類型為9，消息負(fù)載為空，否則，丟棄接收到的加入簇請(qǐng)求消息，進(jìn)行步驟106；

步驟105：鄰居孤立節(jié)點(diǎn)判斷自己的能量值是否為不大于接收到的加入簇請(qǐng)求消息負(fù)載中的能量值，如果是，則返回一個(gè)加入簇響應(yīng)消息，加入簇響應(yīng)消息的目的地址為接收到的加入簇請(qǐng)求消息的源地址，源地址為鄰居孤立節(jié)點(diǎn)自己的單播地址，消息類型為9，消息負(fù)載為空，否則，丟棄接收到的加入簇請(qǐng)求消息；

步驟106：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，孤立節(jié)點(diǎn)判斷收到的加入簇響應(yīng)消息的數(shù)量是否等于或者大于其鄰居表中鄰居孤立節(jié)點(diǎn)的總數(shù)量，如果是，進(jìn)行步驟107，否則進(jìn)行步驟111；

步驟107：孤立節(jié)點(diǎn)向所有返回加入簇響應(yīng)消息的鄰居孤立節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)加入簇確認(rèn)消息，該加入簇確認(rèn)消息的目的地址為鄰居孤立節(jié)點(diǎn)的單播地址，源地址為孤立節(jié)點(diǎn)的單播地址，消息類型為10，負(fù)載為簇ID，即孤立節(jié)點(diǎn)的地理坐標(biāo)，同時(shí)將自己標(biāo)識(shí)為簇首節(jié)點(diǎn)；

步驟108：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，如果鄰居孤立節(jié)點(diǎn)收到加入簇確認(rèn)消息，則執(zhí)行步驟109，否則執(zhí)行步驟111；

步驟109：鄰居孤立節(jié)點(diǎn)將自己標(biāo)識(shí)為簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)記錄加入簇確認(rèn)消息中的簇ID以及簇首節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID；

步驟110：孤立節(jié)點(diǎn)成功建立簇并轉(zhuǎn)變?yōu)榇厥坠?jié)點(diǎn)；

步驟111：結(jié)束；

重復(fù)執(zhí)行步驟101～111，直到?jīng)]有孤立節(jié)點(diǎn)為止；然后，簇首節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播簇ID消息，該簇ID消息的負(fù)載為簇首節(jié)點(diǎn)所在簇的簇ID；簇首節(jié)點(diǎn)和簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)收到簇ID消息后，保存簇ID消息中的簇ID值，網(wǎng)絡(luò)中所有簇的簇ID值保持不變；

如果一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)的能量值低于預(yù)先設(shè)定的閾值，或者離開(kāi)簇ID所標(biāo)識(shí)的位置，那么符合條件3和條件4的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為簇首節(jié)點(diǎn)，原來(lái)的簇首節(jié)點(diǎn)則變成簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)；

條件3：該簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)位于簇ID所標(biāo)識(shí)的位置；

條件4：在所有簇ID所標(biāo)識(shí)的位置中的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)中，該簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前能量值最大且大于簇首節(jié)點(diǎn)；

步驟103，106和108中，規(guī)定時(shí)間值設(shè)置為α·d·t；其中，α為調(diào)節(jié)系數(shù)，α≥1，d為網(wǎng)絡(luò)的直徑，t為兩個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)之間傳輸一條消息的延遲；

一種與地理位置相關(guān)的數(shù)據(jù)由一個(gè)地理坐標(biāo)和數(shù)據(jù)ID唯一標(biāo)識(shí)，地理坐標(biāo)定義該數(shù)據(jù)產(chǎn)生的地理位置，數(shù)據(jù)ID定義一種類型的數(shù)據(jù)；一種類型的數(shù)據(jù)劃分為兩個(gè)以上數(shù)據(jù)塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊由一個(gè)數(shù)據(jù)塊ID唯一標(biāo)識(shí)；

簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)通過(guò)名字地址獲取數(shù)據(jù)，名字地址包括地理坐標(biāo)、數(shù)據(jù)ID以及數(shù)據(jù)塊ID集合；

簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)CM1的地理坐標(biāo)為(x1,y1)，節(jié)點(diǎn)ID為NID1，數(shù)據(jù)C1的數(shù)據(jù)ID為CID1，如果CM1需要產(chǎn)生地理位置為(x1,y1)的數(shù)據(jù)C1的數(shù)據(jù)塊，所述數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)塊ID集合為S1，則執(zhí)行下述過(guò)程：

步驟201：開(kāi)始；

步驟202：簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)CM1構(gòu)建一個(gè)名字地址、一個(gè)單播地址和一個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生消息；在名字地址中，地理坐標(biāo)為(x1,y1)，數(shù)據(jù)ID為CID1，數(shù)據(jù)塊ID集合為S1；在單播地址中，地理坐標(biāo)為(x1,y1)，節(jié)點(diǎn)類型為2，節(jié)點(diǎn)ID為NID1；在數(shù)據(jù)產(chǎn)生消息中，目的地址為名字地址，源地址為單播地址，消息類型為1，負(fù)載為空；簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)CM1發(fā)送該數(shù)據(jù)產(chǎn)生消息；

步驟203：位于地理坐標(biāo)(x1,y1)的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)收到該數(shù)據(jù)產(chǎn)生消息后，產(chǎn)生數(shù)據(jù)C1中的部分?jǐn)?shù)據(jù)塊，然后構(gòu)建名字地址和數(shù)據(jù)產(chǎn)生響應(yīng)消息；在名字地址中，地理坐標(biāo)為(x1,y1)，數(shù)據(jù)ID為CID1，數(shù)據(jù)塊ID集合為位于地理坐標(biāo)(x1,y1)的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)自己產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)塊ID集合；在數(shù)據(jù)產(chǎn)生響應(yīng)消息中，目的地址為數(shù)據(jù)產(chǎn)生消息中的源地址，源地址為構(gòu)建的名字地址，消息類型為2，負(fù)載為產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊；然后位于地理坐標(biāo)(x1,y1)的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)送該數(shù)據(jù)產(chǎn)生響應(yīng)消息；

步驟204：簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)CM1接收到所有的數(shù)據(jù)產(chǎn)生響應(yīng)消息后，保存這些數(shù)據(jù)塊；

步驟205：結(jié)束。