[發明專利]提升分布式多跳網絡可用性的分簇管理方法

有效

• 申請號: 201911415221.4
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111107603B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 史琰;張行奇;盛敏;劉俊宇;文娟;周笛;白衛崗
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/32;H04W84/18
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發明公開了一種提升分布式多跳網絡可用性的分簇管理方法，主要解決現有技術中大規模網絡節點組網混亂、控制開銷大的問題。其實現方案包括：簇的生成和簇的維護，其中簇的生成步驟為：首先，由節點根據自身電量百分比隨機性參與競爭簇頭；其次，通過權值最優原則選取網絡中的簇頭節點；然后，由簇頭節點及已入簇的簇內節點周期性廣播簇域信息以使簇外節點入簇；簇的維護步驟為：1)簇頭節點按照相似度最佳原則選取備用簇頭節點，通過差速同步方式實現主從簇頭節點信息同步；2)備用簇頭節點對簇頭節點存活狀況進行檢測，按需行使簇頭節點功能。本發明提高了網絡性能，保證了網絡的穩定性，可用于大規模網絡組織結構層次劃分和維護。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及一種層次化網絡的分簇管理方法，可用于大規模網絡組織結構層次劃分和維護。

背景技術

傳統的自組織網絡組織結構是平等式的，網絡內的節點功能和地位相等，網內數據傳遞依賴于節點轉發，但是在大規模組網以及多跳范圍組網場景下，傳統自組織網絡組織混亂、控制開銷大、時隙資源緊張，很難適應大規模網絡節點場景，因此可擴展性較差。近年來，利用分簇算法構造分層式網絡結構，優化網絡帶寬的應用，可以提高信道的利用率和網絡性能，使得高性能的大規模自組網成為可能。在室外環境下，大規模分布式組網還面臨著節點電量限制、障礙物遮擋、節點失效等惡劣情況，這就對網絡的穩定性和健壯性提出更高的要求；采用主從簇頭節點管理網絡機制可以有效減少簇頭節點失效對網絡數據傳輸的影響，增強網路的穩定性，使得分簇算法的可用性大大提升。

北京科技大學在其申請的專利“一種Ad Hoc網絡中基于助理的分簇方法”(專利申請號：200810106381.6，公開號：CN 101267404A)中提出了一種使用最小ID分簇方法，利用節點最小ID進行簇的初始化并選出簇頭，在簇域維護方面，該專利選用簇內權值最小的節點作為助理節點。該方法采取較為傳統、保守的方式去選擇簇頭，選取一個助理節點來應對簇頭節點電量較低的場景，避免簇頭節點電量過低情況下帶來的隱患。但是，該方法存在的不足之處是，采用節點最小ID成簇方法選出的簇頭節點不一定是較為合理的，對于多跳網絡拓撲場景下容易造成簇頭沖突情況，同時助理節點的選取也存在一些缺陷，由于其僅將權值大小作為選取助理節點的唯一要素，可能會導致選取的助理節點距離簇頭較遠從而造成較大的信息同步開銷，在大規模自組網場景下不能充分發揮分簇的優勢。

北京信威通信技術股份有限公司在其申請的專利”一種基于靜態編隊分簇的自組網系統”(專利申請號：201510075784.9，公開號：CN 105992301A)中提出了一種利用網絡節點靜態分布特性而進行靜態分簇的自組網方法，在減少整個網絡的控制開銷方面有不錯的表現。該方法利用靜態編隊結構進行簇劃分，各簇頭建立和維護簇頭間的虛擬路由表來實現網絡連通。但是，該方法存在的不足之處是，由于其僅將節點靜態分布特性作為作為簇劃分要素，限定了節點移動特性，在節點動態移動場景下，會導致簇組織結構混亂、簇間信息傳輸不穩定。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種提升分布式多跳網絡可用性的分簇管理方法，以保證簇結構的穩定性，減少簇重組幾率，降低組網的控制開銷。

本發明實現上述目的的技術思路是：通過引入簇的管理維護機制，保證簇結構的穩定性，減少簇重組幾率；通過引入了有效的控制開銷方法，降低了組網的控制開銷。具體步驟包括如下：

(1)網絡中節點根據自身電量百分比信息隨機性參與競爭簇頭；

(2)根據節點的交互信息，按照權值最優原則選取網絡中的簇頭節點；

(3)簇頭節點同時執行(4)和(5)；

(4)簇域信息擴散及簇外節點入簇：

(4a)簇頭節點廣播簇域信息，該信息包括簇頭節點ID、簇內節點數目、簇的簇域范圍、節點簇內時鐘等級；