[發(fā)明專利]一種自組織網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011103029.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN112261665B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鵬;李永翔;鐘玲玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津津航計(jì)算技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W40/04;H04W84/18
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 劉二格

1.一種自組織網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：探測(cè)消息的發(fā)送；

步驟二：權(quán)重值的計(jì)算與廣播；

步驟三：簇頭的選舉；

步驟四：簇成員節(jié)點(diǎn)加入；

所述步驟一中，在初始狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的任何節(jié)點(diǎn)成員均不屬于任何子網(wǎng)，處于未分簇狀態(tài)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)按固定周期對(duì)外發(fā)送探測(cè)消息，探測(cè)消息的內(nèi)容包括本節(jié)點(diǎn)ID、所有在本周期內(nèi)能夠接收到的其他節(jié)點(diǎn)ID，以及本節(jié)點(diǎn)此時(shí)的權(quán)重值；

所述步驟二中，計(jì)算權(quán)重值Q(i)，選舉出合適的簇頭，達(dá)到局部最優(yōu)，進(jìn)而達(dá)到全局最優(yōu)；其中，權(quán)重值的計(jì)算因素分為3項(xiàng)：

(1)本節(jié)點(diǎn)的平均連接度；

(2)本節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的終端之間的距離；

(3)本節(jié)點(diǎn)的信道帶寬利用率；

Q(i)＝α*P(i)+β*1/D(i)+γ*1/Msg(i) (1)

其中α、β、γ的具體取值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求選擇權(quán)重，節(jié)點(diǎn)的平均連接度P(i)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)終端之間的距離D(i)，節(jié)點(diǎn)i的信道帶寬利用率Msg(i)；

定義節(jié)點(diǎn)連接度C(i)：鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；在一定數(shù)量為N的無線網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)i的連接度表示為：

其中，t_ij表示第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通情況，

如果i、j節(jié)點(diǎn)之間一跳可達(dá)，則t_ij＝1；

如果i、j節(jié)點(diǎn)之間一跳不可達(dá)，則t_ij＝0；

定義節(jié)點(diǎn)的平均連接度P(i)：節(jié)點(diǎn)i通過周邊節(jié)點(diǎn)的連接度算得本身的平均連接度，其表示為：

其中，N(i)指的是節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)的集合，Cj指的是節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)j的連接度；

網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)A在測(cè)距前首先發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求，測(cè)距請(qǐng)求信息中包含本節(jié)點(diǎn)的時(shí)標(biāo)信息，接收到測(cè)距請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)B將節(jié)點(diǎn)A的時(shí)標(biāo)與自身的時(shí)標(biāo)差寫入測(cè)距應(yīng)答信息中，節(jié)點(diǎn)A收到B節(jié)點(diǎn)的測(cè)距應(yīng)答后，得出測(cè)距請(qǐng)求和應(yīng)答之間的時(shí)間差值TOA，進(jìn)而測(cè)出兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離D(i)，計(jì)算公式為：

D(i)＝C×(TOA)； (4)

式中C為光速；

定義節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的通信鏈路信息速率M(i，j)，表示在一個(gè)鏈路調(diào)度周期T內(nèi)，鏈路e在信道上處于活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)隙總數(shù)占整個(gè)鏈路調(diào)度周期的比例，定義節(jié)點(diǎn)i信息最大吞吐率為Mmax，是所有經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流的累加，則節(jié)點(diǎn)i的信道帶寬利用率為：

所述步驟三中，節(jié)點(diǎn)在廣播帶有自身權(quán)重值的探測(cè)消息時(shí)，也在接收鄰居節(jié)點(diǎn)帶權(quán)重值的探測(cè)消息，并將接收的權(quán)重值與自身權(quán)重值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果確定自身是否可成為子網(wǎng)簇頭；

若比較狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)收到權(quán)重值比自己小的節(jié)點(diǎn)探測(cè)消息，則保持比較狀態(tài)，當(dāng)收到比自己權(quán)重值大的節(jié)點(diǎn)的探測(cè)消息，節(jié)點(diǎn)即可以確定自己無法成為簇頭節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換狀態(tài)為準(zhǔn)簇成員狀態(tài)，進(jìn)入簇成員的加入過程；當(dāng)在預(yù)定組網(wǎng)時(shí)間內(nèi)收到所有鄰居節(jié)點(diǎn)的權(quán)重值均小于自身權(quán)重值，則該節(jié)點(diǎn)就成為簇頭節(jié)點(diǎn)；

在簇頭選擇的過程中可能出現(xiàn)同一范圍內(nèi)的，多個(gè)權(quán)重值相等的節(jié)點(diǎn)都是最大權(quán)重值節(jié)點(diǎn)的情況，出現(xiàn)此情況時(shí)，這些節(jié)點(diǎn)都將成為簇頭節(jié)點(diǎn)；如果出現(xiàn)所有節(jié)點(diǎn)權(quán)重值都相等的情況，這些節(jié)點(diǎn)都會(huì)成為簇頭節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行孤立簇的合并，分簇算法退化為隨機(jī)選取簇頭；

所述步驟四中，在一跳范圍內(nèi)權(quán)值不是最大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入準(zhǔn)簇成員狀態(tài)，這些節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽簇頭節(jié)點(diǎn)的探測(cè)消息，進(jìn)行簇成員ID的分配，從而加入簇；為保證未分簇節(jié)點(diǎn)只加入簇成員個(gè)數(shù)小于Nmax的簇頭節(jié)點(diǎn)，將簇成員個(gè)數(shù)信息攜帶于簇頭節(jié)點(diǎn)的探測(cè)消息中；未分簇節(jié)點(diǎn)通過探測(cè)消息中的簇成員個(gè)數(shù)確定是否加入；簇成員的加入過程分為：監(jiān)聽簇頭、簇成員與簇頭關(guān)系的建立、簇成員的管理。