[发明专利]基于定位信息辅助的节点移动网络的分簇方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及移动通信组网的分簇方法，具体设计一种基于定位信息辅助的节点移动网络的分簇方法。

背景技术

移动自组网在战场通信、物联网、灾难与突发事件救援、移动办公等场景中的应用日益广泛。随着节点数量的增加，移动自组网逐渐采用分簇结构以增强网络的可扩展性。研究表明，分簇结构不仅能增强网络的可扩展性，还可用于辅助信道接入、路由、网络安全、能量控制等工作，对提高网络性能具有极其重要的意义。

节点移动速度逐渐提高，网络拓扑结构变化加快，给分簇算法带来了新的挑战。针对这一问题，产生了一些适用于中高速移动环境的分簇算法。这些算法通过将运动速度相近的节点划分为一簇，提高了节点的簇内生存时间，增强了分簇结构的稳定性，一定程度上解决了中高速移动性所带来的问题。但这些算法普遍比较复杂，分簇及维护开销大。且各簇空间上重叠过多，在运动过程中更经常相互干扰，难以进行频率规划。

分簇，是指通过一定的规则将网络划分为若干个虚拟的小组。每个小组称为一簇。各簇由簇头节点、网关节点和普通节点组成。簇头节点通过各种分簇算法产生，负责管理簇内资源。网关节点则位于相邻簇头覆盖区域的重叠部分，负责簇间信息转发等工作。除去簇头节点与网关节点，剩下的统称为普通节点。分簇算法一般分为簇的生成和簇的维护两个阶段。簇的生成阶段主要包括簇的划分、簇头和网关节点的产生等过程。簇的维护则是在节点角色确定以后，继续维护分簇结构的过程。

分簇结构，将使网络具有诸多优点。首先，可以进行频分复用，提高系统容量。第二，簇头可以较好协调簇内节点，缓解由于冲突等因素引起的效率问题。第三，路由可局限于由簇头和网关节点构成的骨干网上，使网络可扩展性增强。分簇结构同时也将产生若干缺点。第一，为了建立和维护分簇结构，需要在节点间交换信息，增加了系统开销。第二，局部的簇头重新生成可能导致全网所有的簇头重新生成，即再分簇连锁反应。

目前适用于中高速移动环境的分簇算法，虽然在中高速移动环境中，一定程度上实现了延长节点生存时间，构建稳定分簇结构的目的，但这些算法普遍存在着算法复杂，分簇开销大的缺点。且各分簇在空间上过多重叠，在运动过程中更经常相互干扰，难以进行有效的频率规划。

从平坦结构路由算法特性与分簇结构优缺点可以看出，当节点数目较多时，必须采用分簇结构才能保证网络的基本性能。从各种分簇算法的特性可以看出，随着节点的移动性的增加，网络的拓扑结构迅速变化，簇头、网关及普通节点在簇内生存时间下降，进而导致丢包、吞吐量下降、延时增加等问题，网络性能显著恶化。而针对高移动性的分簇算法，从提高节点簇内生存时间的角度出发，通过各种方式将速度相近或相对速度较小的节点分为一簇，延长了簇头、网关及普通节点的生存时间，一定程度上增强了分簇结构在中高速移动环境下的稳定性。

频率资源作为移动通信的关键资源，必须采取频率规划技术以提高网络容量。但针对高移动性的分簇算法，由于各簇在空间上重叠较多、且各簇在运动中易相互干扰，难于进行频率规划。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对以上问题，本发明从分簇结构与频率规划的角度出发，提出了一种基于定位位置信息辅助的节点移动网络的分簇算法LIBC(Location Information Based Clustering algorithm)，既能适用于中高速移动环境，又能便于频率规划的分簇算法，同时又能降低算法复杂度和分簇开销。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于定位信息辅助的节点移动网络的分簇方法，包括步骤：

S1：各节点获得自身的位置信息和速度信息；

S2：各节点周期性的更新自身的位置信息和速度信息并一跳广播，使得各节点都有相邻节点的位置信息和速度信息；

S3：引入虚拟网络中心节点，其在位置上处于网络的中心，且以网络内节点的平均速度进行运动；在真实节点中选择至少一个节点作为虚拟网络中心维护节点，负责虚拟网络中心节点的信息更新及广播；

S4：以虚拟网络中心节点作为中心，将工作区域覆盖并划分为若干个区域，每个区域为一个簇区域，代表一个簇；各簇选择具有最大簇内生存时间的节点作为簇头节点，簇内其他节点作为普通节点；

S5：进行簇的维护，包括簇头节点维护、普通节点维护和新节点的加入。

优选地，所述步骤S1中各节点采用卡尔曼方法估计自身速度信息。