[发明专利]适于高动态无线网络的负载均衡的自适应稳定分簇方法和系统

说明书

本发明公开了一种适于高动态无线网络的负载均衡的自适应稳定分簇方法和系统,其中所述方法包括以下步骤：S1.根据稳定邻节点计算节点的簇首胜任度，并由此选举出最优簇首，形成初始的簇结构；S2.对簇结构进行自适应维护,包括稳定邻节点的维护、备用跟随节点表的存储和更新、簇类型变更、簇融合、簇解散和多网关节点对的维护。本发明提供了一种适于高动态无线网络的负载均衡的自适应稳定分簇方法，考虑分簇方法对分簇网络连通性、稳定性、负载平衡这三个因素的影响，能够根据网络局部密度建立多类簇并存的通用稳定分簇结构，使得分簇方法能够适用于节点分布不均匀的大范围交通密度的多种场景。

技术领域

本发明涉及高动态无线自组网，特别是涉及适于高动态无线网络的负载均衡的自适应稳定分簇方法和系统。

背景技术

典型的高动态无线自组网主要包括车载自组织网络和无人机自组织网络，是一种特殊的自组织网络。其中车载自组织网络(VANETs,Vehicular ad hoc networks)简称车联网,它是移动自组织网络(MANET,Mobile ad hoc network)在交通领域的应用。VANETs作为智能交通系统的重要组成部分，通过车与车以及车与基础设施之间进行通信，为车辆提供针对道路安全、交通管理以及信息娱乐等众多应用。

在移动自组织网络中，网络结构有平面结构和分层结构两种。在平面结构中，所有节点无差别地具有相同的地位，网络鲁棒性较好，节点的覆盖范围较小，相对较安全。但是平面结构在节点数量增多大量移动的情况下，网络开销会很大，路由会经常断裂。因此，平面结构的扩展性较差，只适合于中小型规模的MANET网络。大型网络通常采取分层结构。在这种结构中，网络被划分为许多个簇，每个簇包含一个簇首和若干个簇成员节点。网关节点连接不同的簇，实现簇之间的通信。簇首不仅控制本簇内成员节点的通信而且负责簇间数据的转发。由于网关和簇头的重要作用，它们形成了一个更高级别的网络，即虚拟骨干网(VBN，Virtual Backbone Network)。簇首既可以预先指定也可以在节点中通过执行算法选举产生。

分层结构相对于平面结构不受网络规模的限制，它的可扩展性相对较好，能有效支持多跳中转，适应拓扑变化，能够对网络节点进行有效控制管理，减少开销，保持网络结构的稳定性，在一定程度上还能延长网络生存期。当网络拓扑发生变化时，可进行重新分簇或者再进行簇首的选举，故而也具有较强的抗毁性。除此之外，分簇的设计不仅可以降低MAC机制的接入冲突的概率；便于移动节点的管理和有限资源的分配(比如通过将网络中的节点划分为多个不同的簇，不同的簇之间使用不同的信道，可以达到减小信道干扰的目的)，而且对于路由来说也有很多好处，能够加快路由的查找过程，减少维护路由表和节点交换路由消息的开销以及由于节点移动导致路由过程中出现的泛洪开销。但是它也存在一些不足之处，分层结构需要节点执行簇首选举算法来维护，所以簇首节点的选择可能会成为在网络中实现分层结构的难点。针对VANETs网络拓扑快速变化的分层结构，需要设计出一种合适的簇首选取办法，在保证簇首选择可靠有效的同时还要尽可能减少簇的维护开销。