[发明专利]提升分布式多跳网络可用性的分簇管理方法

权利要求书

1.一种提升分布式多跳网络可用性的分簇管理方法，其特征在于：包括如下：

(1)网络中节点根据自身电量百分比信息随机性参与竞争簇头，实现如下：

(1a)计算节点电量百分比s：

其中，e表示节点电池当前电量，v表示节点电池容量；

(1b)根据节点电量百分比s计算成簇检测门限P：

P＝exp[In(c)*s]

其中，In(c)为扩增因子，使得成簇检测门限P随电量百分比s呈指数增长，即电量百分比越高的节点成簇检测概率越大；

(1c)进行成簇随机性检测：

(1c1)借助随机数函数rand()生成一个0-(t×c)的随机数R：R＝rand()％(t×c)；

其中，rand()函数是C语言中产生随机数的一个随机函数，t在0.6-0.8范围取值；

(1c2)依据随机数R和成簇检测门限P，得到随机性检测结果result：

其中，result是一种布尔型数据类型，true表示结果为真，false表示结果为假；

(1c3)根据随机性检测结果确定节点竞争簇头操作：

若随机性检测结果result为true，则节点参与竞争簇头；

否则，执行(1c4)；

(1c4)判断节点是否满足连续3-5轮没有参与竞争簇头的竞争保护条件：

如果满足竞争保护条件，则节点参与竞争簇头；

如果不满足竞争保护条件，则节点不参与竞争簇头；

(2)根据节点的交互信息，按照权值最优原则选取网络中的簇头节点，实现如下：

(2a)确定节点各成簇权值参数数值：

(2a1)确定节点的邻居节点中未入簇的节点数d，计算其度数与理想节点度数D之差的绝对值，即d'＝|d-D|；

(2a2)确定节点两跳范围中未入簇的节点数目m，根据m值预估节点作为簇头的簇域范围range，计算预估簇域节点数目M'和理想簇域节点数目M之差的绝对值，即m'＝|M'-M|，其中：

(2a3)根据节点的邻节点信息，计算出成簇均衡因子S'：

其中K为节点的邻节点个数，xi为节点的第i个邻节点的度数，D为理想节点度数；

(2b)根据成簇权值参数数值计算成簇权值W：

W＝a×d'+b×m'+c×S'+x

其中，a，b，c为不同数值的权重因子，且a+b+c＝1，d'，m'，S'为(2a)中求得的成簇权值参数，x为辅助参数；

(2c)节点将成簇权值W及节点与邻节点中成簇最小权值W_min放到勤务帧中，周期性地向周围广播勤务帧，该勤务帧是指节点间信息交互的一种hello数据包，用于添加节点交互的有用信息；

(2d)未入簇节点接收邻节点勤务帧，保存邻节点的W_min，并计算以本节点为中心的两跳范围最小成簇权值W_{2_min}；

(2e)未入簇节点先判断本节点成簇权值W是否同两跳范围最小成簇权值W_{2_min}相等，再判断成簇权值W是否小于或等于设定的成簇门限W_HT：

若这两个成簇检测条件均满足，则竞争簇头成功，即将满足这两个成簇检测条件的节点作为簇头节点；

否则，竞争簇头失败；

(3)簇头节点同时执行(4)和(5)；

(4)簇域信息扩散及簇外节点入簇：

(4a)簇头节点广播簇域信息，该信息包括簇头节点ID、簇内节点数目、簇的簇域范围、节点簇内时钟等级；

(4b)簇外节点接收广播的簇域信息并保存下来后，先根据簇的簇域范围确定自己是否可入簇的簇集合，再按照簇内节点数最小原则从可入簇的簇集合中选择最优簇进行入簇；

(4c)簇外节点入簇后周期性广播簇域信息，以使簇域信息向外扩散；

(5)簇域维护：

(5a)簇头节点按照相似度最佳原则选取备用簇头节点，以差速同步方式实现主从簇头节点信息同步；实现如下：

(5a1)确定簇头节点的邻节点个数n；

(5a2)计算簇头节点的同簇邻节点node_i相似率same_rate_i：

same_rate_i＝m/n

其中，m为簇头节点与同簇邻节点node_i的重叠节点个数；

(5a3)根据同簇邻节点node_i的相似率same_rate_i和电量百分比s_i计算备用节点权重W_{s_i}：

W_{s_i}＝g×same_rate_i+l×s_i

其中，g，l为不同数值的权重因子，且g+l＝1；

(5a4)簇头节点在同簇邻节点中找到最大备用节点权重W_{s_max}对应的备用节点slave_id_new；

(5a5)备用节点slave_id_new在同时满足以下两个条件下执行更新：

条件1：备用节点slave_id_new与已有的备用节点slave_id_old不相等；

条件2：W_{s_max}＞＝rate_HT且W_{s_max}-W_{s_old}＞＝rate_ST；

其中，rate_HT和rate_ST分别为备用节点更新检测设定的硬门限和软门限，用于防止在节点移动场景下备用簇头节点频繁变更；W_{s_max}为备用节点slave_id_new对应的备用节点权重，W_{s_old}为已有的备用节点slave_id_old对应的备用节点权重；

(5a6)主簇头节点以如下两种方式同时向备用簇头节点发送同步信息：

方式1：主簇节点以周期T1定时向备用簇头节点发送完整簇内数据信息；

方式2：主簇节点以周期T2定时向备用簇头节点发送间隔内数据更改信息；

其中，T1为主簇头节点发送完整簇内数据周期，T2为主簇头节点在间隔内数据更改发送周期，T1的数值要远大于T2，即T1的取值为T2的3-6倍；

(5a7)备用簇头节点根据接收的同步信息，比较簇头产生同步信息时间t1和本地数据更新时间t2大小：

若t1t2，则执行(5a8)，并令t2＝t1；

否则，不执行数据更新操作；

(5a8)根据同步信息类型执行如下更新操作：

若同步信息是簇头节点完整的簇内数据信息，则通过同步信息直接替换本地簇内数据；

若同步信息是簇头节点间隔内数据更改信息，则通过同步信息更改本地簇内数据；

(5b)备用簇头节点对簇头节点存活状况进行检测，按需行使簇头节点功能。