[发明专利]提升分布式多跳网络可用性的分簇管理方法

说明书

本发明公开了一种提升分布式多跳网络可用性的分簇管理方法，主要解决现有技术中大规模网络节点组网混乱、控制开销大的问题。其实现方案包括：簇的生成和簇的维护，其中簇的生成步骤为：首先，由节点根据自身电量百分比随机性参与竞争簇头；其次，通过权值最优原则选取网络中的簇头节点；然后，由簇头节点及已入簇的簇内节点周期性广播簇域信息以使簇外节点入簇；簇的维护步骤为：1)簇头节点按照相似度最佳原则选取备用簇头节点，通过差速同步方式实现主从簇头节点信息同步；2)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。本发明提高了网络性能，保证了网络的稳定性，可用于大规模网络组织结构层次划分和维护。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种层次化网络的分簇管理方法，可用于大规模网络组织结构层次划分和维护。

背景技术

传统的自组织网络组织结构是平等式的，网络内的节点功能和地位相等，网内数据传递依赖于节点转发，但是在大规模组网以及多跳范围组网场景下，传统自组织网络组织混乱、控制开销大、时隙资源紧张，很难适应大规模网络节点场景，因此可扩展性较差。近年来，利用分簇算法构造分层式网络结构，优化网络带宽的应用，可以提高信道的利用率和网络性能，使得高性能的大规模自组网成为可能。在室外环境下，大规模分布式组网还面临着节点电量限制、障碍物遮挡、节点失效等恶劣情况，这就对网络的稳定性和健壮性提出更高的要求；采用主从簇头节点管理网络机制可以有效减少簇头节点失效对网络数据传输的影响，增强网路的稳定性，使得分簇算法的可用性大大提升。

北京科技大学在其申请的专利“一种Ad Hoc网络中基于助理的分簇方法”(专利申请号：200810106381.6，公开号：CN 101267404A)中提出了一种使用最小ID分簇方法，利用节点最小ID进行簇的初始化并选出簇头，在簇域维护方面，该专利选用簇内权值最小的节点作为助理节点。该方法采取较为传统、保守的方式去选择簇头，选取一个助理节点来应对簇头节点电量较低的场景，避免簇头节点电量过低情况下带来的隐患。但是，该方法存在的不足之处是，采用节点最小ID成簇方法选出的簇头节点不一定是较为合理的，对于多跳网络拓扑场景下容易造成簇头冲突情况，同时助理节点的选取也存在一些缺陷，由于其仅将权值大小作为选取助理节点的唯一要素，可能会导致选取的助理节点距离簇头较远从而造成较大的信息同步开销，在大规模自组网场景下不能充分发挥分簇的优势。

北京信威通信技术股份有限公司在其申请的专利”一种基于静态编队分簇的自组网系统”(专利申请号：201510075784.9，公开号：CN 105992301A)中提出了一种利用网络节点静态分布特性而进行静态分簇的自组网方法，在减少整个网络的控制开销方面有不错的表现。该方法利用静态编队结构进行簇划分，各簇头建立和维护簇头间的虚拟路由表来实现网络连通。但是，该方法存在的不足之处是，由于其仅将节点静态分布特性作为作为簇划分要素，限定了节点移动特性，在节点动态移动场景下，会导致簇组织结构混乱、簇间信息传输不稳定。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种提升分布式多跳网络可用性的分簇管理方法，以保证簇结构的稳定性，减少簇重组几率，降低组网的控制开销。

本发明实现上述目的的技术思路是：通过引入簇的管理维护机制，保证簇结构的稳定性，减少簇重组几率；通过引入了有效的控制开销方法，降低了组网的控制开销。具体步骤包括如下：

(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；

(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；

(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；