[发明专利]面向高速节点自组网的三级树形结构令牌双簇首分簇方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动自组网领域，尤其是面向高速节点自组网的分簇方法，具体地说是面向高速节点自组网的三级树形结构令牌双簇首分簇方法。

背景技术

随着移动自组网理论的应用越来越多，国内外开发了不少协同通信产品，国内高速节点协同通信研究起步比国外晚，尚处于初始阶段。

有学者根据移动自组网中节点地位及担负功能的不同区分为平面结构和分级结构两种拓扑结构，对于平面结构，因为其中每个节点的地位平等，故又称为对等式结构，这种结构形成的网络比较健壮，由于覆盖范围比较小，网络中节点相对比较安全，但它也有其缺点，例如在网络控制开销方面，如果节点较多并且多数处于移动的情况下，开销会很大，因为在传输数据时，节点移动导致路由经常中断，需要不停的重新建立路由导，致传输数据稳定性较差，因此平面机构不具有较好的可扩展性。

相对的分级结构多用于大型的网络，分级网络依据不同的标准划分为若干个簇(Cluster)，簇与簇组成网络，簇由一个称为簇首的节点和若干个称为簇内成员节点组成，簇首大多由分簇算法选举产生，主要负责本簇内成员节点的通信，如果簇内节点要和簇外节点通信，簇首负责转发数据，而簇首之间可以借助网关或直接通信，分簇内成员加簇首构成一个簇，而簇首和网关形成更高一级称为虚拟骨干网(VBN)的网络。

在分级结构的移动自组网中，分簇内成员的功能比较简单可以直接进行通信，成员之间不需要维护复杂的路由信息，无形中就减少网络中很多路由开销，因此当网络规模需要扩大时，具有较好的扩展性，同时可以根据需要随时选举簇首节点，具有较强抗毁性。但分级的结构也有它的缺陷，首先，簇首选举需要适合的簇首选举算法和为了维护稳定的结构需要建立簇维护机制，其次，因为簇首节点担负簇之间以及簇内成员的通信，负载相对较重因为能量损耗较快很可能成为网络的瓶颈，最后，节点间通信借助簇首进行，选择的路由不一定是最佳路由。

分簇算法主要考虑重点是结构的稳定与网络性能是否可靠等，即如何在移动网络环境中获得稳定的簇结构，并实现有效可靠路由、增强网络管理、提高网络性能等。目前针对不同的应用环境和组网要求已提出了一些分簇算法，例如：最高连接度分簇算法、最小ID分簇算法、最小簇改变算法、移动度量MOBIC算法，改进后的分簇算法有自适应按需加权分簇算法、给予树形骨干网的分簇算法和双簇首的分簇算法。但是考虑到网络体系结构以及使用环境要达成目标和性能的不同，并没有一种通用的、可随时组网、放之四海而皆准的分簇算法，但是公认采用分簇结构有很多优点诸如减少路由开销，有效利用有限网络带宽，利于解决避免簇内访问冲突，便于网络管理以及增强网络使用寿命等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向高速节点自组网的三级树形结构令牌双簇首分簇方法，从而实现高速节点自组网的快速收敛，分簇稳定，抗摧毁能力强等特性，提高高速节点生存能力及攻击性能，充分发挥各节点通信能力，节省资源，以更好的完成通信任务。

本发明的技术方案是：

一种面向高速节点自组网的三级树形结构令牌双簇首分簇方法，它包括：初始化分簇的步骤；选择各簇的簇首并建立低空、高空节点的步骤；对高空节点进行二次分簇并建立中心节点的步骤以及建立备用中心节点的步骤。

本发明具体包括以下步骤：

（A）、初始化分簇的步骤；首先，为网络中每个节点分配唯一ID，使用最小ID分簇算法对网络进行初始化分簇，形成一级分簇；

（B）、选择各一级分簇的簇首并建立低空、高空节点的步骤；在各个分簇中，依据最小ID分簇算法初步选举出一级分簇的簇首节点，并在一级分簇内进行广播，簇内其他节点收到广播后，依据自己通信能力竞争簇首，竞争成功后更改一级分簇的簇首，最终产生的一级分簇的簇首节点称为高空节点，广播通知一级分簇内其他节点成为簇成员，即低空节点；

（C）、对高空节点进行二次分簇并建立中心节点的步骤：采用最小ID分簇算法对网络中所有高空节点进行二次分簇，形成二级分簇；在各个二级分簇中，依据最小ID分簇算法初步选举出二级分簇的簇首节点，并在二级分簇内进行广播，簇内其他节点收到广播后，依据自己通信能力竞争簇首，竞争成功后更改二级分簇的簇首，最终产生的二级分簇的簇首节点称为中心节点，并广播给二级分簇内其余高空节点；

（D）、建立备用中心节点的步骤：二次分簇后，在各二级分簇中选择通信能力次强的节点作为各簇的二级分簇的次簇首，各次簇首作为备用中心节点并广播给簇内其余二级分簇内的高空节点，建立三级树形结构。