[发明专利]一种基于地理位置信息的分簇方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线移动Ad hoc网络的分簇方法，尤其是一种基于地理位置信息的分簇方法，属通信技术领域。

背景技术

由于移动Ad Hoc网络中节点的移动性，其网络结构一般采用分布式控制结构，即没有固定的网络设备负责控制网络，而是由网络中的节点自己维护。分布式的控制又可以分为完全分布式控制网络结构和分层分布式控制网络结构，这两种结构又称为平面结构和分级结构。

平面结构网络在网络规模较大，网络中节点数目很多的情况下，这种完全分布式的平面结构变得非常难以维护。表现为路由收敛非常慢，维护路由信息的开销大，网络拓扑变化有可能得不到及时的更新，同时局部的大数据量通信可能会影响整个网络的性能。

在分级Ad Hoc网络结构中，网络被划分为一到多个簇(Cluster)，每个簇由一个簇头(Cluster Head)和多个簇成员(Cluster Member)组成，这些簇头形成了高一级的网络。在高一级的网络中又可以分簇，形成更高一级的网络。在分级结构中，簇头节点或网关节点负责簇间数据的转发，簇头节点可以预先指定也可以根据某种算法选举产生。在进行网络分簇时，如果允许一个普通节点同时属于多个簇，那么得到的网络结构就是有交叠的簇结构，反之，得到互不交叠的簇结构。

分级结构中可以看出，使用分级结构有以下的优点：(1)分级结构的网络扩展性较好，网络规模变大时由于簇的存在，每个簇头只需维护其范围内的节点，而簇的规模远小于节点的规模，所以路由和控制等协议开销小。(2)分级结构由于簇内通信不会影响到全网的状态，因此局部吞吐量会得到明显的提升。(3)将网络资源划分为簇，可以更好的管理网络资源。(4)对簇内节点间的通信可以结合TDMA、轮询等方式提高接入协议的效率。分簇的缺点是在系统初始化和新节点加入时，都要进行部分的初始化和簇头选举工作，速度较不分簇结构慢。其次，节点间的数据通信都要经过簇头转发，所以使用的路由不一定是最优路由，簇头的通信能力有可能称为网络的瓶颈。

分簇方法的目标就是以较少的计算和通信开销构造和维护一个能够覆盖整个网络、可以较好支持资源管理和路由协议的相互连接的簇的集合。为了减少分簇方法带来的网络开销，分簇方法应当高效，并在只有很少的节点移动和拓扑变化时尽量维持原有结构，从而减少重新生成簇引入的开销和提高网络的总体效能。在理想情况下，希望以最少的簇头覆盖整个网络，即簇头的集合为最小统治集MDS(Minimum Dominating Set)，满足MDS的簇头选择问题是NPC(Non-deterministic Polynomial-time Complete)问题，因此一般只能采用启发式的分簇方法得到次优解。根据不同的应用需求，网络环境和节点特征可以选取不同的分簇方法。不同的分簇方法具有不同的优化目标，如最小化簇计算和维护开销，最小化簇头数目，最大化簇稳定性和最大化节点生存时间等。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于地理位置信息的分簇方法，提高大规模AdHoc网络的接入效率。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：

分簇方法分为簇的形成和簇的维护两个阶段：

簇的形成阶段：取得簇头节点、本地簇成员节点、邻簇成员节点身份。

簇的维护阶段：包括虚拟网络中心节点、簇头节点、本地成员节点、邻簇成员节点的维护。

所述簇的形成阶段依次具有以下步骤：

(1)节点S以一跳广播方式发送加入簇申请，并附带自身的位置信息；

(1.2)所有收到该申请的簇头节点按以下方式处理该申请：

(1.2.1)通过加入申请中附带的位置信息，计算出该节点所在的簇的序号NODE_CLU_ID，依据本簇中所含节点数量及链路负载计算出本簇的综合负载系数；

(1.2.2)若NODE_CLU_ID与自身的簇序号相同，则按如下方式处理：

(1.2.2.1)若本簇的综合负载系数小于门限TH1，则以单播方式向申请节点S发送允许其成为NODE_CLU_ID簇的本地成员节点的应答。

(1.2.2.2)若本簇的综合负载系数不小于门限TH1，则以单播方式向申请节点S发送建议其加入相邻簇的应答。

(1.2.3)若NODE_CLU_ID与自身的簇序号HEAD_CLU_ID不同，则按如下方式处理：

(1.2.3.1)若NODE_CLU_ID簇与HEAD_CLU_ID簇的综合负载系数之差大于门限TH2，则以单播方式向申请节点S发送邀请其成为HEAD_CLU_ID簇的邻簇成员节点的应答。