[发明专利]一种空中自组织网络拓扑感知与维护方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体的说是一种空中自组织网络拓扑感知与维护方法，可用于空中自组织网络。

背景技术

在空中无线自组织网络中，要解决网络拓扑感知与维护的问题，通常有集中式和分布式两种策略，其中分布式网络拓扑感知与维护策略虽然操作简单，但对网络全局拓扑的感知往往不够全面，而且由于缺乏专门的中心控制节点来负责对新入网的节点进行认证，其安全性方面存在较大问题。与分布式策略相对，集中式网络拓扑感知与维护策略能更好的管理网络拓扑，在对新入网节点的入网认证方面也具有更高的安全性，因而被广泛使用。

随着卫星定位技术的发展，节点要想获得自己或网内其它节点的地理位置信息已经越来越容易，但在某些特殊应用领域，对通信的安全性要求很高，在这种情况下，提供定位功能的卫星一旦被干扰或者破坏，其代价往往是无法承受的。而网络中的节点通过周期性发送hello包进行信息交互的方式，收集并维护网络中所有节点的地理位置信息，虽然与卫星定位方式相比要耗费更多的网络资源，但这种方式无疑具有更高的抗毁性，在某些特殊应用领域，有重要的实用意义。

要完成对网络拓扑的感知与维护，全网除了要及时感知到新入网的节点之外，更重要的是必须及时检测出那些由于能量耗尽或者发生故障等原因而退出网络的节点，以便将这些退出网络的节点从网络的拓扑中删除，维护实时、有效的网络拓扑。由于网络中正常运行的节点每隔一段时间便会广播自己的hello包，故如果在一段较长的时间内网络中的节点一直没有收到某个节点的hello包，便可以初步判定该节点已经退出了网络。

如果网络中的普通节点退出网络，对全网不会有太大影响，但是如果网络中的中控节点退出网络，便会对全网产生较大影响，因为中控节点往往担负着新入网节点的认证、网络信息收集、密钥分发等重要功能，故一旦网络中的中控节点退出网络，全网必须在一定时间内及时检测出这一信息，并根据一定的规则从普通节点中选出一个新任中控节点来继承前任中控节点的职能。

前任中控节点退出后，网络会暂时陷入混乱。由于信息的不对称性，可能会出现网络中的多个普通节点同时申请成为新任中控节点的状况，这会导致原来一个整体的网络被分割成若干个小的子网，每个子网内有一个被认同的新任中控节点。这显然不便于网络统一管理，因此还必须另外确定一套规则，以确定这些小子网的新任中控节点中，哪个节点可以最终成为全网的新任中控节点，以使全网重新收敛成一个统一的整体。

发明内容

本发明的目的是针对传统空中自组织网络拓扑控制方法的不足，提出了一种空中自组织网络拓扑感知与维护方法，以完成对新入网节点的认证，从网络拓扑中剔除已经退网的节点，解决中控节点故障退网、多个中控节点收敛到统一的中控节点、网络拓扑割裂与合并等诸多网络异常状况，始终保持全网的有效运行和网络拓扑的完整性，从而更好地适应空中自组织网络的拓扑控制需求。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种空中自组织网络拓扑感知与维护方法，包括如下步骤：

(1)网络中的所有节点通过多跳转发的方式将入网请求包发给网络的初始中控节点0，初始中控节点0每收到一个其它节点发来的入网请求包后，就按原路返回的方式回发一个入网批准包，每个收到初始中控节点0发来的入网批准包的节点完成入网过程；

(2)所有已经入网的节点先建立一个空的节点位置信息表，然后每隔一个周期T向周围广播一次包含本节点的IP、地理位置信息以及包序号的hello包；

(3)所有已经入网的节点收到来自其它节点q的hello包后，先根据该hello包中携带的关于节点q的位置信息更新自己的节点位置信息表，再转发该hello包；

(4)所有节点均每隔一个时间周期T便对自己的节点位置信息表中所有节点的信息的时效性进行检查，任意节点u检查到自己的节点位置信息表中某个节点x的位置信息最后一次被更新的时刻与当前时刻之间的差值大于6T，则判断节点x是否是中控节点，若是，节点u先从自己的节点位置信息表中删除节点x的相关信息，然后向周围一跳范围内的所有节点广播中控身份申请包，申请成为新任中控节点，否则，节点u直接从自己的节点位置信息表中删除节点x的相关信息；