[发明专利]基于标识极值实现分群的方法、网络节点和系统

说明书

本发明公开一种基于标识极值实现分群的方法、网络节点和系统，涉及网络控制领域。其中网络节点将指定时刻后的时间划分为连续的时间区间，其中将每个时间区间中的时间分割为N个具有预定长度的时间段，为各时间段分配基于标识极值的群首选择规则，其中每个时间区间中各时间段的群首选择规则互不相同，各节点在同一时间区间中的同一个时间段所分配的群首选择规则相同，根据接收到相邻节点广播的节点表生成候选节点标识集合，根据当前时间对应的群首选择规则，在候选节点标识集合中选择相应的节点作为群首节点。本发明通过利用各种不同类型的标识极值，从而使各个节点成为群首的概率接近，有效避免某些节点因长期作为群首而易于耗尽能量的问题。

技术领域

本发明涉及网络控制领域，特别涉及一种基于标识极值实现分群的方法、网络节点和系统。

背景技术

分群的基本思想是按照地理邻近关系将网络节点分若干个群，给网络提供规模较小的逻辑组织，使网络易于管理。一个分群由群首和成员节点组成，群首作为区域广播节点和本地协调节点。重新分群需要很高的处理开销和通信开销。

在分群的大规模移动自组网中，分群方法主要有最小标识(ID)分群算法(MinID)、最高连通性分群算法(MaxDegree)和加权分群算法(WCA)三种类型。

MinID算法选择相邻区域内标识最小的节点作为群首。每个节点分得一个唯一的标识，节点周期性广播一张表，该表由其本身和能够接收到的节点组成。其中，(1)一个节点若是接收到的标识均大于自己标识的节点，则是群首；(2)一个节点接收到的最小标识点就是其群首，除非这个最小标识明确放弃群首角色(遵从一个更小的标识节点)；(3)一个节点若能够接收到两个或者更多群首，则是“网关”；(4)否则，节点就是普通节点。群首的相邻节点的标识均大于群首的标识。群首可以将其职责委派给其群内下一个标识最小的节点。

最小标识分群法只考虑最小标识的节点，而标识是任意分配的，没有考虑节点作为群首的资格问题。由于节点标识不会随时间变化，所以标识较小的节点比标识较大的节点更可能成为群首。因此，一些节点由于长时间作为群首而易于耗尽其能量。

最高连通性分群算法选择相应区域内密度最高的节点作为群首。每个节点广播一张表，该表由其能够接收到的节点(包括本节点自身)组成。其中，(1)一个节点若是其所有“未覆盖”相邻节点的最高连通节点，则被选为群首；若是存在多个这种节点，则选择标识最小的节点作为群首。(2)一个节点仍然没有选择器群首，则是“未覆盖”节点；否则就是“已覆盖”节点。(3)一个节点已经选择另一个节点作为群首，则不承担群首角色。群首的相邻节点成为其成员节点；群首及其成员节点不再参与剩余的群首选择过程。由于群首之间不存在直接连接，所以每个分群只能有一个群首。群首直接接连接其群内每个成员节点，因此群内任意两个节点之间最多相距两个转发跳的距离。

最高连通性分群算法要求选择具有最多相邻节点的节点作为群首。但是，由于节点资源有限，在群首的传输覆盖范围内的节点数可能超出群首的处理能力。另一方面，群首越多，系统计算开销越高，吞吐量有可能提高，数据分组必须经过多跳传输而时延越大。

最高连通性分群算法的缺点：(1)群首变化频次低容易导致群首电池耗尽；(2)群成员节点越多，吞吐量越低，系统性能下降，由于没有限制成员节点数的上限，理论上吞吐量会将为零；(3)成员节点的增减需要重新选择最高密度节点。

上述两种分群方法均具有以下性质：(1)群首之间没有直接连接；(2)在一个分群内，由于群首直接连接其群内每个成员节点，所以任意两个节点之间最多相距2个转发跳。

加权分群算法是一个按需、分布式、基于加权的MANET分群算法，在选择群首时考虑了节点理想节点密度、发射功率、移动性、电池能量及其联合效应，灵活分配不同的加权因素。加权分群算法确定群首所需要的时间取决于基本图的直径。该方法能够动态自适应自组网拓扑的不断变化，对群首处理的成员节点数量作了限制，确保MAC性能不会下降。当一个节点不再归属于现有任何群首时才执行该算法，以降低计算开销和通信开销。