CN102869016B - 高速节点自组网中节点安全加入方法 - Google Patents
高速节点自组网中节点安全加入方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102869016B CN102869016B CN201210374378.9A CN201210374378A CN102869016B CN 102869016 B CN102869016 B CN 102869016B CN 201210374378 A CN201210374378 A CN 201210374378A CN 102869016 B CN102869016 B CN 102869016B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- node
- clustering
- sub
- nodes
- centroid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
一种高速节点自组网中节点安全加入方法，自组网结构是由低空节点、高空节点和中心节点构成的三级树形移动自组网拓扑结构，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两次分簇，多个由低空节点构成的多个一级分簇，各簇首为高空节点；多个高空节点构成多个二级分簇，各簇首为中心节点；当有新节点加入时，包括以下步骤：中心节点广播加入信息和新节点发送ID的步骤；高空节点单播Join信息的步骤；新节点选择加入一级分簇的步骤。本发明能够有效确保节点加入时的网络拓扑结构的稳定性；提高高速节点抗干扰性和抗损毁性。
Description
技术领域
本发明涉及移动自组网技术领域，尤其是自组网中节点安全加入方法，具体地说是一种高速节点自组网中节点安全加入方法。
背景技术
高速节点组网国际上主要是引入移动自组网技术，将组成高速节点网络的每个高空通信节点所获得的信息通过战术数据链技术达到实时的共享，充分利用数据链有限带宽，从而极大地提高高速节点对信息的处理速度，提高对特殊情况的响应能力，综合利用获得的信息资源快速决策，大大地提高高速节点在实际应用中的攻击能力和生存能力。
高速节点自组网中使用的分簇算法，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，将移动自组网拓扑结构模型设计为三级树形结构，引入高速节点通信强度优先级概念，并将其应用到中心节点及高空节点等簇首节点选举中，同时针对高速节点移动自组网的特性，对分簇算法的很多方面，针对性的做出分析，提出改进的思想，并对簇维护算法进行了分析，增强了分簇算法的针对性与实用性，有助于提高高速节点生存能力及系统稳定性能，更好的完成作战任务。但是对通信节点组成三级树形网络后，由于外力损坏、电子屏蔽失去联系等原因造成节点的加入情况并没有具体的实施方案来确保节点加入时的网络拓扑结构的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速节点自组网中节点安全加入方法，从而确保由于外力损坏、电子屏蔽、拦截失去联系等原因造成节点的加入情况下协同通信组网的拓扑结构稳定，提高高速节点抗干扰性及系统稳定性。
本发明的技术方案是：
一种高速节点自组网中节点安全加入方法，自组网结构是由低空节点、高空节点和中心节点构成的三级树形移动自组网拓扑结构，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两次分簇，多个由低空节点构成的多个一级分簇，各簇首为高空节点；多个高空节点构成多个二级分簇，各簇首为中心节点；
当有新节点加入时，包括以下步骤：中心节点广播加入信息和新节点发送ID的步骤；高空节点单播Join信息的步骤；新节点选择加入一级分簇的步骤。
本发明的高速节点自组网中节点安全加入方法，具体包括以下步骤：
第一步：中心节点周期性的广播加入信息，新节点收到加入信息后向邻近节点发送包含自己ID的Hello消息；
第二步：高空节点收到新节点Hello消息后单播发出加入一级分簇Join消息；
第三步：收到Join消息的新节点对比选择其中ID较小的高空节点，发送Accept消息，并将高空节点信息计入自己消息列表；
第四步：高空节点根据收到的应答，将新节点作为低空节点加入自己消息列表，并广播Hello消息给中心节点更新分簇内所有节点的信息。
第五步：中心节点在自己成员信息列表中更新新的高空节点分簇信息。
本发明的新节点作为低空运行节点加入网络，加入最先接收到消息的分簇中。
本发明的新节点包括两种：一种是因为高空节点退出导致分簇解散，低空节点加入其他分簇，另一种是请求加入节点是新节点不属于任何分簇。节点加入时，只要收到中心节点周期性的广播消息，将自己信息发送至网络即可加入。
本发明的三级树形移动自组网拓扑结构的建立包括以下步骤：
（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。
本发明的三级树形移动自组网拓扑结构建立的步骤（B）中，在各个一级分簇和二级分簇中，簇内节点依据自己通信能力竞争簇首的方法是：
步骤一、建立各分簇节点的集合：记A＝{x1,x2......xn}为初始化和二次分簇后，任一一级分簇和二级分簇中所有节点的集合，n为任一分簇中节点的个数；
步骤二、在任一分簇中，采用如下公式计算各节点的通信能力F(xi)，
F(xi)=F(af1(xi),bf2(xi),cf3(xi))；
其中，1≤i≤n，f1(xi)表示在t0-t1时刻，节点xi与分簇内其余各节点建立的通信链路的利用率的均值，t0-t1为初始化分簇后的任一时间段；f2(xi)代表节点xi与簇内其余各节点传输延迟的均值；f3(xi)表示节点xi与簇内其余各节点通信出错率的均值；a，b，c为通信网络中各参数对应的加权系数。
本发明的三级树形移动自组网拓扑结构建立的步骤（C）中，建立中心节点后，各中心节点向控制中心通报网络状况，控制中心产生一个令牌交给中心节点即根结点，令牌在通讯过程中使用。
本发明中，各节点中选举出的中心节点后，由控制中心赋予令牌，节点消失则令牌重新产生，各簇内令牌在中心节点与高空节点组成的令牌环间流转，其地址为中心节点ID，环内其余节点需要使用信道传输信息，拿到令牌后使用信道，信道使用完毕释放令牌，每个节点申请使用令牌时间固定，未传递完毕信息再次申请，令牌每轮转一次，信息数加一，如果中心节点在申请使用时间完毕未收到返回令牌，则认定令牌失效，重新产生新令牌。
本发明的有益效果：
本发明能够有效确保节点加入时的网络拓扑结构的稳定性，簇首数目不会变化，对分簇没有产生影响，从而避免因节点的加入而导致网络剧烈变化，具有较强健壮性；提高高速节点抗干扰性和抗损毁性。
附图说明
图1是本发明的高速节点组网模型示意图。
图2是新节点加入网络示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种面向高速节点自组网中节点安全加入方法，将高速节点组成中心节点、高空节点与低空节点的三级树形结构的移动自组网络，其中中心节点位于根位置，负责与控制中心，例如卫星等的通信，同时兼顾管理其他高空节点；高空节点在中心节点之下，负责与中心节点通信，管理低空节点，高空节点与中心节点组成分簇，簇首是中心节点；低空节点位于叶子位置，与高空节点通信接受高空节点管理，低空节点与高空节点组成分簇，簇首是高空节点。
新节点作为低空运行节点加入网络，加入最先接收到消息的分簇中，可能存在以下两种情况，一种是节点本身就是低空节点只是隶属于其他高空节点管理，因为高空节点退出导致分簇解散，低空节点加入其他分簇，另一种是请求加入节点是新节点不属于任何分簇。节点加入时，只要收到中心节点周期性的广播消息，将自己信息发送至网络即可加入，不论何种情况节点加入过程如下：
Step1：中心节点周期性的广播加入信息，新节点收到加入信息后向邻近节点发送包含自己ID的Hello消息。
Step2：高空节点收到新节点Hello消息单播发出加入分簇Join消息。
Step3：收到Join消息的新节点对比选接其中ID较小的高空节点，发送Accept消息，并将高空节点信息计入自己消息列表。
Step4：高空节点根据收到的应答，将新节点作为低空节点加入自己消息列表，并广播Hello消息给中心节点更新分簇内所有节点的信息。
Step5：中心节点在自己成员信息列表中更新新的高空节点分簇信息。
举例示意如图2所示，中心节点1高空节点2-3低空节点4-8组成的如图网络，新节点9加入网络，其中点虚线表示簇内成员间的通讯，实线表示簇首与成员间的通讯。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种高速节点自组网中节点安全加入方法，其特征是自组网结构是由低空节点、高空节点和中心节点构成的三级树形移动自组网拓扑结构，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两次分簇，多个由低空节点构成的多个一级分簇，各簇首为高空节点；多个高空节点构成多个二级分簇，各簇首为中心节点；
当有新节点加入时，包括以下步骤：中心节点广播加入信息和新节点发送ID的步骤；高空节点单播Join信息的步骤；新节点选择加入一级分簇的步骤；
所述的三级树形移动自组网拓扑结构的建立包括以下步骤：
(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。
2.根据权利要求1所述的高速节点自组网中节点安全加入方法，其特征是它具体包括以下步骤：
第一步：中心节点周期性的广播加入信息，新节点收到加入信息后向邻近节点发送包含自己ID的Hello消息；
第二步：高空节点收到新节点Hello消息后单播发出加入一级分簇Join消息；
第三步：收到Join消息的新节点对比选择其中ID较小的高空节点，发送Accept消息，并将高空节点信息计入自己消息列表；
第四步：高空节点根据收到的应答，将新节点作为低空节点加入自己消息列表，并广播Hello消息给中心节点更新分簇内所有节点的信息；
第五步：中心节点在自己成员信息列表中更新新的高空节点分簇信息。
3.根据权利要求1所述的高速节点自组网中节点安全加入方法，其特征是所述的新节点作为低空运行节点加入网络，加入最先接收到消息的分簇中。
4.根据权利要求1所述的高速节点自组网中节点安全加入方法，其特征是所述的新节点包括两种：一种是因为高空节点退出导致分簇解散，低空节点加入其他分簇，另一种是请求加入节点是新节点不属于任何分簇，节点加入时，只要收到中心节点周期性的广播消息，将自己信息发送至网络即可加入。
5.根据权利要求1所述的高速节点自组网中节点安全加入方法，其特征是所述三级树形移动自组网拓扑结构建立的步骤(B)和(C)中，在各个一级分簇和二级分簇中，簇内节点依据自己通信能力竞争簇首的方法是：
步骤一、建立各分簇节点的集合：记A＝{x1,x2......xn}为初始化和二次分簇后，任一一级分簇和二级分簇中所有节点的集合，n为任一分簇中节点的个数；
步骤二、在任一分簇中，采用如下公式计算各节点的通信能力F(xi)，
F(xi)＝F(af1(xi),bf2(xi),cf3(xi))；
其中，1≤i≤n，f1(xi)表示在t0-t1时刻，节点xi与分簇内其余各节点建立的通信链路的利用率的均值，t0-t1为初始化分簇后的任一时间段；f2(xi)代表节点xi与簇内其余各节点传输延迟的均值；f3(xi)表示节点xi与簇内其余各节点通信出错率的均值；a，b，c为通信网络中各参数对应的加权系数。
6.根据权利要求1所述的高速节点自组网中节点安全加入方法，其特征是所述三级树形移动自组网拓扑结构建立的步骤(C)中，建立中心节点后，各中心节点向控制中心通报网络状况，控制中心产生一个令牌交给中心节点即根结点，令牌在通讯过程中使用。
7.根据权利要求1所述的高速节点自组网中节点安全加入方法，其特征是在各节点中选举出的中心节点后，由控制中心赋予令牌，节点消失则令牌重新产生，各簇内令牌在中心节点与高空节点组成的令牌环间流转，其地址为中心节点ID，环内其余节点需要使用信道传输信息，拿到令牌后使用信道，信道使用完毕释放令牌，每个节点申请使用令牌时间固定，未传递完毕信息再次申请，令牌每轮转一次，信息数加一，如果中心节点在申请使用时间完毕未收到返回令牌，则认定令牌失效，重新产生新令牌。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210374378.9A CN102869016B (zh) | 2012-09-29 | 2012-09-29 | 高速节点自组网中节点安全加入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210374378.9A CN102869016B (zh) | 2012-09-29 | 2012-09-29 | 高速节点自组网中节点安全加入方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102869016A CN102869016A (zh) | 2013-01-09 |
| CN102869016B true CN102869016B (zh) | 2015-04-01 |
Family
ID=47447549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210374378.9A Active CN102869016B (zh) | 2012-09-29 | 2012-09-29 | 高速节点自组网中节点安全加入方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102869016B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103369579B (zh) * | 2013-07-20 | 2016-12-28 | 西安电子科技大学 | 一种空中自组织网络拓扑感知与维护方法 |
| CN104796188B (zh) * | 2014-01-16 | 2019-02-12 | 中国人民解放军总参谋部第六十一研究所 | 微波辅助的空间信息网络骨干组网传输方法 |
| CN105873169B (zh) * | 2016-06-17 | 2019-12-13 | 成都天铂数字技术有限公司 | 一种无线自组网通信方法 |
| CN109819496B (zh) * | 2019-03-22 | 2022-05-03 | 西南科技大学 | 一种海上多移动异构平台短距离组网方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101207572A (zh) * | 2007-12-14 | 2008-06-25 | 北京科技大学 | 一种基于信号强度的车载Ad hoc网络分簇方法 |
| CN101355496A (zh) * | 2008-08-12 | 2009-01-28 | 武汉大学 | 基站发起的多跳分簇路由协议 |
-
2012
- 2012-09-29 CN CN201210374378.9A patent/CN102869016B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101207572A (zh) * | 2007-12-14 | 2008-06-25 | 北京科技大学 | 一种基于信号强度的车载Ad hoc网络分簇方法 |
| CN101355496A (zh) * | 2008-08-12 | 2009-01-28 | 武汉大学 | 基站发起的多跳分簇路由协议 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 一种基于树形骨干网的分簇算法设计;罗睿;《信息科技辑》;20070915;第4.3.1节和第4.3.2节 * |
| 战术数据链实时性研究;田斌鹏;《信息科技辑》;20080615;第17页至第19页第3.2.1节，图3-3 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102869016A (zh) | 2013-01-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102869016B (zh) | 高速节点自组网中节点安全加入方法 | |
| Peng et al. | Cluster-based multicast transmission for device-to-device (D2D) communication | |
| CN103200643B (zh) | 基于剩余能量感知的分布式容错拓扑控制方法 | |
| CN111800758B (zh) | 基于区块链的无人机蜂群分层共识方法 | |
| CN106131844B (zh) | 一种ndn中恶意请求兴趣包攻击的防御方法 | |
| CN102883403A (zh) | 一种移动自组网的构建方法 | |
| CN102395126B (zh) | 一种基于树状结构的移动自组网地址配置实现方法 | |
| CN102572015A (zh) | 一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法 | |
| CN103533661A (zh) | 基于虚拟令牌的无线信道访问控制方法 | |
| CN102572850B (zh) | 认知无线电中基于授权用户工作状态切换的频谱分配方法 | |
| CN107690167A (zh) | 一种可扩展的无线传感器网络分簇方法 | |
| CN107690168A (zh) | 一种可扩展的无线传感器网络组网方法 | |
| CN102802163A (zh) | 一种基于混合整数规划的无线传感网拓扑构建方法 | |
| CN101860798A (zh) | 认知无线电网络中基于重复博弈的组播路由算法 | |
| CN102651864B (zh) | 异构无线传感器网络的密钥设置方法 | |
| CN103581329A (zh) | 基于分簇的对等网络流媒体直播系统拓扑结构的构建方法 | |
| CN102905392B (zh) | 高速节点自组网中节点安全退出方法 | |
| Bai et al. | An optimized method for minimum MPRs selection based on node density | |
| CN102857990B (zh) | 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 | |
| CN103686701A (zh) | 在认知型无线电网络中提高用户安全性的方法 | |
| CN108811024B (zh) | 簇状网络结构中的簇分裂方法及其模块与微控制器 | |
| Jerbi et al. | A routing protocol orphan-leach to join orphan nodes in wireless sensor network | |
| CN102938920A (zh) | 一种基于认知的Ad Hoc网络移动组播路由方法 | |
| CN108834195A (zh) | 簇状网络结构中的簇合并方法及其模块与微控制器 | |
| CN102035894B (zh) | 一种基于距离的状态同步方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SUZHOU BEIERTA DATA TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: WUXI NJUST TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. Effective date: 20140929 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhou Honghai Inventor before: Li Qianmu Inventor before: Wang Huan Inventor before: Qi Yong Inventor before: Hou Jun Inventor before: Zhang Hong Inventor before: Zhang Xing Inventor before: Song Lingnan Inventor before: Li Zongxing Inventor before: Liu Hao |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LI QIANMU WANG HUAN QI YONG HOU JUN ZHANG HONG ZHANG XING SONG LINGNAN LI ZONG LIU HAO TO: ZHOU HONGHAI Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 214192 WUXI, JIANGSU PROVINCE TO: 215123 SUZHOU, JIANGSU PROVINCE |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140929 Address after: Linquan Street Industrial Park of Suzhou city in Jiangsu province 215123 No. 399 National University Science Park of Southeast University Wenchang hospital Room 408 Applicant after: WUXI NANLIGONG TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. Address before: 214192 Xishan Economic Development Zone, Wuxi, Furong Road No. 99, No., No. three Applicant before: Wuxi Nanligong Technology Development Co., Ltd. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |