CN104735745B - 一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法及装置，方法为：将网络拓扑结构中所有的节点标记为第一类节点；重复下述过程直至网络拓扑结构中不存在节点为止：在网络拓扑结构中选取使得D(u)^λL(u)^(1‑λ)值最大的节点u，将节点u标记为第二类节点，并将节点u的邻居节点标记为第三类节点，其中λ为预置调整参数，D(u)为节点u的度，L(u)为节点u的生存时间；将节点u加入集合I，将节点u及其邻居节点从网络拓扑结构中删除；判断集合I是否为连通集合，若是，将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。本申请考虑了节点生存时间及节点的度，并由用户设置λ来平衡虚拟骨干网的通信开销和生存时间，使得最终建立的虚拟骨干网的性能更加完善。

Description

一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法及装置

技术领域

本申请涉及移动通信技术领域，更具体地说，涉及一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法及装置。

背景技术

自组织网络是一种多跳的临时性自治系统，其分为异构自组织网络和同构自组织网络，其中所谓的异构是指网络中各节点的天线具有不同的通信半径。作为一种分布式网络，自组织网络是一种自治、多跳网络，整个网络没有固定的基础设施，能够在不能利用或者不便利用现有网络基础设施的情况下，提供终端之间的相互通信。由于终端的发射功率和无线覆盖范围有限，因此距离较远的两个终端如果要进行通信就必须借助于其它节点进行分组转发，这样节点之间构成了一种无线多跳网络。自组织网络在军事通信、紧急服务和灾难恢复等领域有着重要的应用。

在构建自组织网络时，一般采用构造虚拟骨干网的方式避免广播风暴的问题。通过构造虚拟骨干网，可以大幅降低网络中的路由复杂度，显著地延长网络寿命。目前国际上主流的构建虚拟骨干网的方法是建立一个连通支配集作为虚拟骨干网。支配集是指一个满足如下条件的节点集合：对于网络中任何一个非支配集中的节点，都有一个支配集中的节点是它的邻居。互为邻居的两个节点能够直接通信。而连通支配集的意思是支配集中的节点是连通的。为了减少路由复杂度和通信开销，现有技术在构建一个连通支配集时，一般希望连通支配集中的节点数量越少越好。

由于网络中各节点的生存时间是指根据其剩余能量，节点还能够运行的时间，且一个连通支配集的生存时间是指连通支配集中生存时间最短的节点的生存时间，而在异构自组织网络中，节点的天线具有不同的通信半径，造成各节点的能耗差别很大，各节点的剩余能量差别也很大，因而在针对异构自组织网络构建连通支配集时，并非连通支配集中节点数量越少越好，所构建的连通支配集的生存时间也是一个重要的考虑因素。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法及装置，用于平衡所构建的连通支配集的通信开销和生存时间。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法，包括：

将网络拓扑结构中所有的节点标记为第一类节点，所述网络拓扑结构中互为邻居的两个节点间有连线；

在所述网络拓扑结构中选取使得D(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的节点u，将节点u标记为第二类节点，并将节点u的邻居节点标记为第三类节点，其中λ为预置的调整参数，D(u)为节点u的度，L(u)为节点u的生存时间；

将节点u加入集合I，将节点u及其邻居节点从所述网络拓扑结构中删除；

判断所述网络拓扑结构中是否还存在节点；

若是，则返回所述在所述网络拓扑结构中选取使得D(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的节点u，将节点u标记为第二类节点，并将节点u的邻居节点标记为第三类节点步骤；

若否，则判断所述集合I是否为连通集合，并在判断结果为是时，将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

优选地，在判断所述集合I为非连通集合时，该方法还包括：

判断是否存在使得C(u)>1的第三类节点，其中C(u)为节点u相邻的一二类节点分支组合的数量，所述一二类节点分支组合为：网络拓扑结构中，由第一类节点和第二类节点、第一类节点和第一类节点组成的分支；

若是，选择使得C(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点；

若否，选择满足第一条件的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点，所述第一条件包括：节点u的生存时间最大，且节点u有一个属于第三类节点的邻居节点，并且该邻居节点和一个不与节点u相连的一二类节点分支组合相连；

将所述第四类节点加入所述集合I，并将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

优选地，在对节点进行标记时，使用不同的颜色来区分第一类节点、第二类节点、第三类节点和第四类节点。

优选地，在所述将网络拓扑结构中所有的节点标记为第一类节点之前，该方法还包括：

建立所述网络拓扑结构的二维圆盘图模型或三维球体图模型。

一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立装置，包括：

第一标记单元，用于将网络拓扑结构中所有的节点标记为第一类节点，所述网络拓扑结构中互为邻居的两个节点间有连线；

第二标记单元，用于在所述网络拓扑结构中选取使得D(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的节点u，将节点u标记为第二类节点，并将节点u的邻居节点标记为第三类节点，其中λ为预置的调整参数，D(u)为节点u的度，L(u)为节点u的生存时间；

节点处理单元，用于将节点u加入集合I，将节点u及其邻居节点从所述网络拓扑结构中删除；

第一判断单元，用于判断所述网络拓扑结构中是否还存在节点，若是，则返回所述第二标记单元；若否，则执行下述第二判断单元；

第二判断单元，用于判断所述集合I是否为连通集合，若是，则执行下述第一骨干网确定单元；

第一骨干网确定单元，用于将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

优选地，还包括：

第三判断单元，用于在所述第二判断单元判断结果为否时，判断是否存在使得C(u)>1的第三类节点，若是，则执行下述第三标记单元，若否，则执行下述第四标记单元，其中C(u)>1为节点u相邻的一二类节点分支组合的数量，所述一二类节点分支组合为：网络拓扑结构中，由第一类节点和第二类节点、第一类节点和第一类节点组成的分支；

第三标记单元，用于选择使得C(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点；

第四标记单元，用于选择满足第一条件的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点，所述第一条件包括：节点u的生存时间最大，且节点u有一个属于第三类节点的邻居节点，并且该邻居节点和一个不与节点u相连的一二类节点分支组合相连；

第二骨干网确定单元，用于将所述第四类节点加入所述集合I，并将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

优选地，在对节点进行标记时，使用不同的颜色来区分第一类节点、第二类节点、第三类节点和第四类节点。

优选地，还包括：

模型建立单元，用于在所述第一标记单元之前，建立所述网络拓扑结构的二维圆盘图模型或三维球体图模型。

从上述的技术方案可以看出，本申请实施例提供的异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法，在网络拓扑结构中选择使得D(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的节点u，由节点u构成的连通集合作为最终的虚拟骨干网。本申请同时考虑了节点的生存时间及节点的度，并由用户设置调整参数λ来平衡最终建立的虚拟骨干网的通信开销和生存时间，使得针对异构自组织网络建立的虚拟骨干网的性能更加完善。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法流程图；

图2为本申请实施例公开的另一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法流程图；

图3为本申请实施例示例的一种二维圆盘无向图；

图4为本申请实施例公开的一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立装置结构示意图；

图5为本申请实施例公开的另一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1，图1为本申请实施例公开的一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法流程图。

如图1所示，该方法包括：

步骤S100、将网络拓扑结构中所有的节点标记为第一类节点；

具体地，网络拓扑结构中互为邻居的两个节点间有连线。网络拓扑结构中互为邻居的两个节点必须满足如下条件：两个节点都在对方天线的通信半径内。

步骤S110、在所述网络拓扑结构中选取目标节点u，将节点u标记为第二类节点，并将节点u的邻居节点标记为第三类节点；

其中，目标节点u使得D(u)^λL(u)^(1-λ)值最大，λ为预置的调整参数，λ∈[0,1]，D(u)为节点u的度，也即与节点u连接的线段的条数，L(u)为节点u的生存时间。

步骤S120、将节点u加入集合I，将节点u及其邻居节点从所述网络拓扑结构中删除；

步骤S130、判断所述网络拓扑结构中是否还存在节点；若是，则返回所述步骤S110，若否，则执行步骤S140；

步骤S140、判断所述集合I是否为连通集合；若是，则执行步骤S150；

步骤S150、将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

通过上述方法可知，当λ接近0时，得到的虚拟骨干网的生存时间更长；当λ接近1时，得到的虚拟骨干网中节点数量更少，通信开销也就更小。

本申请实施例提供的异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法，在网络拓扑结构中选择使得D(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的节点u，由节点u构成的连通集合作为最终的虚拟骨干网。本申请同时考虑了节点的生存时间及节点的度，并由用户设置调整参数λ来平衡最终建立的虚拟骨干网的通信开销和生存时间，使得针对异构自组织网络建立的虚拟骨干网的性能更加完善。

进一步参见图2，图2为本申请实施例公开的另一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法流程图。

对比图1和图2可知，在上述步骤S140判断所述集合I为非连通集合时，该方法还包括：

步骤S160、判断是否存在目标第三类节点u；若是，则执行步骤S170，若否，则执行步骤S180；

其中，目标第三类节点u使得C(u)>1，C(u)为节点u相邻的一二类节点分支组合的数量，所述一二类节点分支组合为：网络拓扑结构中，由第一类节点和第二类节点、第一类节点和第一类节点组成的分支。

步骤S170、选择满足第二条件的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点；

具体地，满足第二条件的第三类节点u为使得C(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的第三类节点u。

步骤S180、选择满足第一条件的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点；

具体地，所述第一条件包括：节点u同时满足条件A和条件B。条件A为：节点u的生存时间最大；条件B为：节点u有一个属于第三类节点的邻居节点，并且该邻居节点和一个不与节点u相连的一二类节点分支组合相连。

步骤S190、将所述第四类节点加入所述集合I，并将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

本实施例公开了在初步获得的集合I为非连通集时，如果选取网络拓扑结构中的节点，使得选取的节点加入集合I之后，使得集合I为连通集，从而作为异构自组织网络中的虚拟骨干网。

需要解释的是，上述对节点进行标记时，可以使用颜色标记法，也即使用不同的颜色来区分第一类节点、第二类节点、第三类节点和第四类节点。例如，使用白色代表第一类节点、使用黑色代表第二类节点、使用灰色代表第三类节点、使用蓝色代表第四类节点。

更进一步的，本实施例还可以在步骤S100之前增加如下过程：

建立所述网络拓扑结构的二维圆盘图模型或三维球体图模型。

进而，在进行后续节点标记等步骤时，可以对二维圆盘图模型或者三维球体图模型中的节点进行操作。如图3所示，图3为本申请示例的一种二维圆盘无向图。图3中，黑色的节点形成一个虚拟骨干网。

下面对本申请实施例提供的异构自组织网络中虚拟骨干网的建立装置进行描述，下文描述的异构自组织网络中虚拟骨干网的建立装置与上文描述的异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法可相互对应参照。

参见图4，图4为本申请实施例公开的一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立装置结构示意图。

如图4所示，该装置包括：

第一标记单元41，用于将网络拓扑结构中所有的节点标记为第一类节点，所述网络拓扑结构中互为邻居的两个节点间有连线；

第二标记单元42，用于在所述网络拓扑结构中选取使得D(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的节点u，将节点u标记为第二类节点，并将节点u的邻居节点标记为第三类节点，其中λ为预置的调整参数，D(u)为节点u的度，L(u)为节点u的生存时间；

节点处理单元43，用于将节点u加入集合I，将节点u及其邻居节点从所述网络拓扑结构中删除；

第一判断单元44，用于判断所述网络拓扑结构中是否还存在节点，若是，则返回所述第二标记单元42；若否，则执行下述第二判断单元45；

第二判断单元45，用于判断所述集合I是否为连通集合，若是，则执行下述第一骨干网确定单元46；

第一骨干网确定单元46，用于将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

可选的，如图5所示，本实施例公开的异构自组织网络中虚拟骨干网的建立装置还可以进一步包括：

第三判断单元51，用于在所述第二判断单元45判断结果为否时，判断是否存在使得C(u)>1的第三类节点，若是，则执行下述第三标记单元52，若否，则执行下述第四标记单元53，其中C(u)为节点u相邻的一二类节点分支组合的数量，所述一二类节点分支组合为：网络拓扑结构中，由第一类节点和第二类节点、第一类节点和第一类节点组成的分支；

第三标记单元52，用于选择使得C(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点；

第四标记单元53，用于选择满足第一条件的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点，所述第一条件包括：节点u的生存时间最大，且节点u有一个属于第三类节点的邻居节点，并且该邻居节点和一个不与节点u相连的一二类节点分支组合相连；

第二骨干网确定单元54，用于将所述第四类节点加入所述集合I，并将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

需要解释的是，上述对节点进行标记时，可以使用颜色标记法，也即使用不同的颜色来区分第一类节点、第二类节点、第三类节点和第四类节点。例如，使用白色代表第一类节点、使用黑色代表第二类节点、使用灰色代表第三类节点、使用蓝色代表第四类节点。

可选的，本申请实施例公开的异构自组织网络中虚拟骨干网的建立装置还可以进一步包括：

模型建立单元，用于在所述第一标记单元之前，建立所述网络拓扑结构的二维圆盘图模型或三维球体图模型。

本申请实施例提供的异构自组织网络中虚拟骨干网的建立装置，在网络拓扑结构中选择使得D(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的节点u，由节点u构成的连通集合作为最终的虚拟骨干网。本申请同时考虑了节点的生存时间及节点的度，并由用户设置调整参数λ来平衡最终建立的虚拟骨干网的通信开销和生存时间，使得针对异构自组织网络建立的虚拟骨干网的性能更加完善。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法，其特征在于，包括：

将网络拓扑结构中所有的节点标记为第一类节点，所述网络拓扑结构中互为邻居的两个节点间有连线；

在所述网络拓扑结构中选取使得D(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的节点u，将节点u标记为第二类节点，并将节点u的邻居节点标记为第三类节点，其中λ为预置的调整参数，λ∈[0,1]，D(u)为节点u的度，L(u)为节点u的生存时间；

将节点u加入集合I，将节点u及其邻居节点从所述网络拓扑结构中删除；

判断所述网络拓扑结构中是否还存在节点；

若是，则返回所述在所述网络拓扑结构中选取使得D(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的节点u，将节点u标记为第二类节点，并将节点u的邻居节点标记为第三类节点步骤；

若否，则判断所述集合I是否为连通集合，并在判断结果为是时，将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判断所述集合I为非连通集合时，该方法还包括：

判断是否存在使得C(u)＞1的第三类节点，其中C(u)为节点u相邻的一二类节点分支组合的数量，所述一二类节点分支组合为：网络拓扑结构中，由第一类节点和第二类节点、第一类节点和第一类节点组成的分支；

若是，选择使得C(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点；

若否，选择满足第一条件的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点，所述第一条件包括：节点u的生存时间最大，且节点u有一个属于第三类节点的邻居节点，并且该邻居节点和一个不与节点u相连的一二类节点分支组合相连；

将所述第四类节点加入所述集合I，并将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在对节点进行标记时，使用不同的颜色来区分第一类节点、第二类节点、第三类节点和第四类节点。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述将网络拓扑结构中所有的节点标记为第一类节点之前，该方法还包括：

建立所述网络拓扑结构的二维圆盘图模型或三维球体图模型。

5.一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立装置，其特征在于，包括：

第一标记单元，用于将网络拓扑结构中所有的节点标记为第一类节点，所述网络拓扑结构中互为邻居的两个节点间有连线；

第二标记单元，用于在所述网络拓扑结构中选取使得D(u)^λL(u)⁽¹-^λ)值最大的节点u，将节点u标记为第二类节点，并将节点u的邻居节点标记为第三类节点，其中λ为预置的调整参数，λ∈[0,1]，D(u)为节点u的度，L(u)为节点u的生存时间；

节点处理单元，用于将节点u加入集合I，将节点u及其邻居节点从所述网络拓扑结构中删除；

第一判断单元，用于判断所述网络拓扑结构中是否还存在节点，若是，则返回所述第二标记单元；若否，则执行下述第二判断单元；

第二判断单元，用于判断所述集合I是否为连通集合，若是，则执行下述第一骨干网确定单元；

第一骨干网确定单元，用于将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

第三判断单元，用于在所述第二判断单元判断结果为否时，判断是否存在使得C(u)＞1的第三类节点，若是，则执行下述第三标记单元，若否，则执行下述第四标记单元，其中C(u)＞1为节点u相邻的一二类节点分支组合的数量，所述一二类节点分支组合为：网络拓扑结构中，由第一类节点和第二类节点、第一类节点和第一类节点组成的分支；

第三标记单元，用于选择使得C(u)^λL(u)^(1-λ)值最大的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点；

第四标记单元，用于选择满足第一条件的第三类节点u，将该第三类节点u标记为第四类节点，所述第一条件包括：节点u的生存时间最大，且节点u有一个属于第三类节点的邻居节点，并且该邻居节点和一个不与节点u相连的一二类节点分支组合相连；

第二骨干网确定单元，用于将所述第四类节点加入所述集合I，并将集合I确定为所述异构自组织网络的虚拟骨干网。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，在对节点进行标记时，使用不同的颜色来区分第一类节点、第二类节点、第三类节点和第四类节点。

8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，还包括：

模型建立单元，用于在所述第一标记单元之前，建立所述网络拓扑结构的二维圆盘图模型或三维球体图模型。