CN104837166A - 一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法 - Google Patents

一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法 Download PDF

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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，通过逐步选出网络拓扑结构中D(u)λL(u)(1-λ)值最大的节点u，组成第二类节点集合，剩余的作为第三类节点，并按照预定的算法规则从第三类节点中挑选第四类节点，由第四类节点和第二类节点共同构成一个连通子图。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。

Description

一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法
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。
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，应用于异构自组织网络中的各节点内，包括：
在初始状态下标记为第一类节点的各节点分别执行第一操作，所述第一操作包括：
各第一类节点向网络中其它节点广播WHITE信息，所述WHITE信息包括各第一类节点的唯一标识ID以及D(u)λL(u)(1-λ)值，u指代节点，λ为预置的调整参数，λ∈[0,1]，D(u)为节点的度，L(u)为节点的生存时间；
各第一类节点接收网络中其它节点广播的若干个WHITE信息，将所述若干个WHITE信息和自身广播的WHITE信息，按照D(u)λL(u)(1-λ)值由大至小的顺序，依次存储在与自身对应的第一列表中；
当各第一类节点检测到自身广播的WHITE信息位于所述第一列表中的首位时，将自身标记为第二类节点，并向邻居节点广播携带有自身的唯一标识ID的BLACK信息，以及执行相应的第二类节点操作；
当各第一类节点接收邻居节点发送的携带有邻居节点唯一标识ID的BLACK信息时，将自身标记为第三类节点，并向网络中其它节点广播携带有自身的唯一标识ID和所述邻居节点唯一标识ID的GRAY1信息，以及执行相应的第三类节点操作；
当各第一类节点接收到其它节点广播的携带有其唯一标识ID和其邻居节点唯一标识ID的GRAY1信息时，将自身对应的第一列表中，包含所述GRAY1信息中的ID的WHITE信息删除；
所述第二类节点操作包括：
各第二类节点维护一个第一标识符CID，并将其初始化为自身的唯一标识ID，向邻居节点发送携带有自身的第一标识符CID的组件信息；
当各第二类节点收到邻居节点发送的携带邻居节点的CID的BLUE1信息时，将自身的CID更新为所述邻居节点的CID，并向邻居节点发送携带有自身更新前及更新后CID的BLUE3信息；
所述第三类节点操作包括：
各第三类节点维护一个第一标识符CID，并将其初始化为-1，维护一个第二标识符SAME_NEIGHBOR，并将其初始化为0；
当各第三类节点接收到邻居节点发送的携带有邻居节点的第一标识符CID的组件信息时，将所述邻居节点的第一标识符CID添加至自身的第二列表中，以及，向邻居节点发送携带有自身的第二列表的GRAY2信息；
当各第三类节点接收到邻居节点发送的携带邻居节点的第二列表的GRAY2信息时，在确定邻居节点的第二列表与自身的第二列表中有相同的第一标识符CID时，将自身的第二标识符SAME_NEIGHBOR置为1，以及，
向网络中其它节点广播GRAY3信息，所述GRAY3信息携带有如下信息：自身的ID、|C_NEIGHBOR|λL(u)(1-λ)值、自身的第二列表中CID的个数|C_NEIGHBOR|、自身的第二标识符SAME_NEIGHBOR，其中u指代节点，L(u)为自身的生存时间；
当各第三类节点接收到其它节点广播的GRAY3信息时，将自身广播的GRAY3信息和接收到的GRAY3信息，按照|C_NEIGHBOR|λL(u)(1-λ)值由大至小的顺序，依次存储在自身的第三列表中，并且，
各第三类节点在判断满足下述条件时，将自身标记为第四类节点，并将自身的CID置为自身的第二列表中的最小的元素，然后向邻居节点发送携带有自身的第一标识符CID的BLUE1信息，以及，发送携带自身的唯一标识ID的BLUE2信息，并执行相应的第四类节点操作，其中所述条件包括：
1、自身广播的GRAY3信息位于第三列表的首位；
2、在第三列表中，位于自身广播的GRAY3信息之前的GRAY3信息的|C_NEIGHBOR|值等于1、SAME_NEIGHBOR等于1，以及，自身广播的GRAY3信息的|C_NEIGHBOR|值等于1、SAME_NEIGHBOR等于0；
当各第三类节点收到邻居节点发送的携带邻居节点唯一标识ID的BLUE2信息时，从自身的第三列表删除包含邻居节点唯一标识ID的GRAY3信息；
当各第三类节点接收到邻居节点发送的携带有邻居节点更新前及更新后CID的BLUE3信息时，在自身的第二列表中添加所述邻居节点更新后的CID，并删除所述邻居节点更新前的CID；以及，在确定自身的SAME_NEIGHBOR等于0时，将自身的SAME_NEIGHBOR置为1，然后向其它节点广播GRAY3信息，并向邻居节点发送携带有自身的第二列表的GRAY4信息；
当各第三类节点收到邻居节点发送的携带有邻居节点的第二列表的GRAY4信息，且自身的SAME_NEIGHBOR等于0、自身的第二列表和所述邻居节点的第二列表中包含相同的CID时，将自身的SAME_NEIGHBOR置为1，并向其它节点广播GRAY3信息；
所述第四类节点操作包括：
当各第四类节点收到邻居节点发送的携带邻居节点的CID的BLUE1信息时，将自身的CID更新为所述邻居节点的CID，并向邻居节点发送携带有自身更新前及更新后CID的BLUE3信息；
网络中各个节点在确定自身及其它节点的第三列表中|C_NEIGHBOR|值等于1且SAME_NEIGHBOR等于1时，由第四类节点和第二类节点共同构成虚拟骨干网。
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。
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，逐步选出网络拓扑结构中D(u)λL(u)(1-λ)值最大的节点u，组成第二类节点集合，剩余的作为第三类节点，并按照本申请的算法规则从第三类节点中挑选第四类节点，由第四类节点和第二类节点共同构成一个连通子图。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构建虚拟骨干网的流程图；
图2为本申请示例的一种二维圆盘无向图。
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。
本申请实施例公开了一种异构自组织网络中虚拟骨干网的建立方法。该方法应用于异构自组织网络中的各节点内，属于分布式算法的一种。
为了便于读者对本申请方案的理解，我们先给出本申请构建虚拟骨干网的一个宏观流程，如图1所示，该过程包括以下几个环节：
步骤S1、各节点将自身标记为第一类节点；
步骤S2、依据网络中各节点的D(u)λL(u)(1-λ)值，满足条件的节点将自身标记为第二类节点，第二类节点的邻居节点将自身标记为第三类节点；
其中，u指代节点，u可以为第一、第二、第三或第四类节点。λ为预置的调整参数，λ∈[0,1]，D(u)为节点的度，也即与节点连接的线段的条数，L(u)为节点的生存时间。当λ接近0时，由第二类节点组成的连通支配集的生存时间更长；当λ接近1时，由第二类节点组成的连通支配集中节点数量更少。
步骤S3、依据预置算法，第三类节点中的部分节点将自身标记为第四类节点；
步骤S4、由第二类节点和第四类节点共同构成虚拟骨干网。
接下来分别介绍各节点作为不同角色时，各自执行的流程。
在虚拟骨干网的建立过程中，各节点的角色在第一类节点、第二类节点、第三类节点和第四类节点间转换。
初始状态时，各节点均将自身标记为第一类节点。
标记为第一类节点的各节点分别执行第一操作，所述第一操作包括：
各第一类节点向网络中其它节点广播WHITE信息，所述WHITE信息包括各第一类节点的唯一标识ID以及D(u)λL(u)(1-λ)值，u指代节点，λ为预置的调整参数，λ∈[0,1]，D(u)为节点的度，L(u)为节点的生存时间；
各第一类节点接收网络中其它节点广播的若干个WHITE信息，将所述若干个WHITE信息和自身广播的WHITE信息，按照D(u)λL(u)(1-λ)值由大至小的顺序，依次存储在与自身对应的第一列表中；
当各第一类节点检测到自身广播的WHITE信息位于所述第一列表中的首位时，将自身标记为第二类节点，并向邻居节点广播携带有自身的唯一标识ID的BLACK信息，以及执行相应的第二类节点操作；
当各第一类节点接收邻居节点发送的携带有邻居节点唯一标识ID的BLACK信息时，将自身标记为第三类节点，并向网络中其它节点广播携带有自身的唯一标识ID和所述邻居节点唯一标识ID的GRAY1信息，以及执行相应的第三类节点操作；
当各第一类节点接收到其它节点广播的携带有其唯一标识ID和其邻居节点唯一标识ID的GRAY1信息时，将自身对应的第一列表中，包含所述GRAY1信息中的ID的WHITE信息删除。
标记为第二类节点的各节点所执行的所述第二类节点操作包括：
各第二类节点维护一个第一标识符CID，并将其初始化为自身的唯一标识ID，向邻居节点发送携带有自身的第一标识符CID的组件信息；
当各第二类节点收到邻居节点发送的携带邻居节点的CID的BLUE1信息时，将自身的CID更新为所述邻居节点的CID，并向邻居节点发送携带有自身更新前及更新后CID的BLUE3信息。
标记为第三类节点的各节点所执行的所述第三类节点操作包括：
各第三类节点维护一个第一标识符CID，并将其初始化为-1，维护一个第二标识符SAME_NEIGHBOR，并将其初始化为0；
当各第三类节点接收到邻居节点发送的携带有邻居节点的第一标识符CID的组件信息时，将所述邻居节点的第一标识符CID添加至自身的第二列表中，以及，向邻居节点发送携带有自身的第二列表的GRAY2信息；
当各第三类节点接收到邻居节点发送的携带邻居节点的第二列表的GRAY2信息时，在确定邻居节点的第二列表与自身的第二列表中有相同的第一标识符CID时，将自身的第二标识符SAME_NEIGHBOR置为1，以及，
向网络中其它节点广播GRAY3信息，所述GRAY3信息携带有如下信息：自身的ID、|C_NEIGHBOR|λL(u)(1-λ)值、自身的第二列表中CID的个数|C_NEIGHBOR|、自身的第二标识符SAME_NEIGHBOR，其中u指代节点，L(u)为自身的生存时间；
当各第三类节点接收到其它节点广播的GRAY3信息时，将自身广播的GRAY3信息和接收到的GRAY3信息，按照|C_NEIGHBOR|λL(u)(1-λ)值由大至小的顺序，依次存储在自身的第三列表中，并且，
各第三类节点在判断满足下述条件时，将自身标记为第四类节点，并将自身的CID置为自身的第二列表中的最小的元素，然后向邻居节点发送携带有自身的第一标识符CID的BLUE1信息，以及，发送携带自身的唯一标识ID的BLUE2信息，并执行相应的第四类节点操作，其中所述条件包括：
1、自身广播的GRAY3信息位于第三列表的首位；
2、在第三列表中，位于自身广播的GRAY3信息之前的GRAY3信息的|C_NEIGHBOR|值等于1、SAME_NEIGHBOR等于1，以及，自身广播的GRAY3信息的|C_NEIGHBOR|值等于1、SAME_NEIGHBOR等于0；
当各第三类节点收到邻居节点发送的携带邻居节点唯一标识ID的BLUE2信息时，从自身的第三列表删除包含邻居节点唯一标识ID的GRAY3信息；
当各第三类节点接收到邻居节点发送的携带有邻居节点更新前及更新后CID的BLUE3信息时，在自身的第二列表中添加所述邻居节点更新后的CID，并删除所述邻居节点更新前的CID；以及，在确定自身的SAME_NEIGHBOR等于0时，将自身的SAME_NEIGHBOR置为1，然后向其它节点广播GRAY3信息，并向邻居节点发送携带有自身的第二列表的GRAY4信息；
当各第三类节点收到邻居节点发送的携带有邻居节点的第二列表的GRAY4信息，且自身的SAME_NEIGHBOR等于0、自身的第二列表和所述邻居节点的第二列表中包含相同的CID时，将自身的SAME_NEIGHBOR置为1，并向其它节点广播GRAY3信息；
标记为第四类节点的各节点所执行的所述第四类节点操作包括：
当各第四类节点收到邻居节点发送的携带邻居节点的CID的BLUE1信息时，将自身的CID更新为所述邻居节点的CID，并向邻居节点发送携带有自身更新前及更新后CID的BLUE3信息；
网络中各个节点在确定自身及其它节点的第三列表中|C_NEIGHBOR|值等于1且SAME_NEIGHBOR等于1时，由第四类节点和第二类节点共同构成虚拟骨干网。
需要解释的是，上述各类节点在执行时，相互之间进行通信，因此涉及信息交互的过程还请对应参照。
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，逐步选出网络拓扑结构中D(u)λL(u)(1-λ)值最大的节点u，组成第二类节点集合，剩余的作为第三类节点，并按照本申请的算法规则从第三类节点中挑选第四类节点，由第四类节点和第二类节点共同构成一个连通子图。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。
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，本申请实施例公开的虚拟骨干网的建立过程，还可以包括：
建立异构自组织网络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2所示，图2为本申请示例的一种二维圆盘无向图。图2中，黑色的节点形成一个虚拟骨干网。
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 (2)

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，应用于异构自组织网络中的各节点内，该方法包括：
在初始状态下标记为第一类节点的各节点分别执行第一操作，所述第一操作包括：
各第一类节点向网络中其它节点广播WHITE信息，所述WHITE信息包括各第一类节点的唯一标识ID以及D(u)λL(u)(1-λ)值，u指代节点，λ为预置的调整参数，λ∈[0,1]，D(u)为节点的度，L(u)为节点的生存时间；
各第一类节点接收网络中其它节点广播的若干个WHITE信息，将所述若干个WHITE信息和自身广播的WHITE信息，按照D(u)λL(u)(1-λ)值由大至小的顺序，依次存储在与自身对应的第一列表中；
当各第一类节点检测到自身广播的WHITE信息位于所述第一列表中的首位时，将自身标记为第二类节点，并向邻居节点广播携带有自身的唯一标识ID的BLACK信息，以及执行相应的第二类节点操作；
当各第一类节点接收邻居节点发送的携带有邻居节点唯一标识ID的BLACK信息时，将自身标记为第三类节点，并向网络中其它节点广播携带有自身的唯一标识ID和所述邻居节点唯一标识ID的GRAY1信息，以及执行相应的第三类节点操作；
当各第一类节点接收到其它节点广播的携带有其唯一标识ID和其邻居节点唯一标识ID的GRAY1信息时，将自身对应的第一列表中，包含所述GRAY1信息中的ID的WHITE信息删除；
所述第二类节点操作包括：
各第二类节点维护一个第一标识符CID，并将其初始化为自身的唯一标识ID，向邻居节点发送携带有自身的第一标识符CID的组件信息；
当各第二类节点收到邻居节点发送的携带邻居节点的CID的BLUE1信息时，将自身的CID更新为所述邻居节点的CID，并向邻居节点发送携带有自身更新前及更新后CID的BLUE3信息；
所述第三类节点操作包括：
各第三类节点维护一个第一标识符CID，并将其初始化为-1，维护一个第二标识符SAME_NEIGHBOR，并将其初始化为0；
当各第三类节点接收到邻居节点发送的携带有邻居节点的第一标识符CID的组件信息时，将所述邻居节点的第一标识符CID添加至自身的第二列表中，以及，向邻居节点发送携带有自身的第二列表的GRAY2信息；
当各第三类节点接收到邻居节点发送的携带邻居节点的第二列表的GRAY2信息时，在确定邻居节点的第二列表与自身的第二列表中有相同的第一标识符CID时，将自身的第二标识符SAME_NEIGHBOR置为1，以及，
向网络中其它节点广播GRAY3信息，所述GRAY3信息携带有如下信息：自身的ID、|C_NEIGHBOR|λL(u)(1-λ)值、自身的第二列表中CID的个数|C_NEIGHBOR|、自身的第二标识符SAME_NEIGHBOR，其中u指代节点，L(u)为自身的生存时间；
当各第三类节点接收到其它节点广播的GRAY3信息时，将自身广播的GRAY3信息和接收到的GRAY3信息，按照|C_NEIGHBOR|λL(u)(1-λ)值由大至小的顺序，依次存储在自身的第三列表中，并且，
各第三类节点在判断满足下述条件时，将自身标记为第四类节点，并将自身的CID置为自身的第二列表中的最小的元素，然后向邻居节点发送携带有自身的第一标识符CID的BLUE1信息，以及，发送携带自身的唯一标识ID的BLUE2信息，并执行相应的第四类节点操作，其中所述条件包括：
1、自身广播的GRAY3信息位于第三列表的首位；
2、在第三列表中，位于自身广播的GRAY3信息之前的GRAY3信息的|C_NEIGHBOR|值等于1、SAME_NEIGHBOR等于1，以及，自身广播的GRAY3信息的|C_NEIGHBOR|值等于1、SAME_NEIGHBOR等于0；
当各第三类节点收到邻居节点发送的携带邻居节点唯一标识ID的BLUE2信息时，从自身的第三列表删除包含邻居节点唯一标识ID的GRAY3信息；
当各第三类节点接收到邻居节点发送的携带有邻居节点更新前及更新后CID的BLUE3信息时，在自身的第二列表中添加所述邻居节点更新后的CID，并删除所述邻居节点更新前的CID；以及，在确定自身的SAME_NEIGHBOR等于0时，将自身的SAME_NEIGHBOR置为1，然后向其它节点广播GRAY3信息，并向邻居节点发送携带有自身的第二列表的GRAY4信息；
当各第三类节点收到邻居节点发送的携带有邻居节点的第二列表的GRAY4信息，且自身的SAME_NEIGHBOR等于0、自身的第二列表和所述邻居节点的第二列表中包含相同的CID时，将自身的SAME_NEIGHBOR置为1，并向其它节点广播GRAY3信息；
所述第四类节点操作包括：
当各第四类节点收到邻居节点发送的携带邻居节点的CID的BLUE1信息时，将自身的CID更新为所述邻居节点的CID，并向邻居节点发送携带有自身更新前及更新后CID的BLUE3信息；
网络中各个节点在确定自身及其它节点的第三列表中|C_NEIGHBOR|值等于1且SAME_NEIGHBOR等于1时，由第四类节点和第二类节点共同构成虚拟骨干网。
2.根据权利要求1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。
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