CN106412820B - 一种移动自组网簇头确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种移动自组网簇头确定方法及装置，可以接收邻居节点发送的携带有邻居节点的位置信息的第一消息；根据第一函数及接收到的每一第一消息携带的位置信息，计算自身的加权综合值，并向预设的距离范围内的节点广播自身的加权综合值；接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值；当自身的加权综合值与预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比为最小值时，将自身确定为簇头，向预设的距离范围内的节点广播簇头消息。由于本发明提供的方案是在预设的距离范围内广播自身的加权综合值，且在计算自身的加权综合值时考虑了邻居节点的位置信息。因此，应用本发明的方案，在限制了簇的规模的前提下，提高了移动自组网的通信质量。

Description

一种移动自组网簇头确定方法及装置

技术领域

本发明涉及移动自组网分簇技术领域，特别是涉及一种移动自组网簇头确定方法及装置。

背景技术

移动自组网是一种无中心无线网络，具有自组织和快速部署的优点，因此被广泛应用于军事、车载网、灾区营救和智慧城市等多领域。例如，利用无线通信技术实现道路上车辆间、车辆与路边基础设施间互相通信形成的车辆自组织网络(VANET,vehicular adhoc network)，就是一种典型的移动自组网。

然而由于车辆的移动性，致使车辆自组织网(以下简称车联网)具有拓扑动态性、传输质量不稳定等问题，给车辆间信息的可靠性传输带来了很大的挑战。如何将庞大车联网进行有效的分簇管理，形成一种稳定可靠的拓扑，支撑车与车、车与基础设施的信息互联互通，以提高车联网的通信质量成为重要的研究课题。

目前还没有专门针对车联网这种移动性特别强的移动自组网的簇头确定方法。现有技术中值得借鉴的一种移动自组网簇头确定方法是，专利公布号为CN103945487A的发明专利申请公开的一种分簇方法，该专利申请的名称为“一种电力通信网中面向可靠性的节点分簇方法”，具体的簇头确定过程为：节点检测本地剩余能量RmnP、连接度d、CPU计算能力cc、速度v,并计算本地综合加权值W；节点与其邻节点互相通信比较自身综合加权值W值的大小，将综合加权值W值最大的节点自选为簇头节点。

CN103945487A中公开的这种簇头确定方法，虽然能够延长簇头节点的有效时间，提高通信质量。但是，该方法没有限定簇的规模，当簇的规模过大时可能会造成簇结构维护困难，通信能力降低。因此，有必要提出一种更为可靠的移动自组网簇头确定方法，以提高移动自组网的通信质量。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种移动自组网簇头确定方法及装置，可以控制簇的规模，提高移动自组网的通信质量。

为实现上述目的，本发明实施例公开了一种移动自组网簇头确定方法，应用于节点，所述方法包括：

接收邻居节点发送的第一消息，所述第一消息携带有发送该消息的邻居节点的位置信息；

根据第一函数及接收到的每一所述第一消息携带的所述位置信息，计算自身的加权综合值，并向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值；其中，所述第一函数为：W_i＝w₁Δv_i+w₂D_i+w₃M_i+w₄E_i，

其中，W_i为节点i的加权综合权值；Δv_i为节点i的度差，Δv_i＝|d_i-δ|，d_i为位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，δ为预设的该节点i作为簇头节点时接入的成员节点的数量；D_i为节点i与所有邻居节点j的距离之和；M_i为节点i相对于所有邻居节点的移动参数，

n为邻居节点的数量，x_i(t)和yi(t)为节点i的在时刻t的位置坐标值，Δt为预设的时间间隔；E_i为节点i作为簇头时比其成员节点多消耗的能量，

q表示节点i被启动后担任簇头的次数，d_ik是节点i第k次作为簇头时位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，e为节点i作为簇头时比每一成员节点平均多消耗的能量；w₁、w₂、w₃和w₄为权重；

接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值；

当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比为最小值时，将自身确定为簇头，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息。

优选的，在向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值时，所述方法还包括：

广播自身的所述加权综合值允许被每个邻居节点转发的次数。

优选的，在所述接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值后，所述方法还包括：

针对每个邻居节点，判断当前自身被允许转发该邻居节点的加权综合值的第一次数是否大于零；

如果是，将所述第一次数减一后，在一跳范围内转发该邻居节点的加权综合值和减一后的所述第一次数。

优选的，所述方法还包括：

接收在所述预设的距离范围内的第一邻居节点发送的入簇申请消息，将所述第一邻居节点加入簇成员列表，并向所述第一邻居节点发送入簇成功的消息。

优选的，在所述接收在所述预设的距离范围内的第一邻居节点发送的入簇申请消息后，在所述将所述第一邻居节点加入簇成员列表前，所述方法还包括：

判断所述簇成员列表中的成员数量是否未超过预设值；

如果是，执行所述将所述第一邻居节点加入簇成员列表的步骤；否则，拒绝所述第一邻居节点的入簇申请。

优选的，当所述簇成员列表中的成员数量超过预设值，并拒绝所述第一邻居节点的入簇申请后，所述方法还包括：

比较簇成员列表中的成员节点的加权综合值的大小，将加权综合值最小的成员节点确定为簇头助手节点。

优选的，所述方法还包括：

当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比不是最小值时，接收成为簇头的节点发送的簇头消息，向所述簇头发送入簇申请消息，并接收所述簇头回复的入簇成功的消息。

优选的，在所述接收所述簇头回复的入簇成功的消息后，所述方法还包括：

广播自身已入簇成功，不再参与其他分簇的消息。

本发明实施例还公开了一种移动自组网簇头确定装置，应用于节点，所述装置包括：第一接收模块、加权综合值计算模块、第二接收模块和第一确定模块，

所述第一接收模块，用于接收邻居节点发送的第一消息，所述第一消息携带有发送该消息的邻居节点的位置信息；

所述加权综合值计算模块，用于根据第一函数及接收到的每一所述第一消息携带的所述位置信息，计算自身的加权综合值，并向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值；其中，所述第一函数为：W_i＝w₁Δv_i+w₂D_i+w₃M_i+w₄E_i，

其中，W_i为节点i的加权综合权值；Δv_i为节点i的度差，Δv_i＝|d_i-δ|，d_i为位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，δ为预设的该节点i作为簇头节点时接入的成员节点的数量；D_i为节点i与所有邻居节点j的距离之和；M_i为节点i相对于所有邻居节点的移动参数，

n为邻居节点的数量，x_i(t)和y_i(t)为节点i的在时刻t的位置坐标值，Δt为预设的时间间隔；E_i为节点i作为簇头时比其成员节点多消耗的能量，

q表示节点i被启动后担任簇头的次数，d_ik是节点i第k次作为簇头时位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，e为节点i作为簇头时比每一成员节点平均多消耗的能量；w₁、w₂、w₃和w₄为权重；

所述第二接收模块，用于接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值；

所述第一确定模块，用于当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比为最小值时，将自身确定为簇头，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息。

优选的，所述装置还包括：第一广播模块，

所述第一广播模块，用于在所述向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值时，广播自身的所述加权综合值允许被每个邻居节点转发的次数。

本发明实施例提供的一种移动自组网簇头确定方法及装置，可以接收邻居节点发送的第一消息，所述第一消息携带有发送该消息的邻居节点的位置信息；根据第一函数及接收到的每一所述第一消息携带的所述位置信息，计算自身的加权综合值，并向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值；接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值；当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比为最小值时，将自身确定为簇头，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息。由于本发明提供的方案是在预设的距离范围内广播自身的加权综合值，且在计算自身的加权综合值时考虑了邻居节点的位置信息，并且是与预设的距离范围内的邻居节点比较加权综合值的大小。因此，应用本发明的方案，在限制了簇的规模的前提下，提高了移动自组网的通信质量。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种VANET/P2P网络系统模型图；

图2为本发明实施例提供的一种移动自组网簇头确定方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种移动自组网簇维护过程示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种移动自组网簇维护过程示意图；

图5为应用本发明提供的一种移动自组网簇头确定方法时簇头节点更新数量与现有技术的比较图；

图6为应用本发明提供的一种移动自组网簇头确定方法时分簇及维护开销与现有技术的比较图；

图7为应用本发明提供的一种移动自组网簇头确定方法时分组投递率与现有技术的比较图；

图8为本发明实施例提供的一种移动自组网簇头确定装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种移动自组网簇头确定方法及装置，应用于节点。下面分别进行说明。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种移动自组网簇头确定方法及装置中的移动自组网可以适用于任意形式的移动自组网，例如车辆自组织网络(VANET,vehicular adhoc network)，简称为车联网。为了方便说明，在本说明书中，均以车联网为例进行说明。

图1显示了一种VANET/P2P网络系统模型图，VANET/P2P网络结构，具体是指利用VANET和P2P(Pear to Pear)技术，由车辆节点组成的双层网络，其中，由簇头节点组成高层P2P覆盖网络，簇头节点及簇内成员节点组成低层P2P覆盖网络。假设每辆车都具备车间通信(IVC)和传统无线通信的能力，这样在低层VANET中通过车间通信方式来交换信息，高层通过传统的无线通信组成P2P网络，以此来弥补VANET中出现的网络断开问题，提高信息的成功传输率。上述VANET/P2P网络即为本发明实施例中所述的移动自组网，在本发明提供的实施例中，主要是针对VANET/P2P网络进行，不难理解，本发明实施例公开的方案同样适用于其他移动自组网。

下面首先对一种移动自组网簇头确定方法进行说明。

如图2所示，本发明实施例提供了一种移动自组网簇头确定方法，该方法包括：

S101、接收邻居节点发送的第一消息，所述第一消息携带有发送该消息的邻居节点的位置信息；

在车联网中，每个车辆节点可以在预设的距离范围周期性地广播第一消息，第一消息中包括发送该消息的节点的ID和位置信息，同时每一节点形成自身的邻居节点表；

其中，预设的距离范围可以为每个车辆节点的最大可接受通信距离R_max，表示在这个距离范围内的通信质量可以得到保障，超出这个距离的通信质量随之降低；通信质量QoS由车辆节点与簇头节点的距离D和最大可接受距离R_max计算得出：

上式中，

其中，x_i和y_i为节点i的位置坐标值，x_ch和y_ch为簇头节点的坐标值，

其中，第一消息可以是指HELLO分组，邻居节点是指一跳范围内的节点。

这样可以根据R_max来约束分簇的规模，使得簇的规模不至于过大。

S102、根据第一函数及接收到的每一所述第一消息携带的所述位置信息，计算自身的加权综合值，并向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值；

在本发明中，考虑了四大因素对节点i的加权综合权值W_i的影响，它们分别是：节点i的度差Δv_i、节点i与所有邻居节点j的距离之和D_i、节点i相对于所有邻居节点的移动参数M_i和节点i作为簇头时比其成员节点多消耗的能量E_i，并对每一影响因素设置了权重。

具体的，第一函数为：W_i＝w₁Δv_i+w₂D_i+w₃M_i+w₄E_i，

其中，w₁+w₂+w₃+w₄＝1；

Δv_i＝|d_i-δ|，d_i为位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，d_i的具体计算公式为：

当邻居节点在R_max范围内时λ_i,i’＝1，否则，λ_i,i’＝0，n为邻居节点数目；

δ为预设的该节点i作为簇头节点时接入的成员节点的数量；也就是一个簇头节点在理想情况下可以管理的成员节点的数量；

D_i为节点i与所有邻居节点j的距离之和，

M_i为节点i相对于所有邻居节点的移动参数，

其中，

x_i(t)和y_i(t)为节点i的在时刻t的位置坐标值，Δt为预设的时间间隔；

E_i为节点i被启动后作为簇头时比其成员节点多消耗的能量，

表示节点i被启动后担任簇头的次数，d_ik是节点i第k次作为簇头时位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，e为节点i作为簇头时比每一成员节点平均多消耗的能量。

具体地，节点i可以通过COMP分组向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值。

S103、接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值；

S104、当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比为最小值时，将自身确定为簇头，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息。

具体地，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息可以为CLUSTERHEAD分组，CLUSTERHEAD分组包括：CluID、簇头节点ID和位置。若一个节点在预设的距离范围内但不是邻居节点，则簇头消息由其邻居节点转发。

本发明图1所示的实施例提供的一种移动自组网簇头确定方法，首先在计算自身的加权综合值时考虑了邻居节点的位置信息，其次在预设的距离范围内广播自身的加权综合值，最后是与预设的距离范围内的邻居节点比较加权综合值的大小，并在自身的加权综合值为最小值时，将自身确定为簇头。因此，该簇头确定方法限制了簇的规模，能够提高移动自组网的通信质量。

一般情况下，节点i接收到的加权综合值为该节点的邻居节点的加权综合值，但是，在移动自组网中，允许节点转发消息，因此，节点i有可能收到其邻居节点转发的非邻居节点的加权综合值。

进而，优选的，在步骤S102中，节点i在向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值时，还可以广播自身的加权综合值允许被每个邻居节点转发的次数k，用来限制在k跳范围内比较加权综合值的大小，以进一步限制簇的规模，并进一步提高移动自组网的通信质量；

在此基础上，图2所示的实施例中提供的一种移动自组网簇头确定方法，在执行完步骤S103后，该方法还可以包括如下步骤：

步骤一、针对每个邻居节点，判断当前自身被允许转发该邻居节点的加权综合值的第一次数是否大于零；如果是，执行步骤二；否则，停止对邻居节点j的加权综合值和k值的转发；

步骤二、将所述第一次数减一后，在一跳范围内转发该邻居节点的加权综合值和减一后的所述第一次数。

可以理解的是，在图2所示的实施例的基础上，当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比不是最小值时，就不能将自身确定为簇头，转而接收成为簇头的节点发送的簇头消息，并向该簇头发送入簇申请消息以成为该簇头的成员，并在入簇成功后，接收该簇头回复的入簇成功的消息。

具体地，节点发送的入簇申请消息可以为JOIN_REQ，JOIN_REQ包括：CluID、节点的ID、位置、加权综合值信息。

进一步，在接收到簇头回复的入簇成功的消息后，可以向邻居节点广播自身已入簇成功，不再参与其他分簇的消息。

具体地，节点收到簇头回复的JOIN_ACK消息后确认自己成功入簇，并广播MEMR消息，MEMR消息包括CluID、节点自身信息，表示该节点不再参与其他分簇过程。

进一步地，图2所示的实施例提供的一种簇头确定方法，在执行完步骤S104将自身确定为簇头后，还可以包括：

接收在所述预设的距离范围内的第一邻居节点发送的入簇申请消息，将所述第一邻居节点加入簇成员列表，并向所述第一邻居节点发送入簇成功的消息。

其中，第一邻居节点为预设的距离范围内的任一邻居节点；入簇成功的消息可以为JOIN_ACK消息。

在此基础上，为了进一步限制簇的规模，以进一步提高移动自组网的通信可靠性，簇头节点还可以限定自身成员节点的数量。

具体地，簇头节点可以在所述接收在所述预设的距离范围内的第一邻居节点发送的入簇申请消息后，在所述将所述第一邻居节点加入簇成员列表前，判断所述簇成员列表中的成员数量是否未超过预设值；如果是，执行所述将所述第一邻居节点加入簇成员列表的步骤；否则，拒绝所述第一邻居节点的入簇申请。

可以理解的是，在移动自组网中的每一节点将自身确定为某个簇内的节点后(可以是簇头节点，也可以是成员节点)，说明该移动自组网的分簇过程结束。

需要说明的是，簇结构确定以后，每个簇内由簇头节点根据成员节点的加权综合值，选取加权综合值最小的成员节点作为簇头助手节点(CA，Clusterhead Assistant),并将本簇的成员列表及结构告知簇头助手节点(CA)，CA节点辅助簇头节点的协调工作，分担簇头节点的工作压力。同时簇头节点可以定期地根据成员节点的加权综合值对CA节点进行更新。

还需要说明的是，由于移动自组网典型特征是节点的移动性强，因此，对移动自组网的分簇过程并不是一劳永逸的，还需要对已确定的簇结构进行维护。鉴于此，本发明实施例还提供了移动自组网拓补结构变化时的簇结构维护策略。具体策略如下：

策略一、如果簇头节点检测到某个成员节点超出本簇的覆盖范围(预设的距离范围)，就将其从自身的簇成员列表中删除；同样的，若一个节点申请加入某个簇时，则根据上文中述及的方法将其加入本簇；

策略二、当某个簇的簇头节点由于能量消耗过大，需要更换簇头时，这时簇头节点通知簇助手节点CA，使该CA节点成为簇头，并向簇成员节点发送助手节点成为簇头的消息；接着CA节点检查自身的成员节点是否在预设的距离范围内，将不在预设的距离范围内的成员节点从簇成员列表中删除；被删除的节点在预设的距离范围内重新寻找其他簇头并申请加入，如没有找到则将自身确定为簇头节点。由于簇助手节点(CA)知道本簇的结构及成员，避免了重新分簇过程的发生，减少了簇维护的开销。

图3显示了这两种策略下簇维护的过程，图中黑色圆形节点101代表簇头(CH)节点，白色方形节点102代表簇助手(CA)节点，白色圆形节点103代表簇成员节点，带有箭头的虚线表示该节点从属于该簇头代表的簇。图3(a)为初始状态的簇结构示意图，初始状态下，包括三个簇：簇1、簇2、簇3，其中，簇1中包括四个成员节点，簇2中包括四个成员节点，簇3中包括五个成员节点。图3(b)为利用上述两个策略维护后的簇结构示意图，包括四个簇：簇1、簇2、簇3，其中，簇1中包括五个成员节点，簇2中包括三个成员节点，簇3中包括四个成员节点，簇4中只有簇头节点，没有成员节点。

经过一定时间，并利用上述两个策略对簇结构进行维护后，相比与维护前：簇3中的一个节点因超出了簇3的覆盖范围，因此被簇3的簇头删除后，转而加入簇1；簇2中因簇头节点的能量消耗过大，而将助手节点选为簇头；簇2中的一个成员节点因不在簇2的覆盖范围之内而被簇2删除，被删除后，因该节点未在预设的距离范围内找到其他簇头节点，而将自身确定为簇头，并形成一个新的簇4，在簇4中暂时没有成员节点。

由于节点的移动性导致两个簇很接近的时候，会涉及到簇间聚合的问题。因此，本发明实施例还公开了另一种簇结构维护策略，以下称为策略三，下面结合图4进行说明，其中，图4(a)表示聚合前的簇结构，图4(b)表示聚合后的簇结构，在图4中，黑色圆形节点代表簇头(CH)节点，白色方形节点代表簇助手(CA)节点，白色圆形节点代表簇成员节点。

策略三：两个簇的簇头节点首先比较此时自己的加权综合值，将加权综合值较小的簇头节点保持为簇聚合后新的簇头(CH)，另一个簇头节点则变成簇头节点的助手节点(CA)，簇助手节点(CA)将原来本簇的成员及结构告知簇头，并且维持原来的簇结构不变，协调管理原来本簇中的成员。

另外，由于在VANET/P2P网络系统模型下，簇头节点将组成高层的P2P覆盖网络，在簇聚合的情况下，一个簇头节点变成了簇头助手(CA)节点，这时在高层的P2P网络中，并不删除该CA节点，而是维持原来的拓扑不变，这样既保证了通信的质量，又减少了高层P2P网络拓扑变化带来的不利因素，保证了网络的稳定性。

另外，本发明实施例还通过仿真实验，对利用本发明提供的分簇方法及维护策略的有效性进行了验证。下面进行详细说明。

本发明利用NS-2软件进行了仿真，通过比较移动自组网中的簇头更新数量、分组投递率以及分簇及维护开销来验证本文所采用的方法的有效性。为了体现本发明的效果，将本发明分别与现有的权重分簇算法(WCA，Weighted Clustering Algorithm)和基于权重的自适应分簇算法(WBACA，Weight Based Adaptive Clustering Algorithm)进行了对比。仿真环境参数如表1所示。

表1

需要说明的是，在图5至图7中，LQA-WCA表示发明提供的分簇方法及维护策略。

图5显示了三种算法的簇头节点更新数量与节点密度的关系。从图5中可以看出，在相同的节点数量下，应用本发明提供的分簇方法及维护策略其簇头节点更新数量WCA算法和WBACA算法均低。簇头节点的更新次数越少，表明在节点移动过程中簇的结构就越稳定，簇结构的稳定性对于VANET网络来说是十分重要的。结构的稳定可以对信息的传送有较大的保障，如果簇结构经常变化，更多的信道资源将会被维护簇结构所占用，这样系统的信息传送效率将会很低。这表明应用本发明提供的分簇方法及维护策略是非常有效的。

图6显示了三种算法的开销与节点密度的关系。从图6中可以看出，在节点数量较少的情况下，WCA算法、WBACA算法与应用本发明提供的分簇方法及维护策略的开销相差较小；随着节点数量的增多，三种算法的开销差异逐渐变大，其中，应用本发明提供的分簇及维护策略的开销最小。由于分簇及维护的开销表明了一个算法的性能，较低的开销反映了算法在簇结构管理方面的优良性能。因此，应用本发明提供的分簇方法及维护策略的开销与其他两个算法相比较低。

图7显示了分组的投递率与节点密度的关系，分组的投递率是指节点传输层接收的分组数目与发出的分组数量的比率。分组投递率越高，一定程度上表示网络的通信质量越好。从图7中可以看出，在节点数量较少的场景中，由于竞争、干扰等影响因素较小，三种算法的分组的投递率均较高。随着节点密度的增加，WCA、WBACA算法的分组投递率降低的很快，而本发明提供的分簇方法及维护策略有最大可接受通信距离的保障，簇规模相对较小，并且簇与簇之间采用更稳定的通信方式，使得本发明提供的方法在仿真过程中的分组投递率始终保持在较高的水平。

由此可见，应用本发明提供的簇头确定方法的分簇方法及维护策略性能优异，使移动自组网具有更好的通信质量、更高的簇结构稳定性以及更低的分簇及维护开销。

本发明实施例提供的一种移动自组网簇头确定方法，可以接收邻居节点发送的第一消息，所述第一消息携带有发送该消息的邻居节点的位置信息；根据第一函数及接收到的每一所述第一消息携带的所述位置信息，计算自身的加权综合值，并向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值；接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值；当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比为最小值时，将自身确定为簇头，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息。由于本发明提供的方案是在预设的距离范围内广播自身的加权综合值，且在计算自身的加权综合值时考虑了邻居节点的位置信息，并且是与预设的距离范围内的邻居节点比较加权综合值的大小。因此，应用本发明的方案，在限制了簇的规模的前提下，提高了移动自组网的通信质量。

相应于图2所示的方法实施例，如图8所示，本发明实施例还提供了一种移动自组网簇头确定装置，该装置包括：第一接收模块801、加权综合值计算模块802、第二接收模块803和第一确定模块804，

第一接收模块801，用于接收邻居节点发送的第一消息，所述第一消息携带有发送该消息的邻居节点的位置信息；

在车联网中，每个车辆节点可以在预设的距离范围周期性地广播第一消息，第一消息中包括发送该消息的节点的ID和位置信息，同时每一节点形成自身的邻居节点表；

其中，预设的距离范围可以为每个车辆节点的最大可接受通信距离R_max，表示在这个距离范围内的通信质量可以得到保障，超出这个距离的通信质量随之降低；通信质量QoS由车辆节点与簇头节点的距离D和最大可接受距离R_max计算得出：

上式中，

其中，x_i和y_i为节点i的位置坐标值，x_ch和y_ch为簇头节点的坐标值，

其中，第一消息可以是指HELLO分组，邻居节点是指一跳范围内的节点。

这样可以根据R_max来约束分簇的规模，使得分簇的规模不至于过大。

加权综合值计算模块802，用于根据第一函数及接收到的每一所述第一消息携带的所述位置信息，计算自身的加权综合值，并向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值；

在本发明中，考虑了四大因素对节点i的加权综合权值W_i的影响，它们分别是：节点i的度差Δv_i、节点i与所有邻居节点j的距离之和D_i、节点i相对于所有邻居节点的移动参数M_i和节点i作为簇头时比其成员节点多消耗的能量E_i，并对每一影响因素设置了权重。

具体的，第一函数为：W_i＝w₁Δv_i+w₂D_i+w₃M_i+w₄E_i，

其中，w₁+w₂+w₃+w₄＝1；

Δv_i为节点i的度差，Δv_i＝|d_i-δ|，d_i为位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，δ为预设的该节点i作为簇头节点时接入的成员节点的数量；D_i为节点i与所有邻居节点j的距离之和；M_i为节点i相对于所有邻居节点的移动参数，

n为邻居节点的数量，x_i(t)和y_i(t)为节点i的在时刻t的位置坐标值，Δt为预设的时间间隔；E_i为节点i作为簇头时比其成员节点多消耗的能量，

q表示节点i被启动后担任簇头的次数，d_ik是节点i第k次作为簇头时位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，e为节点i作为簇头时比每一成员节点平均多消耗的能量；

具体地，节点i可以通过COMP分组向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值。

第二接收模块803，用于接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值；

第一确定模块804，用于当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比为最小值时，将自身确定为簇头，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息。

具体地，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息可以为CLUSTERHEAD分组，CLUSTERHEAD分组包括：CluID、簇头节点ID和位置。若一个节点在预设的距离范围内但不是邻居节点，则簇头消息由其邻居节点转发。

本发明图8所示的实施例提供的一种移动自组网簇头确定装置，首先在计算自身的加权综合值时考虑了邻居节点的位置信息，其次在预设的距离范围内广播自身的加权综合值，最后是与预设的距离范围内的邻居节点比较加权综合值的大小，并在自身的加权综合值为最小值时，将自身确定为簇头。因此，该簇头确定方法限制了簇的规模，能够提高移动自组网的通信质量。

一般情况下，节点i接收到的加权综合值为该节点的邻居节点的加权综合值，但是，在移动自组网中，允许节点转发消息，因此，节点i有可能收到其邻居节点转发的非邻居节点的加权综合值。

进而，优选的，图8所示的装置还可以包括：第一广播模块，用于在所述向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值时，广播自身的所述加权综合值允许被每个邻居节点转发的次数k，用来限制在k跳范围内比较加权综合值的大小，以进一步限制簇的规模，并进一步提高移动自组网的通信质量；

在此基础上，图8所示的装置还可以包括：第一判断模块和第一处理模块，

第一判断模块，用于在所述接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值后，针对每个邻居节点，判断当前自身被允许转发该邻居节点的加权综合值的第一次数是否大于零；

第一处理模块，用于在所述第一判断模块获得的判断结果为是时将所述第一次数减一后，在一跳范围内转发该邻居节点的加权综合值和减一后的所述第一次数。

可以理解的是，在图8所示的实施例的基础上，所述装置还可以包括：第二确定模块，用于当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比不是最小值时，接收成为簇头的节点发送的簇头消息，向所述簇头发送入簇申请消息，并接收所述簇头回复的入簇成功的消息。

具体地，节点发送的入簇申请消息可以为JOIN_REQ，JOIN_REQ包括：CluID、节点的ID、位置、加权综合值信息。

进一步，图8所示的装置，还可以包括：第二广播模块，用于在所述第二确定模块接收到所述簇头回复的入簇成功的消息后，广播自身已入簇成功，不再参与其他分簇的消息。

具体地，节点收到簇头回复的JOIN_ACK消息后确认自己成功入簇，并广播MEMR消息，MEMR消息包括CluID、节点自身信息，表示该节点不再参与其他分簇过程。

相应地，图8所示的装置，还可以包括：入簇申请接收模块，用于在将自身确定为簇头后，接收在所述预设的距离范围内的第一邻居节点发送的入簇申请消息，将所述第一邻居节点加入簇成员列表，并向所述第一邻居节点发送入簇成功的消息。

其中，第一邻居节点为预设的距离范围内的任一邻居节点；入簇成功的消息可以为JOIN_ACK消息。

进一步地，为了限制簇的规模，以进一步提高移动自组网的通信可靠性，簇头节点还可以限定自身成员节点的数量，因此，图8所示的装置，还可以包括：

第二判断模块，用于在所述接收在所述预设的距离范围内的第一邻居节点发送的入簇申请消息后，在所述将所述第一邻居节点加入簇成员列表前，判断所述簇成员列表中的成员数量是否未超过预设值；

第二处理模块，用于在所述第二判断模块获得的判断结果为是时，执行所述将所述第一邻居节点加入簇成员列表的步骤；否则，拒绝所述第一邻居节点的入簇申请。

可以理解的是，在移动自组网中的每一节点将自身确定为某个簇内的节点后(可以是簇头节点，也可以是成员节点)，说明该移动自组网的分簇过程结束。

在分簇结束后，图8所示的装置还可以包括：簇头助手确定模块，用于当所述簇成员列表中的成员数量超过预设值，并拒绝所述第一邻居节点的入簇申请后，比较簇成员列表中的成员节点的加权综合值的大小，将加权综合值最小的成员节点确定为簇头助手节点。

本发明实施例提供的一种移动自组网簇头确定装置，可以接收邻居节点发送的第一消息，所述第一消息携带有发送该消息的邻居节点的位置信息；根据第一函数及接收到的每一所述第一消息携带的所述位置信息，计算自身的加权综合值，并向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值；接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值；当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比为最小值时，将自身确定为簇头，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息。由于本发明提供的方案是在预设的距离范围内广播自身的加权综合值，且在计算自身的加权综合值时考虑了邻居节点的位置信息，并且是与预设的距离范围内的邻居节点比较加权综合值的大小。因此，应用本发明的方案，在限制了簇的规模的前提下，提高了移动自组网的通信质量。

需要说明的是，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

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。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种移动自组网簇头确定方法，其特征在于，应用于节点，所述方法包括：

接收邻居节点发送的第一消息，所述第一消息携带有发送该消息的邻居节点的位置信息；

根据第一函数及接收到的每一所述第一消息携带的所述位置信息，计算自身的加权综合值，并向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值；其中，所述第一函数为：W_i＝w₁Δv_i+w₂D_i+w₃M_i+w₄E_i，

其中，W_i为节点i的加权综合权值；Δv_i为节点i的度差，Δv_i＝|d_i-δ|，d_i为位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，δ为预设的该节点i作为簇头节点时接入的成员节点的数量；D_i为节点i与所有邻居节点j的距离之和；M_i为节点i相对于所有邻居节点的移动参数，

n为邻居节点的数量，x_i(t)和y_i(t)为节点i的在时刻t的位置坐标值，Δt为预设的时间间隔；E_i为节点i作为簇头时比其成员节点多消耗的能量，

q表示节点i被启动后担任簇头的次数，d_ik是节点i第k次作为簇头时位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，e为节点i作为簇头时比每一成员节点平均多消耗的能量；w₁、w₂、w₃和w₄为权重；

接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值；

当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比为最小值时，将自身确定为簇头，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息；

接收在所述预设的距离范围内的第一邻居节点发送的入簇申请消息，将所述第一邻居节点加入簇成员列表，并向所述第一邻居节点发送入簇成功的消息；其中，节点发送的入簇申请消息为JOIN_REQ，JOIN_REQ包括：CluID、节点的ID、位置、加权综合值信息；

在所述接收在所述预设的距离范围内的第一邻居节点发送的入簇申请消息后，在所述将所述第一邻居节点加入簇成员列表前，所述方法还包括：

判断所述簇成员列表中的成员数量是否未超过预设值；

如果是，执行所述将所述第一邻居节点加入簇成员列表的步骤；否则，拒绝所述第一邻居节点的入簇申请。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值时，所述方法还包括：

广播自身的所述加权综合值允许被每个邻居节点转发的次数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值后，所述方法还包括：

针对每个邻居节点，判断当前自身被允许转发该邻居节点的加权综合值的第一次数是否大于零；

如果是，将所述第一次数减一后，在一跳范围内转发该邻居节点的加权综合值和减一后的所述第一次数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述簇成员列表中的成员数量超过预设值，并拒绝所述第一邻居节点的入簇申请后，所述方法还包括：

比较簇成员列表中的成员节点的加权综合值的大小，将加权综合值最小的成员节点确定为簇头助手节点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比不是最小值时，接收成为簇头的节点发送的簇头消息，向所述簇头发送入簇申请消息，并接收所述簇头回复的入簇成功的消息。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述接收所述簇头回复的入簇成功的消息后，所述方法还包括：

广播自身已入簇成功，不再参与其他分簇的消息。

7.一种移动自组网簇头确定装置，其特征在于，应用于节点，所述装置包括：第一接收模块、加权综合值计算模块、第二接收模块和第一确定模块，

所述第一接收模块，用于接收邻居节点发送的第一消息，所述第一消息携带有发送该消息的邻居节点的位置信息；

所述加权综合值计算模块，用于根据第一函数及接收到的每一所述第一消息携带的所述位置信息，计算自身的加权综合值，并向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值；其中，所述第一函数为：W_i＝w₁Δv_i+w₂D_i+w₃M_i+w₄E_i，

其中，W_i为节点i的加权综合权值；Δv_i为节点i的度差，Δv_i＝|d_i-δ|，d_i为位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，δ为预设的该节点i作为簇头节点时接入的成员节点的数量；D_i为节点i与所有邻居节点j的距离之和；M_i为节点i相对于所有邻居节点的移动参数，

n为邻居节点的数量，x_i(t)和y_i(t)为节点i的在时刻t的位置坐标值，Δt为预设的时间间隔；E_i为节点i作为簇头时比其成员节点多消耗的能量，

q表示节点i被启动后担任簇头的次数，d_ik是节点i第k次作为簇头时位于节点i所述预设的距离范围内的邻居节点的数量，e为节点i作为簇头时比每一成员节点平均多消耗的能量；w₁、w₂、w₃和w₄为权重；

所述第二接收模块，用于接收邻居节点发送的该邻居节点的加权综合值；

所述第一确定模块，用于当自身的加权综合值与所述预设的距离范围内的所有邻居节点的加权综合值相比为最小值时，将自身确定为簇头，向所述预设的距离范围内的节点广播簇头消息；

入簇申请接收模块，用于在将自身确定为簇头后，接收在所述预设的距离范围内的第一邻居节点发送的入簇申请消息，将所述第一邻居节点加入簇成员列表，并向所述第一邻居节点发送入簇成功的消息；其中，节点发送的入簇申请消息为JOIN_REQ，JOIN_REQ包括：CluID、节点的ID、位置、加权综合值信息；

第二判断模块，用于在所述接收在所述预设的距离范围内的第一邻居节点发送的入簇申请消息后，在所述将所述第一邻居节点加入簇成员列表前，判断所述簇成员列表中的成员数量是否未超过预设值；

第二处理模块，用于在所述第二判断模块获得的判断结果为是时，执行所述将所述第一邻居节点加入簇成员列表的步骤；否则，拒绝所述第一邻居节点的入簇申请。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：第一广播模块，

所述第一广播模块，用于在所述向预设的距离范围内的节点广播自身的所述加权综合值时，广播自身的所述加权综合值允许被每个邻居节点转发的次数。

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