CN108076472B - 星状结构自组网及其控制中心节点的重选方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星状结构自组网及其控制中心节点的重选方法。该重选方向用于在原有控制中心失效时，从未失效的节点中重选出控制中心节点，方法包括以下步骤：在每个未失效的节点建立反映其周围链路信道质量的邻居列表；以至少一个节点为根节点，建立涵盖所有节点的生成树，并将所有节点的邻居列表汇集到该根节点；以及在该根节点获得拥有最多邻居的节点的标识，并将拥有最多邻居的节点的标识作为新的控制中心节点广播到所有节点。

Description

星状结构自组网及其控制中心节点的重选方法

技术领域

本发明涉及星状结构自组网，尤其是涉及星状结构自组网的控制中心节点的重选方法。

背景技术

自组网是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，网络的信息交换采用计算机网络中的分组交换机制，用户终端是可以移动的便携式终端，自组网中每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。

星状结构自组网需要一个控制中心节点，该节点负责其他节点的接入和无线资源分配。当原有控制中心节点失效(如电量过低和故障等原因)时，需重新选择新的控制中心节点。

已有的重选控制中心节点的方法包括：预设方式、随机方式、基于相对位置的方式。预设方式是预先设定可作为控制中心节点的各节点的优先级(如基于处理能力、电量等)，优先级最高的节点即成为新的控制中心节点。随机方式是在能正常运行的所有节点中通过随机方式或轮询方式确定新的控制中心节点；基于相对位置的方式是通过相互之间的位置信息，确定所有节点中几何意义上处于最中心的节点作为新的控制中心节点。

预设方式和随机方式策略的优点是实现简单，但效果不佳。这是因为这两种方式没有考虑实际的自组网节点间的链路质量问题，而自组网的拓扑结构是频繁改变的，相应的链路质量也是在动态变化。基于相对位置的方式需要每个节点具备GPS功能且能相互间周期性发送GPS位置信息，同时几何意义上的中心并不意味着理想的移动无线链路的路由连接中心，因为由距离引起的信道路损只是影响无线信道的一个方面，如大尺度衰落和小尺度衰落也很大程度影响动态无线信道质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种星状结构自组网的控制中心节点的重选方法，使得重新组网后的网络具有更好的信道传输质量。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种星状结构自组网的控制中心节点的重选方法，用于在原有控制中心失效时，从未失效的节点中重选出控制中心节点，所述方法包括以下步骤：在每个未失效的节点建立反映其周围链路信道质量的邻居列表；以至少一个节点为根节点，建立涵盖所有节点的生成树，并将所有节点的邻居列表汇集到该根节点；以及在该根节点获得拥有最多邻居的节点的标识，并将拥有最多邻居的节点的标识作为新的控制中心节点广播到所有节点。

在本发明的一实施例中，在每个未失效的节点建立反映其周围链路信道质量的邻居列表的步骤包括：在各节点确定原有控制中心节点失效后，开始在心跳控制信道发送与本节点对应的特征序列信号，且侦听其他节点在所述心跳控制信道的特征序列信号；以及在各节点将符合预设条件的特征序列信号所对应的节点，加入本节点的邻居列表。

在本发明的一实施例中，各节点对应的特征序列信号和所述预设条件是由所述原有控制中心节点在初始组网时分配给各节点。

在本发明的一实施例中，所述预设条件为所述特征序列信号的功率阈值。

在本发明的一实施例中，所述以至少一个节点为根节点，建立涵盖所有节点的生成树的步骤包括：从所述根节点发送探测消息到所述根节点的邻居列表中的邻居节点，从每一邻居节点向其邻居列表中除所述根节点之外的邻居节点发送所述探测消息，以此方式循环，直到所述探测消息到达所有节点。

在本发明的一实施例中，将所有节点的邻居列表汇集到所述根节点的步骤包括：从最末端的叶节点开始逆向反馈探测响应消息，所述探测响应消息包括所述叶节点的邻居数及其节点ID；所述叶节点的父节点收到其邻居列表中除去其自身父节点外所有邻居发来的探测响应消息后，选择将其中拥有最多邻居的节点的节点标识及相应的邻居数作为新的探测响应消息，继续向其上游的父节点逆向反馈，以此方式，逐一向所述根节点方向逆向反馈探测响应消息，直至所述根节点。

在本发明的一实施例中，当以多个节点为根节点，建立涵盖所有节点的生成树时，所述探测消息携带所述根节点的标识，且每个节点收到多个探测消息时，只选择参与标识最小的根节点发起的生成树建立过程。

在本发明的一实施例中，作为根节点的所述至少一节点为与所述原有控制中心节点失去信号连接的节点。

本发明提出一种星状结构自组网，包括第一控制中心节点和非中心的多个节点，其中当所述第一控制中心节点失效时，所述多个节点的每个节点配置为建立反映其周围链路信道质量的邻居列表；所述多个节点的至少一个节点配置为：作为根节点，建立涵盖所有节点的生成树，并汇集所有节点的邻居列表，以及获得拥有最多邻居的节点的标识，并将拥有最多邻居的节点的标识作为新的控制中心节点广播到所有节点。

在本发明的一实施例中，所述每个节点建立反映其周围链路信道质量的邻居列表的步骤包括：在各节点确定所述第一控制中心节点失效后，开始在心跳控制信道发送与本节点对应的特征序列信号，且侦听其他节点在所述心跳控制信道的特征序列信号；以及在各节点将符合预设条件的特征序列信号所对应的节点，加入本节点的邻居列表。

在本发明的一实施例中，所述第一控制节点配置为在初始组网时将所述特征序列信号和所述预设条件分配给各节点。

在本发明的一实施例中，所述预设条件为所述特征序列信号的功率阈值。

在本发明的一实施例中，作为根节点，建立涵盖所有节点的生成树的步骤包括：从所述根节点发送探测消息到所述根节点的邻居列表中的邻居节点，从每一邻居节点向其邻居列表中除所述根节点之外的邻居节点发送所述探测消息，以此方式循环，直到所述探测消息到达所有节点。

在本发明的一实施例中，所述根节点汇集所有节点的邻居列表的步骤包括：从最末端的叶节点开始逆向反馈探测响应消息，所述探测响应消息包括所述叶节点的邻居数及其节点ID；所述叶节点的父节点收到其邻居列表中除去其自身父节点外所有邻居发来的探测响应消息后，选择将其中拥有最多邻居的节点的节点标识及相应的邻居数作为新的探测响应消息，继续向其上游的父节点逆向反馈，以此方式，逐一向所述根节点方向逆向反馈探测响应消息，直至所述根节点。

在本发明的一实施例中，当以多个节点作为根节点，建立涵盖所有节点的生成树时，所述探测消息携带所述根节点的标识，且每个节点收到多个探测消息时，只选择参与标识最小的根节点发起的生成树建立过程。

在本发明的一实施例中，作为根节点的所述至少一节点为与所述第一控制中心节点失去信号连接的节点。

本发明由于采用以上技术方案的控制中心节点重选方法，所重选的新控制中心节点是以对自组网节点间的动态链路质量评估的基础上进行确定，因此重新组网后相比已有方法具有更好的信道传输质量。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是星状结构自组网的示例图。

图2是根据本发明一实施例的自组网控制中心节点重选相关控制信道。

图3是根据本发明一实施例的生成树示意图。

图4是根据本发明一实施例的自组网控制中心节点重选的方法流程图。

具体实施方式

本发明的实施例描述星状结构自组网的控制中心节点的重选方法。这一重选方法基于动态信道质量来确定新的控制中心节点。

图1是星状结构自组网的示例图。参考图1所示，星状结构自组网100，包括控制中心节点101和非中心的多个节点102-107。控制中心节点101是当前的控制中心节点，在此也称之为第一控制中心节点。第一控制中心节点可以是自组网初始时就产生的初始控制中心节点。举例来说，可以在星状结构自组网100初始化时，通过节点处理能力或节点电量能力预设自组网的控制中心节点。控制中心节点101与星状结构自组网的其他节点102-107连接。举例来说，可以通过OFDMA方式，来同步建立连接，形成初始的自组网。第一控制中心节点也可以是初始控制中心节点失效后，经过重选产生的控制中心节点。

为了进行后文描述的重选，每个节点可具有与之绑定的特征序列信号。这些节点的特征序列信号可以使用正交序列。第一控制中心节点101可通过广播(如OFDMA广播)方式向连接的所有节点广播正交序列信号与各节点的绑定关系(包括第一控制中心节点101与其中一正交序列信号的绑定关系)，这些正交序列信号在第一控制中心节点101失效后用于新控制中心节点的重选。

同时，第一控制中心节点101也可以通过广播(OFDMA广播)方式告知各节点用于邻居的信道质量评估的设定阀值。如果邻居的信道质量超过该阀值，表明与相应邻居的点到点信道质量良好，把信道质量好的该邻居加入本节点的邻居列表。

另外，在已有的OFDMA系统上还增加用于检测邻居链路信道质量及探测拥有最佳邻居链路质量节点的控制信道，该控制信道用于已有控制中心节点失效后的新的控制中心节点选择。如图2所示，新引入的控制信道包括探测信道和心跳控制信道。探测信道和心跳控制信道预设值为固定的时频资源，以利于检测。

探测信道用于前向传输探测消息(Probe)及逆向传输探测响应(Probe Ack)消息。当已有的控制中心节点失效时，通过一个前向的探测过程和逆向的探测响应过程形成一个以探测发起节点作为根节点的生成树。前向的探测消息内为发起该探测过程的根节点的标识(ID)，逆向的探测响应消息内为发送该探测消息的节点及其所有下游节点中，邻居列表中的邻居个数最多的节点。如前文所述，邻居列表中的邻居需要是链路质量超过所设定阀值的邻居。

心跳控制信道传输用于检测点到点链路质量的特征序列信号，每个节点(包括控制中心节点)发送的特征序列信号由初始组网时的控制中心节点广播，并与该节点的标识进行绑定。为利于检测，预先分配一个固定的时频率资源作为心跳控制信道，所有特征序列信号均在相同的时频率资源进行发送。

图4是根据本发明一实施例的自组网控制中心节点重选的方法流程图。星状结构自组网的控制中心节点的重选方法，用于在原有控制中心失效时，从未失效的节点中重选出控制中心节点。可以理解，参与重选过程的节点必然是未失效的节点，因此本发明的上下文中如未特别说明，节点指的均是未失效的节点。参考图4所示，本实施例的方法包括以下步骤：

在步骤401，在每个节点建立反映其周围链路信道质量的邻居列表。

具体地说，在各节点确定原有控制中心节点失效后，开始在心跳控制信道发送与本节点对应的特征序列信号，同时侦听其他节点在所述心跳控制信道的特征序列信号。在各节点将接收到的符合预设条件的特征序列信号所对应的节点，加入本节点的邻居列表。

特征序列信号的发送最好是周期性的以便于接收。

预设条件可以选用功率阈值。也就是说，所有节点根据检测到的特征序列信号功率与设定的功率阀值比较，大于该功率阀值则将发送该特征序列信号的节点的标识加入其邻居列表，如果小于该功率阈值，则不做处理。各节点的邻居列表可以用来反映各节点周围的链路信道质量。邻居列表中的邻居个数越多，则链路信道质量越高，反之亦然。

在步骤402，以至少一个节点为根节点，建立涵盖所有节点的生成树(SpanningTree)，并将所有节点的邻居列表汇集到根节点。

具体地说，从根节点发送探测消息到根节点的邻居列表中的邻居节点，从每一邻居节点向其邻居列表中除所述根节点之外的邻居节点发送所述探测消息，以此方式循环，直到探测消息到达所有节点。在此过程中，每个节点从上游收到父节点发送的前向的探测消息，则以相同方式向下游的子节点转发该探测消息。探测消息包含发起该生成树过程的根节点的标识。探测消息可以以固定相同功率发送。为避免干扰，检测到的探测消息需超过前述设定阀值，子节点才能确认为收到父节点的探测消息。以此方式循环，继续向下发送探测消息。每个节点收到探测消息，则向除父节点外的邻居列表内的其他所有节点继续转发探测消息消息。当邻居均为父节点时，该节点即为叶节点。探测消息到达所有叶节点，就建立了完整的生成树。图3是根据本发明一实施例的生成树示意图。参考图3所示，根节点301发起探测过程，探测消息前向(实线箭头方向)经过子节点302、303后，到达末端叶节点304、305、306。

随后，将所有节点的邻居列表汇集到所述根节点的步骤包括：从最末端的叶节点开始逆向反馈探测响应消息，所述探测响应消息包括所述叶节点的邻居数及其节点ID；所述叶节点的父节点收到其邻居列表中除去其自身父节点外所有邻居发来的探测响应消息后，选择将其中拥有最多邻居的节点的节点标识及相应的邻居数作为新的探测响应消息，继续向其上游的父节点逆向反馈，以此方式，逐一向所述根节点方向逆向反馈探测响应消息，直至根节点。仍参考图3所示，探测返回消息从末端叶节点304、305、306逆向(虚线箭头方向)返回，最终汇集到根节点301。

上文的探测响应消息可包括通过心跳控制信道检测到的邻居数及其节点标识。经过汇集，发起探测过程的节点(即根节点)获得全组网拥有最多邻居的节点的标识。此节点为全网中拥有最多良好信道的节点，将作为新的控制中心节点。

在此步骤中，作为根节点的至少一节点为与原有控制中心节点失去信号连接的节点。

在步骤403，在根节点获得拥有最多邻居的节点的标识，并将拥有最多邻居的节点的标识作为新的控制中心节点广播到所有节点。

根节点广播新控制中心节点的标识后，若接收节点检测广播的节点标识与自身标识不同，则开始侦听该节点标识的新控制中心节点的广播信息，若接收节点监听到的节点的标识与自身相同，则自身为新的控制中心节点，开始广播自组网控制信息。由此开始形成一个新的自组网系统。

需要指出的是，在步骤402中，当以多个节点为根节点，建立涵盖所有节点的生成树时，需保证每个节点在同一时刻只参与一个探测过程。这时的处理方式是：探测消息携带根节点的标识，且每个节点收到多个探测消息时，只选择参与标识最小的根节点发起的生成树建立过程。

回到图1所示的自组网，在自组网100中，非中心的多个节点102-107的每个节点配置为建立反映其周围链路信道质量的邻居列表。并且，多个节点的至少一个节点配置为：作为根节点，建立涵盖所有节点的生成树，并汇集所有节点的邻居列表，以及获得拥有最多邻居的节点的标识，并将拥有最多邻居的节点的标识作为新的控制中心节点广播到所有节点。

上述的每个节点102-107建立反映其周围链路信道质量的邻居列表的步骤包括：在各节点确定所述第一控制中心节点失效后，开始在心跳控制信道发送与本节点对应的特征序列信号，且侦听其他节点在所述心跳控制信道的特征序列信号，且在各节点将符合预设条件的特征序列信号所对应的节点，加入本节点的邻居列表。

在一个实施例中，第一控制中心节点101配置为在初始组网时将特征序列信号和预设条件分配给各节点。预设条件可为特征序列信号的功率阈值。

在一个实施例中，作为根节点，建立涵盖所有节点的生成树的步骤包括：从根节点发送探测消息到所述根节点的邻居列表中的邻居节点，从每一邻居节点向其邻居列表中除根节点之外的邻居节点发送探测消息，以此方式循环，直到探测消息到达所有节点。

在一个实施例中，根节点汇集所有节点的邻居列表的步骤包括：从最末端的叶节点开始逆向反馈探测响应消息，探测响应消息包括叶节点的邻居数及其节点ID；叶节点的父节点收到其邻居列表中除去其自身父节点外所有邻居发来的探测响应消息后，选择将其中拥有最多邻居的节点的节点标识及相应的邻居数作为新的探测响应消息，继续向其上游的父节点逆向反馈，以此方式，逐一向所述根节点方向逆向反馈探测响应消息，直至所述根节点。

在一个实施例中，当以多个节点作为根节点，建立涵盖所有节点的生成树时，所述探测消息携带所述根节点的标识，且每个节点收到多个探测消息时，只选择参与标识最小的根节点发起的生成树建立过程。

在一个实施例中，作为根节点的至少一节点为与所述第一控制中心节点失去信号连接的节点。

本发明上述实施例的控制中心节点重选方法，所重选的新控制中心节点是以对自组网节点间的动态链路质量评估的基础上进行确定，因此重新组网后相比已有方法具有更好的信道传输质量。另外，尽管引入了重新选择新控制中心节点的控制信道，但由于基于OFDMA网络，基于其同步特性及控制信道的固定时频分配，使得相应检测变得容易。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (14)

1.一种星状结构自组网的控制中心节点的重选方法，用于在原有控制中心失效时，从未失效的节点中重选出控制中心节点，所述方法包括以下步骤：

在各节点确定原有控制中心节点失效后，开始在心跳控制信道发送与本节点对应的特征序列信号，且侦听其他节点在所述心跳控制信道的特征序列信号；

在各节点将符合预设条件的特征序列信号所对应的节点，加入本节点的邻居列表；

以至少一个节点为根节点，建立涵盖所有节点的生成树，并将所有节点的邻居列表汇集到该根节点；以及

在该根节点获得拥有最多邻居的节点的标识，并将拥有最多邻居的节点的标识作为新的控制中心节点广播到所有节点。

2.如权利要求1所述的星状结构自组网的控制中心节点的重选方法，其特征在于，各节点对应的特征序列信号和所述预设条件是由所述原有控制中心节点在初始组网时分配给各节点。

3.如权利要求1或2所述的星状结构自组网的控制中心节点的重选方法，其特征在于，所述预设条件为所述特征序列信号的功率阈值。

4.如权利要求1所述的星状结构自组网的控制中心节点的重选方法，其特征在于，所述以至少一个节点为根节点，建立涵盖所有节点的生成树的步骤包括：从所述根节点发送探测消息到所述根节点的邻居列表中的邻居节点，从每一邻居节点向其邻居列表中除所述根节点之外的邻居节点发送所述探测消息，以此方式循环，直到所述探测消息到达所有节点。

5.如权利要求4所述的星状结构自组网的控制中心节点的重选方法，其特征在于，将所有节点的邻居列表汇集到所述根节点的步骤包括：从最末端的叶节点开始逆向反馈探测响应消息，所述探测响应消息包括所述叶节点的邻居数及其节点ID；所述叶节点的父节点收到其邻居列表中除去其自身父节点外所有邻居发来的探测响应消息后，选择将其中拥有最多邻居的节点的节点标识及相应的邻居数作为新的探测响应消息，继续向其上游的父节点逆向反馈，以此方式，逐一向所述根节点方向逆向反馈探测响应消息，直至所述根节点。

6.如权利要求4所述的星状结构自组网的控制中心节点的重选方法，其特征在于，当以多个节点为根节点，建立涵盖所有节点的生成树时，所述探测消息携带所述根节点的标识，且每个节点收到多个探测消息时，只选择参与标识最小的根节点发起的生成树建立过程。

7.如权利要求1所述的星状结构自组网的控制中心节点的重选方法，其特征在于，作为根节点的所述至少一个节点为与所述原有控制中心节点失去信号连接的节点。

8.一种星状结构自组网，包括第一控制中心节点和非中心的多个节点，其中当所述第一控制中心节点失效时，

在各节点确定所述第一控制中心节点失效后，开始在心跳控制信道发送与本节点对应的特征序列信号，且侦听其他节点在所述心跳控制信道的特征序列信号；以及

在各节点将符合预设条件的特征序列信号所对应的节点，加入本节点的邻居列表

所述多个节点的至少一个节点配置为：作为根节点，建立涵盖所有节点的生成树，并汇集所有节点的邻居列表，以及获得拥有最多邻居的节点的标识，并将拥有最多邻居的节点的标识作为新的控制中心节点广播到所有节点。

9.如权利要求8所述的星状结构自组网，其特征在于，所述第一控制中心节点配置为在初始组网时将所述特征序列信号和所述预设条件分配给各节点。

10.如权利要求8或9所述的星状结构自组网，其特征在于，所述预设条件为所述特征序列信号的功率阈值。

11.如权利要求8所述的星状结构自组网，其特征在于，作为根节点，建立涵盖所有节点的生成树的步骤包括：从所述根节点发送探测消息到所述根节点的邻居列表中的邻居节点，从每一邻居节点向其邻居列表中除所述根节点之外的邻居节点发送所述探测消息，以此方式循环，直到所述探测消息到达所有节点。

12.如权利要求11所述的星状结构自组网，其特征在于，所述根节点汇集所有节点的邻居列表的步骤包括：从最末端的叶节点开始逆向反馈探测响应消息，所述探测响应消息包括所述叶节点的邻居数及其节点ID；所述叶节点的父节点收到其邻居列表中除去其自身父节点外所有邻居发来的探测响应消息后，选择将其中拥有最多邻居的节点的节点标识及相应的邻居数作为新的探测响应消息，继续向其上游的父节点逆向反馈，以此方式，逐一向所述根节点方向逆向反馈探测响应消息，直至所述根节点。

13.如权利要求11所述的星状结构自组网，其特征在于，当以多个节点作为根节点，建立涵盖所有节点的生成树时，所述探测消息携带所述根节点的标识，且每个节点收到多个探测消息时，只选择参与标识最小的根节点发起的生成树建立过程。

14.如权利要求8所述的星状结构自组网，其特征在于，作为根节点的所述至少一个节点为与所述第一控制中心节点失去信号连接的节点。

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