CN108901054B - 分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法 - Google Patents

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Abstract

一种分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法，在分级无线网络中，如果某个簇首发现其与另一簇首的连接断开，则该簇首更改数据包类型，并允许分级无线网络中的其他成员节点进行转发。分级无线网络中的每个节点发送自己的一跳邻居表，各成员节点根据收到的一跳邻居表计算得到两跳邻居表。每个成员节点根据计算的两跳邻居表计算自己是否属于SCDAS。属于SCDAS的成员节点计算自己的等级。如果成员节点收到更改后的数据包，根据自己的等级设定退避时延进行等待。如果在退避时延内再次收到相同的数据包，则放弃转发，否则直接转发。本发明不需要全网信息，适用于动态网络，并且以退避时延的方法，巧妙地解决了簇首难以获取部分成员信息的问题。

Description

分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法
技术领域
本发明属于无线通信网络技术领域，涉及分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法。
背景技术
在分级无线网络中，骨干节点作为簇首，它们之间的连接至关重要。尤其是在动态网络中，骨干节点之间的连接可能会因为距离增大而断开，此时，网络整体的连通性将被破坏。如果增加骨干节点，网络成本在增加的同时，却不能从根本上解决此问题。但是簇首周围有大量的成员节点，如果利用这些成员节点中转信息，将有效解决簇首之间连接断开的问题。
为了延长网络节点寿命，降低网络内流量，选择的中转成员数目应该尽可能少。在目前已有的研究中，利用连通控制集(CDS)降低转发节点数目是一个较好的方法。CDS是一个网络内部分节点集合，集合内部任何两个节点之间均至少存在一条路径，集合外部每个节点至少与集合内部一个节点相连。但是目前大部分连通控制集构造方法均假设网络内所有节点具有相同的通信半径，部分构造方法考虑了节点之间通信半径的不同，但是假设每个节点可以得到自己的所有的邻居节点信息，包括控制节点和吸入节点。在分级网络中，簇首的通信半径和成员的通信半径之间相差较大，并且簇首也很难获取自己的完整的入度节点信息。因此，这些方法在分级网络中受到一定的限制，得到的节点集较大，难以满足实际需要。
发明内容
由于分级网络节点的通信半径不同，本发明提出了一种分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法，该方法是基于强连通控制吸入集(SCDAS)的恢复方法。强连通控制吸入集(SCDAS)是连通控制集(CDS)的一个特例。其同样是一个网络内部分节点集合，其集合外部每个节点至少可以在集合内部找到一个控制节点和吸入节点。本发明采用的强连通控制吸入集(SCDAS)构造方法是Rule1，Rule 2规则(参考文献：J.Wu,“Extendeddominating-set-based routing in ad hoc wireless networks with unidirectionallinks,”IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems,vol.13,no.9,pp.866–881,Sep 2002)。该方法完全利用周围两跳邻居的信息，在节点本地判断自己是否属于强连通控制吸入集(SCDAS)。本发明根据节点已经获得的两跳邻居信息对成员节点进行分类，采用退避时延的方法进一步减少转发成员节点数目。该方法不需要全网信息，适用于动态网络，并且以退避时延的方法，巧妙地解决了簇首难以获取部分成员信息的问题。
本发明的技术方案是：
一种分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法，具体如下：
在分级无线网络中，如果某个簇首a发现与另外一个簇首b之间的连接断开，其中簇首a为发送簇首，簇首b为接收簇首(也即需要恢复连接的目标簇首)，则该簇首a更改数据包类型，在更改类型后的数据包中包含目标簇首b的唯一标识，并且允许分级无线网络中的其他成员节点(含簇首)进行转发；
分级无线网络中的每个成员节点(含簇首)发送自己的一跳邻居表，每个成员节点将收到的一跳邻居表与自身邻居进行比较，计算得到自己的两跳邻居表；接着，每个成员节点根据Rule1，Rule2规则计算自己是否属于强连通控制吸入集；属于强连通控制吸入集的成员节点根据节点等级设定规则计算自己的等级。
如果成员节点收到更改类型后的数据包，根据计算得到的自己的等级设定退避时延进行等待；如果在退避时延内再次收到相同的数据包，则放弃转发，否则直接转发。
本发明中：每个成员节点根据Rule1，Rule2规则(参考文献：J.Wu,“Extendeddominating-set-based routing in ad hoc wireless networks with unidirectionallinks,”IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems,vol.13,no.9,pp.866–881,Sep 2002)计算自己是否属于强连通控制吸入集。
本发明中，所述的节点等级设定规则如下：
Figure BDA0001716760780000031
属于强连通控制吸入集的成员节点根据上表中设定的节点等级设定规则计算自己的等级。
其中：成员节点在每次转发中最终只有一个等级；如果同时计算得到两个或两个以上等级，则取数值最低的等级作为其最终计算得到的自己的等级。
本发明中：成员节点其等级数值越小，则设定的退避时延越短。
采用本发明获得的有益效果：
本发明在构造SCDAS的基础上对节点进行分级，进一步降低了参与转发的成员节点数目。在构造SCDAS中，每个节点需要两跳邻居信息。而对节点分级仅需要两跳邻居的信息，不会增加网络通信负担。由于通信距离的不对称，簇首在计算邻居节点时，无法获得部分出度节点的信息，计算得到的SCDAS较大。采用退避时延后，节点分级的计算在节点本地完成，可以避免该问题，有效降低参与转发的成员节点数目。
本发明不需要全网信息，适用于动态网络，并且以退避时延的方法，巧妙地解决了簇首难以获取部分成员信息的问题。本发明根据跳数设定节点的优先级，并选出最优的路径进行转发，降低网络延迟。
附图说明
图1恢复连接方法的流程图；
图2网络内节点通信范围不同对节点获取邻居信息的影响；
图3不同方法选取的转发成员节点数目比较，簇首4个，成员节点80个；
图4不同方法在不同节点数目情况下选取的转发成员节点数目比较。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
本发明要解决的技术问题是：在不增加网络投入的前提下，使用尽可能少的成员节点恢复簇首之间的连接。本发明提供一种分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法，其根据两跳邻居信息对成员节点进行分类，采用退避时延的方法进一步减少转发成员节点数目。整个过程是在本地完成的，可以有效适应动态网络。同时，本发明根据跳数设定节点的优先级，并选出最优的路径进行转发，降低网络延迟。
在分级无线网络中，如果某个簇首a发现与另外一个簇首b之间的连接断开，其中簇首a为发送簇首，簇首b为接收簇首。则该簇首a更改数据包类型，在更改类型后的数据包中包含目标簇首b的唯一标识，并且允许分级无线网络中的其他成员节点进行转发。
成员节点根据邻居信息，判断自己是否属于强连通控制吸入集，如果是，则计算自己的等级，并设定退避时延进行转发。具体流程如图1所示，包括以下步骤：
(1)分级无线网络中的每个节点(含簇首)向邻居发送Hello包(包括节点自身唯一标识)，每个节点根据收到的Hello包计算自己的一跳邻居表。
(2)每个节点(含簇首)发送自己的一跳邻居表，每个成员节点根据收到的一跳邻居表计算得到自己的两跳邻居表。
(3)每个成员节点根据Rule1，Rule 2规则计算自己是否属于强连通控制吸入集。
(4)属于强连通控制吸入集的成员节点根据节点等级设定规则计算自己的等级。每个成员节点在每次转发中最终只有一个等级。如果同时计算得到两个或两个以上等级，则取数值最低的等级作为其最终计算得到的自己的等级。
分级无线网络中，节点等级设定规则如下：
Figure BDA0001716760780000051
(5)如果成员节点收到更改类型后的数据包，根据(4)计算得到的自己的等级设定退避时延进入等待。等级数值越小，则退避时延越短。如果在退避时延内再次收到相同的数据包，则放弃转发，否则直接转发。
图2是网络内节点通信范围不同对节点获取邻居信息的影响。簇首节点通信范围远远大于成员节点通信范围，实施例中，取通信范围比分别为1.5，2，2.5，3，3.5，4。簇首为获取自身全部出度节点的信息，发送信标，其中信标记录经过的节点信息。簇首在收到发送的信标后，可以得到自己出度节点信息。实施中，信标的生命周期分别设置为2跳，3跳和4跳。从图中可以看到，单向边占网络内所有边的比与2跳信标得到的丢边占比重合，这说明2跳信标不能得到单向边的有关信息。这是由于簇首通信范围大于成员节点，簇首发出的信标不可能在2跳范围内返回。随着信标生命周期增加，丢边占比逐渐降低，同时，网络内通信负担也会急剧增加，甚至严重影响网络性能。
图3是不同方法选取的转发成员节点数目比较。实施例中，取簇首4个，成员节点80个。图3(a)是原始网络图，四个簇首之间由于距离较远，不能够直接通信。图3(b)是根据Rule1，Rule 2规则选取的SCDAS节点进行转发。选取的成员节点数目为40个，占总成员数目比为50％。图3(c)使用的裁减策略是：在图3(b)基础上，仅选取簇首之间的成员节点。该策略简单易行，但是效果有限。选取的成员节点数目为29个，占总成员数目比为36.25％。图3(d)使用本发明方法中优先级进行裁减。空心圆为交叉节点，空心方块为一级节点，空心菱形为二级节点，空心三角形为二级附属节点。选取的成员节点数目为15个，占总成员数目比为18.75％。实际上由于链路是单向的，部分节点只是存在于单向链路。在转发过程中，真正参与的节点将会更少。
图4是不同方法在不同节点数目情况下选取的转发成员节点数目比较。实施例中，成员节点数目分别为：50，75，100，125，150。图4(a)可知，随着成员节点数目增加，被选中的成员节点数目也增加，但是本发明增长速度平缓。图4(b)可知，随着节点数目增加，被选中的节点数目占总成员数目比逐步下降，本发明占比最低。这说明，在密集网络中，本发明性能将更优。
以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

Claims (5)

1.一种分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法，其特征在于：分级无线网络中整个虚拟骨干节点断开连接后的恢复过程是在本地完成的；在分级无线网络中，如果某个簇首a发现与另外一个簇首b之间的连接断开，其中簇首a为发送簇首，簇首b为接收簇首，则该簇首a更改数据包类型，在更改类型后的数据包中包含目标簇首b的唯一标识，并且允许分级无线网络中的其他成员节点进行转发；
分级无线网络中的每个成员节点发送自己的一跳邻居表，每个成员节点将收到的一跳邻居表与自身邻居进行比较，计算得到自己的两跳邻居表；接着，每个成员节点计算自己是否属于强连通控制吸入集；属于强连通控制吸入集的成员节点根据节点等级设定规则计算自己的等级；
如果成员节点收到更改类型后的数据包，根据计算得到的自己的等级设定退避时延进行等待；如果在退避时延内再次收到相同的数据包，则放弃转发，否则直接转发。
2.根据权利要求1所述的分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法，其特征在于：每个成员节点根据Rule1，Rule2规则计算自己是否属于强连通控制吸入集。
3.根据权利要求1所述的分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法，其特征在于：节点等级设定规则如下：
Figure FDA0002395964760000011
Figure FDA0002395964760000021
属于强连通控制吸入集的成员节点根据上表中设定的节点等级设定规则计算自己的等级。
4.根据权利要求3所述的分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法，其特征在于：成员节点在每次转发中最终只有一个等级；如果同时计算得到两个或两个以上等级，则取数值最低的等级作为其最终计算得到的自己的等级。
5.根据权利要求3或4所述的分级无线网络中虚拟骨干节点断开连接后的恢复方法，其特征在于：成员节点其等级数值越小，则设定的退避时延越短。
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