CN111641993B - 一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法 - Google Patents

一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，在网络拓扑生成阶段根据节点的距离和自身剩余能量来综合选择簇首节点，在时间同步阶段对于簇首节点采用双向信息交换方式进行同步，对于簇内节点采用双向交换和单向监听结合方式进行同步。该方法在保证一定的同步精度前提下也有效均衡了节点的能耗，同时保证了网络的健壮性，能够有效延迟整个网络的寿命。

Description

一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法
技术领域
本发明涉及无线传感器网络时间同步方法领域，具体是一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法。
背景技术
时间同步技术是无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)中许多关键技术的基础,比如节点定位、数据融合、休眠调度和TDMA(Time Division ultipleAddress)时间调度。它还广泛应用于医疗、工业、军事、环境、科学和家庭网络等领域。由于无线传感器网络中的传感器独立工作，它们的本地时钟可能不同步，但在有些应用中需要整合和集成来自不同传感器所采集到的数据。比如在环境监测过程中需要监测某一环境的温度，不同传感器采集了多组数据，整合这些数据的过程中需要融合同一时刻各个节点采集到的不同数据，所以这就需要保证无线传感器网络有一个共同的时间概念。因此,研究时间同步协议对于无线传感器网络的发展具有重大的意义。
无线传感器网络的主要功能是感知环境并将获取的信息发送到基站以进行进一步的处理。由于无线传感器网络具有规模大、动态性、能量有限、环境复杂等特点，传统的网络时间协议(NetworkTime Protocol,NTP)和全球定位系统(Globle Position System,GPS)由于需要较大的能耗,并不适用于无线传感器网络中。因此,必须设计针对无线传感器网络的时间同步方法。
现有的WSN时间同步算法可分为集中式算法和分类式算法两类。在集中式同步算法中，又可分为以下三种类型：首先是基于仅发送端(ROS)的时间同步算法，比如延迟测量时间同步(Delay Measurement Time Synchronization,DMTS)和洪泛时间同步协议(Flooding Time Synchronization Protocol,FTSP)。该类同步算法实现简单，功耗较低，但是有一定的同步误差。其次就是基于发送端—接收端(SRS)的时间同步，典型的算法就是TPSN(Timing-Sync Protocol for Sensor Network)算法。它是将NTP算法思想应用到WSN中，该算法具有相当高的同步精度，且能够很好地应用到多跳传感器网络中去，但是功耗和开销也相当的大。三是基于接收端—接收端(RRS)的时间同步，代表算法就是参考广播同步(Reference Broadcasting Synchronization，RBS)算法。该算法最大的特点就是消除了影响同步精度的接入延迟和发送延迟，以此来保证同步精度，但是却很难应用到多跳网络中去。在分布式同步算法中，主要有利用调整脉冲信号间隔来与周围节点同步的萤火虫同步算法；还有通过利用邻居节点信息交互来同步的一致性同步算法。
Ganeriwals等在2003年提出的TPSN(Timing-Sync Protocol for SensorNetwork)算法,类似于传统网络的NTP,它的同步过程分为两个阶段:第一个阶段为网络初始化阶段,由根节点开始,逐层向下一层广播同步报文,使得每个节点拥有自己的层次号,并保证所有节点都至少有一个父节点。第二个阶段为同步阶段,同步时各级节点逐步同步到上层节点,从而实现全网范围内的同步。具体同步过程为：首先子节点向父节点发送一个请求消息,请求消息包携带请求时刻的时间戳,然后父节点接收到消息包后反馈一个消息包,反馈消息包中包含自身接收时刻的时间戳和反馈时发送消息包时刻的时间戳,然后子节点再接收该消息包并记下接收时的时间戳。通过多个时间戳便能够消除交换过程中的固定延时，并且消除了不确定延迟对同步精度的影响。但是这个过程中需要交换很多的信息,所以需要巨大的开销。前面提到过,节点的能量是有限的，所以这会大大降低节点的寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，以解决现有技术无线传感器网络时间同步方法存在的能耗高、同步精度低的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、在无线传感器网络中，以各个无线传感器为节点，根据每个节点的权值阈值选举簇首，建立多层次等级簇的网络拓扑结构，具体过程如下：
设定适用于各个节点的权值阈值W，并选择其中一个节点作为汇聚节点，同时设定汇聚节点的层次等级为0；
令汇聚节点向其余各个节点分别广播层次等次发现消息包，汇聚节点广播的层次发现消息包中包含汇聚节点的层次等级0，其余各个节点接收到汇聚节点广播的层次发现消息包后，由其余各个节点分别将自身权值w与权值阈值W进行比较；
若某个节点的权值w小于权值阈值W，则该节点加入汇聚节点，并以汇聚节点为层次等级为0的簇首形成层次等级为0的簇；
若某个节点的权值w大于权值阈值W，则将接收到的汇聚节点广播的层次发现消息包中包含的层次等级0加1得到层次等级1作为自身的层次等级，并以自身作为层次等级为1的簇首，然后层次等级为1的簇首再次向其他节点广播新的层次发现消息包，新的层次发现消息包中包含层次等级1；
其他各个节点接收到新的层次发现消息包后，再分别将自身权值w与权值阈值W进行比较，若节点的权值w小于权值阈值W，则该节点加入层次等级为1的簇首形成层次等级为1的簇；若节点的权值w大于权值阈值W，则该节点将接收到的新的层次发现消息包中包含的层次等级1加1得到层次等级2作为自身层次等级，并以自身作为层次等级为2的簇首，然后层次等级为2的簇首继续向其他节点广播包含层次等级2的层次发现消息包，依次类推重复上述过程，直至所有节点均加入至对应层次等级的簇中，从而形成多层次等级簇的网络拓扑结构；
(2)、各个层次等级的簇首通过双向信息交换方式估计时间频偏和时间相偏，然后依据时间频偏和时间相偏来同步时间，具体过程如下：
下层的簇首分别向上一层的簇首发送请求同步消息包，上一层簇首接收到请求同步消息包后记录自身的接收时刻，并由上一层簇首回应一个确认消息包给下层的簇首，下层的簇首接收到确认消息包后记录下自身的接收时刻，依此上、下层簇首之间消息报传输过程同步数轮，然后下层的簇首根据消息包的时刻，计算其与上一层簇首的时钟频偏和相偏，由此使得所有簇首均与作为标准节点的汇聚节点同步；
(3)、每个层次等级的簇内各个节点通过单向监听和双向交换结合方式同步，具体过程如下：
每个层次等级的簇内，由簇首选择簇内某个节点作为回应节点并向回应节点发送消息包，并由回应节点记录自身接收簇首发送的消息包的接收时刻；
然后由回应节点广播一个同步消息包，簇内不包含簇首的其他所有节点接收到该同步消息包并记录自身的接收时刻；
接着回应节点再回应一个包含自身接收时刻的消息包给簇首节点，簇首节点接收到回应节点回应的消息包后再向簇内包含回应节点的所有节点广播一个再同步消息包，簇内除了簇首和回应节点外的其他节点接收到再同步消息包后，同步计算与回应节点的时间偏差和回应节点与簇首节点的时间偏差，来调整自身时间。
所述的一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，其特征在于：步骤(1)中，每个节点的自身权值w按公式w＝0.3*d+0.7*e计算，其中d为该节点与向其发送层次等次发现消息包的节点之间的距离，e为该节点自身的剩余能量。
所述的一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，其特征在于：步骤(1)中，还设定有设定适用于各个节点的节点能量阈值E，每个节点将自身的剩余能量e与节点能量阈值E进行比较，若剩余能量e小于节点能量阈值E，则该节点的自身权值w为0，若剩余能量e大于节点的能量阈值E，则该节点的自身权值w按公式w＝0.3*d+0.7*e计算。
所述的一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，其特征在于：步骤(1)中，层次发现消息包还包含发送节点的自身ID信息。
所述的一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，其特征在于：步骤(3)中，每个层次等级的簇内，由簇首根据簇内其他节点到簇首的距离以及其他节点的剩余能量，来选择某个节点作为回应节点。
所述的一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，其特征在于：由于限制了节点的广播，因此导致部分节点未能接收到等级发现消息而无法加入网络，从而成为孤漏节点，故在步骤(1)中，为每个节点设定一个计时器，并在层次发现时启动，可根据网络规模为计时器设定一个适当的时间值，当节点的计时器超过这个时间值时，孤漏节点发送层次发现请求消息包，接收到该层次发现请求消息包的节点发送一个回应消息，孤漏节点再根据与回应消息的节点的距离选择与自己最近的节点作为信息交换节点；新增加点也通过上述过程加入网络并同步。
与现有技术相比，本发明优点为：
(1)本发明方法优化了拓扑建立过程，在拓扑建立过程中根据节点距离和自身剩余能量限制了大部分节点的广播，因此有效均衡了节点的能耗，提高了节点的寿命。同时，簇内节点只需要接收簇首节点的消息包，无需监听其它消息包。相对于其它算法如PBS算法，能够大大增多单个簇的节点数量，从而降低了整个网络的跳数，减少了累积误差，提高了同步精度。
(2)在时间同步阶段，则将对于不同的节点采用不同的同步方式，对于簇首节点则采用SRS同步方式来估计时钟频偏和时钟相偏，有效保证了同步精度。对于簇内节点来说则采用SRS和ROS结合的方式来进行同步，在保证了一定同步精度的情况下也有效降低了能耗。
附图说明
图1是本发明网络拓扑生成原理图。
图2是本发明簇首拓扑结构图。
图3是本发明具体实施方式中簇首时间同步信息交换模型图。
图4是本发明具体实施方式中簇内时间同步信息交换模型图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
为使本发明技术方案和优点更加清晰，下面将结合具体实施例，并参照附图，对本发明的实施方式做进一步详细的说明。
一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，包括如下步骤：
(1)、在无线传感器网络中，以各个无线传感器为节点，根据每个节点的权值阈值选举簇首，建立多层次等级簇的网络拓扑结构，具体过程如下：
设定适用于各个节点的权值阈值W，并选择其中一个节点作为汇聚节点，同时设定汇聚节点的层次等级为0；
令汇聚节点向其余各个节点分别广播层次等次发现消息包，汇聚节点广播的层次发现消息包中包含汇聚节点的自身ID信息和层次等级0，其余各个节点接收到汇聚节点广播的层次发现消息包后，由其余各个节点分别将自身权值w与权值阈值W进行比较；
若某个节点的权值w小于权值阈值W，则该节点加入汇聚节点，并以汇聚节点为层次等级为0的簇首形成层次等级为0的簇；
若某个节点的权值w大于权值阈值W，则将接收到的汇聚节点广播的层次发现消息包中包含的层次等级0加1得到层次等级1作为自身的层次等级，并以自身作为层次等级为1的簇首，然后层次等级为1的簇首再次向其他节点广播新的层次发现消息包，新的层次发现消息包中包含层次等级为1的簇首的自身ID信息和层次等级1；
其他各个节点接收到新的层次发现消息包后，再分别将自身权值w与权值阈值W进行比较，若节点的权值w小于权值阈值W，则该节点加入层次等级为1的簇首形成层次等级为1的簇；若节点的权值w大于权值阈值W，则该节点将接收到的新的层次发现消息包中包含的层次等级1加1得到层次等级2作为自身层次等级，并以自身作为层次等级为2的簇首，然后层次等级为2的簇首继续向其他节点广播包含自身ID信息和层次等级2的层次发现消息包，依次类推重复上述过程，直至所有节点均加入至对应层次等级的簇中，从而形成多层次等级簇的网络拓扑结构。
步骤(1)中，每个节点的自身权值w按公式w＝0.3*d+0.7*e计算，其中d为该节点与向其发送层次等次发现消息包的节点之间的距离，e为该节点自身的剩余能量。
本发明还设定有设定适用于各个节点的节点能量阈值E，每个节点将自身的剩余能量e与节点能量阈值E进行比较，若剩余能量e小于节点能量阈值E，则该节点的自身权值w为0，若剩余能量e大于节点的能量阈值E，则该节点的自身权值w按公式w＝0.3*d+0.7*e计算。
本发明步骤(1)中，从汇聚节点开始，依次广播层次发现消息包，接收到该消息包的节点由其与汇聚节点的距离和自身剩余能量来计算自身权值，并判断该权值是否大于权值阈值W，若大于该阈值则以自身为簇首并将层次等级加1继续向下广播新的层次发现消息包，否则加入以汇聚节点为簇首的簇中，且不广播层次发现消息包。第二层节点接收到层次等级为1的节点发送的广播消息包后也根据其到发送层次发现消息包的节点的距离和自身剩余能量来计算自身权值，以判断是否再次广播新的层次发现消息包，按照此方式依次进行，使得整个网络完成拓扑建立，最后拓扑图如图1所示。
(2)、孤漏节点请求加入网络：
由于限制了节点的广播，因此导致部分节点未能接收到等级发现消息而无法加入网络，从而成为孤漏节点。故在层次发现阶段时，为每个节点设定一个计时器，并在层次发现时启动。可根据网络规模为计时器设定一个适当的值。当计时器超过这个时间值时，孤漏节点发送层次发现请求消息包。接收到该请求消息的节点发送一个回应消息，孤漏节点再根据与回应消息节点的距离选择最近与自己最近的节点作为信息交换节点。同时，新增加点也通过这种方式来加入网络并同步，这很好的保证了网络的可靠性。
在层次建立过程中由于限制了部分节点的层次广播，导致一些节点成为孤漏节点，如图1中的a节点。对于a节点而言，在层次发现阶段开启时，其开启自身的计时器，达到一定时间未收到层次发现消息包后则发送请求加入网络的消息包，其附近节点如b节点接收到请求消息包后则将其作为自身子节点，并以双向同步方式进行时间同步。
(3)、各个层次等级的簇首通过双向信息交换方式估计时间频偏和时间相偏，然后依据时间频偏和时间相偏来同步时间，具体过程如下：
下层的簇首分别向上一层的簇首发送请求同步消息包，上一层簇首接收到请求同步消息包后记录自身的接收时刻，并由上一层簇首回应一个确认消息包给下层的簇首，下层的簇首接收到确认消息包后记录下自身的接收时刻，依此上、下层簇首之间消息报传输过程同步数轮，然后下层的簇首根据消息包的时刻，计算其与上一层簇首的时钟频偏和相偏，由此使得所有簇首均与作为标准节点的汇聚节点同步；
本发明拓扑建立完成后，开始进行节点的时间同步。首先进行簇首节点的同步，簇首节点形成的拓扑结构如图2所示。在该网络拓扑中，簇首节点间通过双向时间戳消息交换机制来估计节点的时钟频偏和时钟相偏，从而完成节点的同步。同步消息交换模型如图3所示。若以节点A为标准时间，则B节点时间戳T2,k可表示为：
Figure BDA0002530452380000071
B节点的第k次下行信息的时间戳T3,k，式如：
Figure BDA0002530452380000072
式(1)和(2)中，T1,k为第k次同步轮询A节点的发送信息包第1时间点，T2,k为第k次同步轮询B节点的接收信息包第2时间点，T3,k为第k次同步轮询B节点的发送信息包第3时间点，T4,k为第k次同步轮询A节点的接收信息包第4时间点，d表示传输过程中的固定延迟，Xk和Yk分别表示第k次上行和下行过程中的随机延迟，ω表示B节点相对于A节点的相对频偏，
Figure BDA0002530452380000081
表示B节点相对于A节点的相对相偏。
假定
Figure BDA0002530452380000082
和
Figure BDA0002530452380000083
是均值为u，方差为σ2的相互独立且同为高斯分布的随机变量，则
Figure BDA0002530452380000084
的联合概率密度函数为：
Figure BDA0002530452380000085
公式(3)中，Xk和Yk分别表示第k次上行和下行过程中的随机延迟，x、y分别是上行过程随机延迟Xk和下行过程随机延迟Yk中任意次的延迟值，N为大于1的常数。
假定固定延迟d为一确定值，则可得观测量
Figure BDA0002530452380000086
和
Figure BDA0002530452380000087
的似然函数为：
Figure BDA0002530452380000088
公式(4)中，
Figure BDA0002530452380000089
表示时钟相偏。
通过对式(4)中似然函数求解可得时钟相偏和时钟频偏的联合最大似然估计为：
Figure BDA00025304523800000810
Figure BDA00025304523800000811
其中，
Figure BDA0002530452380000091
由此可知，Q因子的取值取决于固定延迟分量d的大小，从而联合最大似然估计的结果与d有关。
当节点B和节点A交换数据包N次时，节点B可根据式(5)和式(6)调整自身时间为
Figure BDA0002530452380000092
即可与节点A保持同步，其中t为节点本地时间。
(4)、每个层次等级的簇内各个节点通过单向监听和双向交换结合方式同步，具体过程如下：
每个层次等级的簇内，由簇首选择簇内某个节点作为回应节点并向回应节点发送消息包，并由回应节点记录自身接收簇首发送的消息包的接收时刻；
然后由回应节点广播一个同步消息包，簇内不包含簇首的其他所有节点接收到该同步消息包并记录自身的接收时刻；
接着回应节点再回应一个包含自身接收时刻的消息包给簇首节点，簇首节点接收到回应节点回应的消息包后再向簇内包含回应节点的所有节点广播一个再同步消息包，簇内除了簇首和回应节点外的其他节点接收到再同步消息包后，同步计算与回应节点的时间偏差和回应节点与簇首节点的时间偏差，来调整自身时间。
本发明在簇首节点完成时间同步后，则启动簇内节点的同步。根据自身剩余能量和与簇首节点距离，簇内节点以竞争簇首的方式来竞争成为回应节点，簇首节点与回应节点进行双向交换时间同步，其余节点基于侦听的方式间接同步到簇首节点。图4描述了簇内网络的同步模型。
在图4中，假设节点B成功竞选为回应节点后。同步过程如下：簇首节点P在Tp1时刻广播同步请求分组，簇内节点A、B、C接收到该分组并标记接收时刻TA2、TB2、TC2，回应节点B在TB3时刻发送反馈分组，分组中包含TP1、TB2和TB3，节点P在TP4时刻接收到该分组后在TP5时刻再次发送包含{TP1、TB2、TB3、TP4、TP5}的消息包，簇内节点A、B、C接收到该分组并标记接收时刻TA6、TB6、TC6。由于传播延迟极小故可忽略不计，因此假设在第一个过程中A、B、C同时收到P节点发送的请求分组，故A、C与B的时间差可由式(7)、(8)计算：
ΔAB＝TB2-TA2 (7)
ΔCB＝TB2-TC2 (8)
在链路对称的情况下，节点B根据时间戳{TP1、TB2、TB3、TP4、TP5、TB6}可由
Figure BDA0002530452380000101
得到其与簇首节点之间的分组延迟时间。故A、C节点与簇首节点P的时间差分别是：
ΔAP＝ΔAB+ΔBP (10)
ΔCP＝TCB+ΔBP (11)
其中TCB表示节点C和节点B间的延迟时间。
则校正自身时间偏差为T＝t+ΔnP即可以与簇首节点进行同步，其中t为节点本地时间，n为簇内节点编号。
以上描述了单个的簇内节点与簇首节点的同步方式，其它簇也采用这种同步方式与簇首节点进行同步。因为在簇首节点先完成了与汇聚节点的同步，因此簇内节点与簇首进行同步结束后相当于间接与汇聚节点保持了同步。

Claims (4)

1.一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、在无线传感器网络中，以各个无线传感器为节点，根据每个节点的权值阈值选举簇首，建立多层次等级簇的网络拓扑结构，具体过程如下：
设定适用于各个节点的权值阈值W，并选择其中一个节点作为汇聚节点，同时设定汇聚节点的层次等级为0；
令汇聚节点向其余各个节点分别广播层次等次发现消息包，汇聚节点广播的层次发现消息包中包含汇聚节点的层次等级0，其余各个节点接收到汇聚节点广播的层次发现消息包后，由其余各个节点分别将自身权值w与权值阈值W进行比较；
若某个节点的权值w小于权值阈值W，则该节点加入汇聚节点，并以汇聚节点为层次等级为0的簇首形成层次等级为0的簇；
若某个节点的权值w大于权值阈值W，则将接收到的汇聚节点广播的层次发现消息包中包含的层次等级0加1得到层次等级1作为自身的层次等级，并以自身作为层次等级为1的簇首，然后层次等级为1的簇首再次向其他节点广播新的层次发现消息包，新的层次发现消息包中包含层次等级1；
其他各个节点接收到新的层次发现消息包后，再分别将自身权值w与权值阈值W进行比较，若节点的权值w小于权值阈值W，则该节点加入层次等级为1的簇首形成层次等级为1的簇；若节点的权值w大于权值阈值W，则该节点将接收到的新的层次发现消息包中包含的层次等级1加1得到层次等级2作为自身层次等级，并以自身作为层次等级为2的簇首，然后层次等级为2的簇首继续向其他节点广播包含层次等级2的层次发现消息包，依次类推重复上述过程，直至所有节点均加入至对应层次等级的簇中，从而形成多层次等级簇的网络拓扑结构；
(2)、各个层次等级的簇首通过双向信息交换方式估计时间频偏和时间相偏，然后依据时间频偏和时间相偏来同步时间，具体过程如下：
下层的簇首分别向上一层的簇首发送请求同步消息包，上一层簇首接收到请求同步消息包后记录自身的接收时刻，并由上一层簇首回应一个确认消息包给下层的簇首，下层的簇首接收到确认消息包后记录下自身的接收时刻，依此上、下层簇首之间消息报传输过程同步数轮，然后下层的簇首根据消息包的时刻，计算其与上一层簇首的时钟频偏和相偏，由此使得所有簇首均与作为标准节点的汇聚节点同步；
(3)、每个层次等级的簇内各个节点通过单向监听和双向交换结合方式同步，具体过程如下：
每个层次等级的簇内，由簇首选择簇内某个节点作为回应节点并向回应节点发送消息包，并由回应节点记录自身接收簇首发送的消息包的接收时刻；
然后由回应节点广播一个同步消息包，簇内不包含簇首的其他所有节点接收到该同步消息包并记录自身的接收时刻；
接着回应节点再回应一个包含自身接收时刻的消息包给簇首节点，簇首节点接收到回应节点回应的消息包后再向簇内包含回应节点的所有节点广播一个再同步消息包，簇内除了簇首和回应节点外的其他节点接收到再同步消息包后，同步计算与回应节点的时间偏差和回应节点与簇首节点的时间偏差，来调整自身时间；
步骤(1)中，每个节点的自身权值w按公式w＝0.3*d+0.7*e计算，其中d为该节点与向其发送层次等次发现消息包的节点之间的距离，e为该节点自身的剩余能量；
步骤(1)中，还设定有设定适用于各个节点的节点能量阈值E，每个节点将自身的剩余能量e与节点能量阈值E进行比较，若剩余能量e小于节点能量阈值E，则该节点的自身权值w为0，若剩余能量e大于节点的能量阈值E，则该节点的自身权值w按公式w＝0.3*d+0.7*e计算。
2.根据权利要求1所述的一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，其特征在于：步骤(1)中，层次发现消息包还包含发送节点的自身ID信息。
3.根据权利要求1所述的一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，其特征在于：步骤(3)中，每个层次等级的簇内，由簇首根据簇内其他节点到簇首的距离以及其他节点的剩余能量，来选择某个节点作为回应节点。
4.根据权利要求1所述的一种能量感知动态拓扑控制的时间同步方法，其特征在于：由于限制了节点的广播，因此导致部分节点未能接收到等级发现消息而无法加入网络，从而成为孤漏节点，故在步骤(1)中，为每个节点设定一个计时器，并在层次发现时启动，可根据网络规模为计时器设定一个适当的时间值，当节点的计时器超过这个时间值时，孤漏节点发送层次发现请求消息包，接收到该层次发现请求消息包的节点发送一个回应消息，孤漏节点再根据与回应消息的节点的距离选择与自己最近的节点作为信息交换节点；新增加点也通过上述过程加入网络并同步。
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