專利名稱：基于狀態(tài)機(jī)制的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明以移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種基于狀態(tài)機(jī)制的分簇方法， 屬于通信技術(shù)中的無線通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)是由一組帶有無線收發(fā)裝置的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)。它不依 賴于預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，可以在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)快速構(gòu)建。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以自 由移動(dòng)，并且都具備路由器的功能，通過多跳轉(zhuǎn)發(fā)幫助其它節(jié)點(diǎn)建立通信鏈路。
移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)主要有兩種體系結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)和分級(jí)結(jié)構(gòu)。平面結(jié)構(gòu)中各 節(jié)點(diǎn)地位平等，通過相互協(xié)作完成節(jié)點(diǎn)間的通信。這種結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)是可擴(kuò)充 性差，控制開銷隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加而急劇增多。為了適應(yīng)大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng) 自組織網(wǎng)絡(luò)通常采用分級(jí)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)被劃分為多個(gè)簇，每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè) 簇成員組成。簇頭既是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)間通信的"橋梁"，也是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)同外界通信的 "紐帶"。通過分簇，網(wǎng)絡(luò)被劃分為若干個(gè)區(qū)域，"分而治之"，從而將動(dòng)態(tài)變化 的拓?fù)湓斐傻挠绊懴拗圃谝欢ǖ膮^(qū)域內(nèi)，而不會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一個(gè)基于狀態(tài)機(jī)制的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方 法，用來提高簇的穩(wěn)定性和平衡度，改善網(wǎng)絡(luò)的性能。
技術(shù)方案本發(fā)明的基于狀態(tài)機(jī)制的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方法為
a. 綜合考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、簇的大小和節(jié)點(diǎn)的能量；其中，三個(gè)因素的優(yōu)先級(jí)
從高到低依次為節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、簇的大小和節(jié)點(diǎn)的能量；并將三種因素具體化， 分別對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)速度F、節(jié)點(diǎn)度D以及節(jié)點(diǎn)剩余能量五；
b. 將K、 D、 ￡分別等級(jí)化，并進(jìn)行組合，提出節(jié)點(diǎn)狀態(tài)機(jī)制；節(jié)點(diǎn)狀態(tài)包含 節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)/D，以及三個(gè)狀態(tài)分量，依次是速度狀態(tài)Stofe、節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)D—5to&、
剩余能量狀態(tài)五—每個(gè)節(jié)點(diǎn)均分配一個(gè)唯一的<formula>formula see original document page 6</formula>均存在三種等級(jí)優(yōu)秀、良好以及一般，分別用數(shù)值2、 1、 0表示；這樣總共有
27種節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，分別是(2， 2， 2)、 (2， 2, 1)、 (2， 2， 0)、 (2， 1， 2)、 (2， 1， 1)、 (2， 1， 0)、 (2， 0， 2)、 (2， 0， 1)、 (2， 0， 0)、 (1， 2, 2)、 (1， 2， 1)、
(1， 2， 0)、 (1， 1， 2)、 (1， 1， 1)、 (1， 1， 0)、 (1， 0， 2)、 (1， 0， 1)、 (1， 0， 0)、 (0， 2， 2)、 (0， 2， 1)、 (0, 2， 0)、 (0， 1， 2)、 (0, 1, 1)、 (0， 1， 0)、
(0， 0， 2)、 (0， 0， 1)、 (0， 0， 0)，省略了/A以下同；
c. 根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，規(guī)定兩種節(jié)點(diǎn)身份Register、 Guest;當(dāng)不為0時(shí)， 即速度狀態(tài)傾向于優(yōu)秀或良好，節(jié)點(diǎn)為Register身份，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)總共有18 種，剩余的9種狀態(tài)，即速度狀態(tài)為一般，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)身份為Guest;
d. 從Register身份的節(jié)點(diǎn)中選擇簇頭、備份簇頭以及簇成員，而Guest身份的 節(jié)點(diǎn)，則選擇最近的簇成員節(jié)點(diǎn)作為接入點(diǎn)，通過兩跳加入相應(yīng)的簇；
e. 節(jié)點(diǎn)開機(jī)后，啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)機(jī)制，通過交互消息知道其所有鄰居的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)； 隨后，通過"簇的形成"，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)簇，所有的節(jié)點(diǎn)都加入了相 應(yīng)的簇；最后，通過"簇的管理"，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的分簇進(jìn)行管理，適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?br> 速度狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)以及剩余能量狀態(tài)具體描述為 速度狀態(tài)
取兩個(gè)門限值Vthr1 、 Vthr2其中Vthr1<Vthr2，將速度狀態(tài)劃分為三種等級(jí) <formula>formula see original document page 6</formula>，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值2、 1、 0，
即<formula>formula see original document page 6</formula>
節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)
取三個(gè)門限值i^,、 Aw、 Aw其中AW<Aw<Aw，將節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)劃分 為三種等級(jí)i^Z),wUZ 2/^;、 AAfl<D^^V2、 Aw<"<^,3，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值 0、 1、 2,
即<formula>formula see original document page 6</formula>
剩余能量狀態(tài)
取兩個(gè)門限值&d、五,w其中將剩余電量狀態(tài)劃分為三種等級(jí)-五S五,w、 &,,<￡^&,2、 ￡>￡^2，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值0、 1、 2，
即<formula>formula see original document page 7</formula>
"簇的形成"具體描述為 31)從網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)滿足如下三個(gè)條件的節(jié)點(diǎn)作為簇頭
a. 節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的身份為Register;
b. Register對(duì)應(yīng)的18種節(jié)點(diǎn)狀態(tài)有一定的優(yōu)先級(jí)，從高到低依次為(2， 2， 2)、 (2， 2， 1)、 (2， 1， 2)、 (2， 1， 1)、 (1， 2， 2)、 (1， 2， 1)、 (1， 1, 2)、
(1， 1， 1)、 (2， 2， 0)、 (2， 1， 0)、 (2， 0， 2)、 (2， 0， 1)、 (1， 2， 0)、 (1， 1， 0)、 (1， 0， 2)、 (1， 0， 1)、 (2， 0， 0)、 (1， 0， 0)，應(yīng)按從高到低的級(jí)別 進(jìn)行挑選；
c. 若優(yōu)先級(jí)相同，則選擇/Z)最小的節(jié)點(diǎn)作為簇頭，
32)從簇頭周圍選取滿足如下兩個(gè)條件的節(jié)點(diǎn)作為該簇頭所在簇的成員
d. 節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的身份為Register,
e. 與簇頭可以一跳直達(dá)，
33)采用與挑選簇頭相同的方法,從該簇的成員中選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為備份簇頭，
33) 已經(jīng)被處理過的Register身份節(jié)點(diǎn)不再參與簇頭的選舉。重復(fù)以上過程， 直到找不到滿足條件的簇頭節(jié)點(diǎn)為止，
34) 身份為Guest的節(jié)點(diǎn)，選擇最近的簇成員節(jié)點(diǎn)作為接入點(diǎn)，通過兩跳加入 相應(yīng)的簇，至此所有的節(jié)點(diǎn)都加入了分簇，"簇的形成"過程結(jié)束。
"簇的管理"具體描述為-
41) 若兩簇頭的距離只有一跳，依據(jù)簇頭狀態(tài)，對(duì)兩簇頭進(jìn)行如下管理 狀態(tài)優(yōu)先級(jí)較低的簇頭，以簇成員的角色加入另一個(gè)簇；若級(jí)別相同，則ID
較大的節(jié)點(diǎn)放棄自己的簇頭角色，該簇頭所在簇的成員節(jié)點(diǎn)就近加入其它的簇；
42) 節(jié)點(diǎn)離開當(dāng)前的簇頭負(fù)責(zé)區(qū)域，依據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，對(duì)該簇進(jìn)行如下管理
a. 若節(jié)點(diǎn)為簇頭，則備份簇頭主動(dòng)承擔(dān)起簇頭的角色，并且從新簇的成員 中選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為備份簇頭；
b. 若節(jié)點(diǎn)為備份簇頭，則相應(yīng)簇頭從簇中再選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為備份簇頭；
c. 若節(jié)點(diǎn)為簇成員，則相應(yīng)簇頭和以該成員為接入點(diǎn)的Guest需更新信息;
d. 若節(jié)點(diǎn)為Guest身份，則相應(yīng)接入點(diǎn)需更新信息；
43) 節(jié)點(diǎn)進(jìn)入新的簇頭負(fù)責(zé)區(qū)域，依據(jù)節(jié)點(diǎn)身份，對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行如下管理
e. 若節(jié)點(diǎn)身份為Register,以簇成員角色加入該簇，該節(jié)點(diǎn)狀態(tài)若優(yōu)于當(dāng) 前備份簇頭，調(diào)整該節(jié)點(diǎn)為備份簇頭；
f. 若節(jié)點(diǎn)身份為Guest，選擇最近的簇成員作為接入點(diǎn)；
44) 節(jié)點(diǎn)身份的轉(zhuǎn)換，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行如下管理
g. 若節(jié)點(diǎn)身份由Guest轉(zhuǎn)換為Register, —方面，原接入點(diǎn)需更新信息； 另一方面，選擇最近的簇以簇成員的角色加入；
h. 若節(jié)點(diǎn)身份由Register轉(zhuǎn)換為Guest， 一方面，依據(jù)節(jié)點(diǎn)的原狀態(tài)，對(duì) 所在的簇進(jìn)行維護(hù)，方法同42)中a、 b、 c;另一方面，選擇最近的簇成員作為 接入點(diǎn)。
有益效果
1) 該發(fā)明考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、簇的大小和節(jié)點(diǎn)的能量，考慮因素全面，有 利于簇的穩(wěn)定性。為了適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?yōu)先考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，進(jìn)一 步提升了簇的穩(wěn)定性。
2) 該發(fā)明對(duì)各因素進(jìn)行等級(jí)化，并進(jìn)行組合，提出節(jié)點(diǎn)狀態(tài)機(jī)制，降低了 計(jì)算量和實(shí)現(xiàn)難度，"簇的形成"和"簇的管理"變得直觀而簡(jiǎn)單。
3) 根據(jù)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，確定節(jié)點(diǎn)的身份是Register還是Guest。從Register 身份的節(jié)點(diǎn)中選擇簇頭、備份簇頭以及簇成員，提高了簇頭、備份簇頭的平均生 存時(shí)間，進(jìn)一步提升了簇的穩(wěn)定性。而Guest身份的節(jié)點(diǎn)，則選擇最近的簇成員 節(jié)點(diǎn)作為接入點(diǎn)，通過兩跳加入該簇，從而擴(kuò)大了分簇的半徑，減少了分簇的數(shù) 目；同時(shí)，由于Guest身份的引入，簇的管理變得相對(duì)簡(jiǎn)單。
4) 簇的大小決定了網(wǎng)絡(luò)中簇頭的數(shù)目，分簇時(shí)希望每個(gè)簇的大小大致相同， 這樣可以使簇頭的負(fù)載獲得平衡。簇的大小可以通過節(jié)點(diǎn)度體現(xiàn)，該發(fā)明通過對(duì) 節(jié)點(diǎn)度進(jìn)行等級(jí)化，傾向選擇節(jié)點(diǎn)度等級(jí)優(yōu)秀或良好的節(jié)點(diǎn)作為簇頭，從而提高 簇的平衡度。
5) 通過動(dòng)態(tài)調(diào)整各門限值，該方法能夠適應(yīng)更廣泛的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。


圖l是節(jié)點(diǎn)入簇流程圖。圖2是以18個(gè)節(jié)點(diǎn)為例說明分簇過程。
圖3是基于狀態(tài)機(jī)制的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方法工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
1) 本發(fā)明考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、簇的大小和節(jié)點(diǎn)的能量，考慮因素全面，有 利于簇的穩(wěn)定性?；诒景l(fā)明的目的是提高簇的穩(wěn)定性和平衡度，因此對(duì)三個(gè)因 素關(guān)注的優(yōu)先級(jí)是有區(qū)別的。為了適應(yīng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)洌?jié)點(diǎn)的 移動(dòng)性是首要考慮的因素。其次，簇的大小決定了網(wǎng)絡(luò)中簇頭的數(shù)目，分簇時(shí)希 望每個(gè)簇的大小大致相同，這樣可以使簇頭的負(fù)載獲得平衡。簇若過小，簇內(nèi)節(jié) 點(diǎn)的吞吐率雖然得到了提高，但卻降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐率；簇若過大，簇內(nèi)節(jié) 點(diǎn)的吞吐率就會(huì)急劇下降，成為影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸。最后，節(jié)點(diǎn)的能量作 為輔助參考因素。
2) 將上述三種因素具體化，分別對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)速度K、節(jié)點(diǎn)度(一跳鄰居節(jié) 點(diǎn)數(shù)目)Z 以及節(jié)點(diǎn)剩余能量仏為能夠直觀簡(jiǎn)單的進(jìn)行分簇，本發(fā)明對(duì)上述三 個(gè)因素分別加以等級(jí)化，并進(jìn)行組合，提出節(jié)點(diǎn)狀態(tài)機(jī)制，即定義節(jié)點(diǎn)狀態(tài)ID
(L5"tate, "_5Yate, f_5Ya")。每個(gè)節(jié)點(diǎn)均分配一個(gè)唯一的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)ID，三 個(gè)分量依次表示速度狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)以及剩余能量狀態(tài)。^5Yate、 6Ya&、 f一Ste"均存在三種等級(jí)優(yōu)秀、良好以及一般，分別用數(shù)值2、 1、 0表示。這 樣總共有27種節(jié)點(diǎn)狀態(tài)(省略ID號(hào)，以下同)，分別是(2， 2， 2)、 (2， 2， 1)、
(2， 2， 0)、 (2， 1， 2)、 (2， 1， 1)、 (2， 1， 0)、 (2， 0， 2)、 (2， 0， 1)、 (2， 0， 0)、 (1， 2， 2)、 (1， 2， 1)、 (1， 2， 0)、 (1， 1， 2)、 (1， 1， 1)、 (1， 1， 0)、
(1， 0， 2)、 (1， 0， 1)、 (1， 0, 0)、 (0， 2， 2)、 (0， 2， 1)、 (0， 2， 0)、 (0， 1， 2)、 (0， 1， 1)、 (0， 1， 0)、 (0， 0， 2)、 (0， 0， 1)、 (0， 0， 0)。
3) 本發(fā)明根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，規(guī)定兩種節(jié)點(diǎn)身份Register、 Guest。當(dāng) 不為O時(shí)，即速度狀態(tài)傾向于優(yōu)秀或良好，節(jié)點(diǎn)為Register身份，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn) 狀態(tài)總共有18種，分別是(2， 2， 2)、 (2， 2， 1)、 (2， 1， 2)、 (2， 1， 1)、 (1， 2， 2)、 (1， 2， 1)、 (1， 1, 2)、 (1， 1， 1)、 (2， 2， 0)、 (2， 1， 0)、 (2, 0， 2)、
(2， 0， 1)、 (1， 2， 0)、 (1， 1， 0)、 (1， 0， 2)、 (1， 0， 1)、 (2， 0， 0)、 (1， 0， 0)。剩余的9種狀態(tài)，即速度狀態(tài)為一般，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)身份為Guest。
4) 從Register身份的節(jié)點(diǎn)中選擇簇頭、備份簇頭以及簇成員，提高了簇頭、 備份簇頭的平均生存時(shí)間，進(jìn)一步提升了簇的穩(wěn)定性。而Guest身份的節(jié)點(diǎn)，則 選擇最近的簇成員節(jié)點(diǎn)作為接入點(diǎn)，通過兩跳加入相應(yīng)的簇，從而擴(kuò)大了分簇的 半徑，減少分簇的數(shù)目；同時(shí)，由于Guest身份的引入，簇的管理變得相對(duì)簡(jiǎn)單。
5) 節(jié)點(diǎn)開機(jī)后，啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)機(jī)制，通過交互消息知道其所有鄰居的節(jié)點(diǎn)
狀態(tài)；隨后，通過"簇的形成"，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)簇，所有的節(jié)點(diǎn)都加
入了相應(yīng)的簇；最后，通過"簇的管理"，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的分簇進(jìn)行管理，從而適應(yīng)
動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?br> 速度狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)以及剩余能量狀態(tài)具體描述為
1)速度狀態(tài)
取兩個(gè)門限值P^ 、 ^2 ( <^2 )，將速度狀態(tài)劃分為三種等級(jí)0<F 、 4,〈^^^2、 「>^2，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值2、 1、 0。
2)節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)
取三個(gè)門限值<formula>formula see original document page 10</formula>,將節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)劃分為三
種等級(jí)<formula>formula see original document page 10</formula>，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值0、 1、 2。
3)剩余能量狀態(tài)
取兩個(gè)門限值A(chǔ)w、 (￡,AfI<￡*2)，將剩余電量狀態(tài)劃分為三種等級(jí):
<formula>formula see original document page 10</formula>，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值O、 1、 2。
"簇的形成"過程具體描述為 1)從網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)最佳的節(jié)點(diǎn)作為簇頭，挑選時(shí)應(yīng)滿足以下條件: (1)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的身份為Register;
(2) 三種因素的優(yōu)先級(jí)從高到低依次為節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、簇的大小、節(jié)點(diǎn)
的能量。則Register對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)也有一定的優(yōu)先級(jí)，從高到低依次為(2， 2， 2)、 (2， 2， 1)、 (2， 1， 2)、 (2， 1， 1)、 (1， 2， 2)、 (1， 2， 1)、 (1， 1， 2)、 (1， 1, 1)、 (2， 2， 0)、 (2， 1, 0)、 (2， 0， 2)、 (2， 0， 1)、 (1， 2， 0)、 (1， 1， 0)、 (1， 0， 2)、 (1， 0， 1)、 (2， 0， 0)、 (1， 0， 0)，因此應(yīng)按從高到低的 級(jí)別進(jìn)行挑選；
(3) 若優(yōu)先級(jí)相同，則選擇ID最小的節(jié)點(diǎn)作為簇頭。
2) 從簇頭周圍選取合適的節(jié)點(diǎn)作為該簇頭所在簇的成員，挑選時(shí)應(yīng)滿足以 下條件
(1) 節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的身份為Register;
(2) 與簇頭可以一跳直達(dá)。
3) 采用與挑選簇頭相同的方法，從該簇的成員中選取一個(gè)最佳節(jié)點(diǎn)作為備 份簇頭。
4) 已經(jīng)被處理過的Register身份節(jié)點(diǎn)不再參與簇頭的選舉。重復(fù)以上過 程，直到找不到滿足條件的簇頭節(jié)點(diǎn)為止。
5) 身份為Guest的節(jié)點(diǎn)，選擇最近的簇成員節(jié)點(diǎn)作為接入點(diǎn)，通過兩跳加 入相應(yīng)的簇。至此所有的節(jié)點(diǎn)都加入了分簇，"簇的形成"過程結(jié)束。
移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)?，要求必須針?duì)不同的情形，采取不同的措 施對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。"簇的管理"具體描述為
1) 若兩簇頭的距離只有一跳，依據(jù)簇頭狀態(tài)，對(duì)兩簇頭進(jìn)行如下管理 狀態(tài)優(yōu)先級(jí)較低的簇頭，以簇成員的角色加入另一個(gè)簇；若級(jí)別相同，則ID
較大的節(jié)點(diǎn)放棄自己的簇頭角色。該簇頭所在簇的成員節(jié)點(diǎn)就近加入其它的簇。
2) 節(jié)點(diǎn)離開當(dāng)前的簇頭負(fù)責(zé)區(qū)域，依據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，對(duì)該簇進(jìn)行如下管理
(1) 若節(jié)點(diǎn)為簇頭，則備份簇頭主動(dòng)承擔(dān)起簇頭的角色，并且從新簇的成 員中選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為備份簇頭；
(2) 若節(jié)點(diǎn)為備份簇頭，則相應(yīng)簇頭從簇中再選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為備份簇頭；
(3) 若節(jié)點(diǎn)為簇成員，則相應(yīng)簇頭和以該成員為接入點(diǎn)的Guest需更新信
息；
(4) 若節(jié)點(diǎn)為Guest身份，則相應(yīng)接入點(diǎn)需更新信息。 節(jié)點(diǎn)進(jìn)入新的簇頭負(fù)責(zé)區(qū)域，依據(jù)節(jié)點(diǎn)身份，對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行如下管理
(1) 若節(jié)點(diǎn)身份為Register,以簇成員角色加入該簇。該節(jié)點(diǎn)狀態(tài)若優(yōu)于 當(dāng)前備份簇頭，調(diào)整該節(jié)點(diǎn)為備份簇頭；
(2) 若節(jié)點(diǎn)身份為Guest，選擇最近的簇成員作為接入點(diǎn)。 3)節(jié)點(diǎn)身份的轉(zhuǎn)換，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行如下管理
(1) 若節(jié)點(diǎn)身份由Guest轉(zhuǎn)換為Register, —方面，原接入點(diǎn)需更新信息； 另一方面，選擇最近的簇以簇成員的角色加入；
(2) 若節(jié)點(diǎn)身份由Register轉(zhuǎn)換為Guest， 一方面，依據(jù)節(jié)點(diǎn)的原狀態(tài)， 對(duì)所在的簇進(jìn)行維護(hù)，方法同2)中(1)、 (2)、 (3);另一方面，選擇最近的簇 成員作為接入點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)基于狀態(tài)機(jī)制的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方法，用來提 高簇的穩(wěn)定性和平衡度，改善網(wǎng)絡(luò)的性能。下面以18個(gè)節(jié)點(diǎn)為例(圖2)來說 明分簇過程。
1) 節(jié)點(diǎn)開機(jī)后，啟動(dòng)狀態(tài)機(jī)制，各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)依次為l (2， 1， 1)、 2 (2， 1， 1)、 3 (1， 1， 2)、 4 (2， 2， 2)、 5 (2， 1， 2)、 6 (1， 1， 1)、 7 (2， 1， 2)、 8 (1， 2， 1)、 9 (2， 1， 1)、 10 (0， 0， 2)、 11 (0， 1， 2)、 12 (1， 1， 1)、 13
(2， 1， 2)、 14 (1， 2， 1)、 15 (2， 1， 1)、 16 (2， 2， 1)、 17 (1, 1， 2)、 18 (0， 0， 1)。
2) 根據(jù)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，確定節(jié)點(diǎn)身份。其中節(jié)點(diǎn)IO、 11、 18為Guest身份， 其余節(jié)點(diǎn)均為Register身份。
3) 比較Register身份的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，從中選擇一個(gè)最佳的節(jié)點(diǎn)作為簇頭。4(2， 2， 2)具有最高節(jié)點(diǎn)狀態(tài)優(yōu)先級(jí)，因此首先形成一個(gè)以節(jié)點(diǎn)4為簇頭的分簇，記 為簇l。節(jié)點(diǎn)4周圍具有Register身份的一跳直達(dá)的節(jié)點(diǎn)，分別是1、 3、 5、 8， 因此它們均以簇成員的形式加入簇l。由于5的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)優(yōu)先級(jí)高于1、 3、 8， 因此節(jié)點(diǎn)5被選為備份簇頭。
4) 已經(jīng)被處理過的Register身份節(jié)點(diǎn)1、 3、 4、 5、 8不再參與簇頭的選取。 剩余的身份為Register的節(jié)點(diǎn)分別是2、 6、 7、 9、 12、 13、 14、 15、 16、 17，比 較它們的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，從中選擇一個(gè)最佳的節(jié)點(diǎn)作為簇頭。16 (2， 2， 1)具有最 高節(jié)點(diǎn)狀態(tài)優(yōu)先級(jí)，因此形成一個(gè)以節(jié)點(diǎn)16為簇頭的分簇，記為簇2。節(jié)點(diǎn)16 周圍具有Register身份的一跳直達(dá)的節(jié)點(diǎn)，分別是12、 13、 14、 15、 17，因此它 們均以簇成員的形式加入簇2。由于13的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)優(yōu)先級(jí)高于12、 14、 15、 17，
因此節(jié)點(diǎn)13被選為備份簇頭。
5) 已經(jīng)被處理過的Register身份節(jié)點(diǎn)1、 3、 4、 5、 8、 12、 13、 14、 15、 16、 17不再參與簇頭的選取。剩余的身份為Register的節(jié)點(diǎn)分別是2、 6、 7、 9，比 較它們的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，從中選擇一個(gè)最佳的節(jié)點(diǎn)作為簇頭。7 (2， 1， 2)具有最高 節(jié)點(diǎn)狀態(tài)優(yōu)先級(jí)，因此形成一個(gè)以節(jié)點(diǎn)7為簇頭的分簇，記為簇3。節(jié)點(diǎn)7周圍 具有Register身份的一跳直達(dá)的節(jié)點(diǎn)，分別是2、 6、 9，因此它們均以簇成員的 形式加入簇3。由于2、 9的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)優(yōu)先級(jí)相同，而2的ID小于9，因此節(jié)點(diǎn) 2被選為備份簇頭。
6) 網(wǎng)絡(luò)中只有身份為Guest的節(jié)點(diǎn)未被處理過。身份為Guest的節(jié)點(diǎn)，選 擇最近的簇成員節(jié)點(diǎn)作為接入點(diǎn)，通過兩跳加入該簇。因此，節(jié)點(diǎn)10、 11、 18 分別選擇節(jié)點(diǎn)8、 9、 17為接入點(diǎn)，通過兩跳跳加入相應(yīng)的簇。至此所有的節(jié)點(diǎn) 都加入了相應(yīng)的簇，分簇過程結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種基于狀態(tài)機(jī)制的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方法，其特征在于該方法為a.綜合考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、簇的大小和節(jié)點(diǎn)的能量；其中，三個(gè)因素的優(yōu)先級(jí)從高到低依次為節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、簇的大小和節(jié)點(diǎn)的能量；并將三種因素具體化，分別對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)速度V、節(jié)點(diǎn)度D以及節(jié)點(diǎn)剩余能量E；b.將V、D、E分別等級(jí)化，并進(jìn)行組合，提出節(jié)點(diǎn)狀態(tài)機(jī)制；節(jié)點(diǎn)狀態(tài)包含節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)ID，以及三個(gè)狀態(tài)分量，依次是速度狀態(tài)V_State、節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)D_State、剩余能量狀態(tài)E_State；每個(gè)節(jié)點(diǎn)均分配一個(gè)唯一的ID，V_State、D_State、E_State均存在三種等級(jí)優(yōu)秀、良好以及一般，分別用數(shù)值2、1、0表示；這樣總共有27種節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，分別是(2，2，2)、(2，2，1)、(2，2，0)、(2，1，2)、(2，1，1)、(2，1，0)、(2，0，2)、(2，0，1)、(2，0，0)、(1，2，2)、(1，2，1)、(1，2，0)、(1，1，2)、(1，1，1)、(1，1，0)、(1，0，2)、(1，0，1)、(1，0，0)、(0，2，2)、(0，2，1)、(0，2，0)、(0，1，2)、(0，1，1)、(0，1，0)、(0，0，2)、(0，0，1)、(0，0，0)，省略了ID，以下同；c.根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，規(guī)定兩種節(jié)點(diǎn)身份Register、Guest；當(dāng)V_State不為0時(shí)，即速度狀態(tài)傾向于優(yōu)秀或良好，節(jié)點(diǎn)為Register身份，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)總共有18種，剩余的9種狀態(tài)，即速度狀態(tài)為一般，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)身份為Guest；d.從Register身份的節(jié)點(diǎn)中選擇簇頭、備份簇頭以及簇成員，而Guest身份的節(jié)點(diǎn)，則選擇最近的簇成員節(jié)點(diǎn)作為接入點(diǎn)，通過兩跳加入相應(yīng)的簇；e.節(jié)點(diǎn)開機(jī)后，啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)機(jī)制，通過交互消息知道其所有鄰居的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)；隨后，通過“簇的形成”，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)簇，所有的節(jié)點(diǎn)都加入了相應(yīng)的簇；最后，通過“簇的管理”，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的分簇進(jìn)行管理，適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?br> 2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于狀態(tài)機(jī)制的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方法，其特 征在于速度狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)以及剩余能量狀態(tài)具體描述為速度狀態(tài)取兩個(gè)門限值^,、 ^2其中4,<^2，將速度狀態(tài)劃分為三種等級(jí) 0<r《^,、 L<f^^2、 r>^,2，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值2、 1、 0， <formula>formula see original document page 3</formula>節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)取三個(gè)門限值A(chǔ)^、 Aw、 C。其中4,<^2<Aw，將節(jié)點(diǎn)度狀態(tài)劃分為三種等級(jí)z)《AwUz^Aw、 ￡^<￡^Aw、 U^<Aw，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值 0、 1、 2，<formula>formula see original document page 3</formula>剩余能量狀態(tài)取兩個(gè)門限值五^、 &,2其中&,，<￡^2，將剩余電量狀態(tài)劃分為三種等級(jí): ￡S￡^、 ￡^<￡《￡*2、 ￡>￡,V2，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值0、 1、 2，<formula>formula see original document page 3</formula>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于狀態(tài)機(jī)制的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方法，其特 征在于"簇的形成"具體描述為31)從網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)滿足如下三個(gè)條件的節(jié)點(diǎn)作為簇頭a. 節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的身份為Register;b. Register對(duì)應(yīng)的18種節(jié)點(diǎn)狀態(tài)有一定的優(yōu)先級(jí)，從高到低依次為(2， 2， 2)、 (2， 2， 1)、 (2， 1， 2)、 (2， 1， 1)、 (1， 2， 2)、 (1， 2, 1)、 (1， 1， 2)、(1， 1， 1)、 (2， 2， 0)、 (2, 1， 0)、 (2， 0， 2)、 (2， 0， 1)、 (1， 2， 0)、 (1， 1， 0)、 (1， 0， 2)、 (1， 0， 1)、 (2， 0， 0)、 (1, 0， 0)，應(yīng)按從高到低的級(jí)別 進(jìn)行挑選；c. 若優(yōu)先級(jí)相同，則選擇/D最小的節(jié)點(diǎn)作為簇頭， 32)從簇頭周圍選取滿足如下兩個(gè)條件的節(jié)點(diǎn)作為該簇頭所在簇的成員d. 節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的身份為Register,e. 與簇頭可以一跳直達(dá)，33)采用與挑選簇頭相同的方法,從該簇的成員中選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為備份簇頭，33) 已經(jīng)被處理過的Register身份節(jié)點(diǎn)不再參與簇頭的選舉。重復(fù)以上過程， 直到找不到滿足條件的簇頭節(jié)點(diǎn)為止，34) 身份為Guest的節(jié)點(diǎn)，選擇最近的簇成員節(jié)點(diǎn)作為接入點(diǎn)，通過兩跳加入 相應(yīng)的簇，至此所有的節(jié)點(diǎn)都加入了分簇，"簇的形成"過程結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于狀態(tài)機(jī)制的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方法，其特 征在于"簇的管理"具體描述為41) 若兩簇頭的距離只有一跳，依據(jù)簇頭狀態(tài)，對(duì)兩簇頭進(jìn)行如下管理狀態(tài)優(yōu)先級(jí)較低的簇頭，以簇成員的角色加入另一個(gè)簇；若級(jí)別相同，則ID 較大的節(jié)點(diǎn)放棄自己的簇頭角色，該簇頭所在簇的成員節(jié)點(diǎn)就近加入其它的簇；42) 節(jié)點(diǎn)離開當(dāng)前的簇頭負(fù)責(zé)區(qū)域，依據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，對(duì)該簇進(jìn)行如下管理a. 若節(jié)點(diǎn)為簇頭，則備份簇頭主動(dòng)承擔(dān)起簇頭的角色，并且從新簇的成員 中選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為備份簇頭；b. 若節(jié)點(diǎn)為備份簇頭，則相應(yīng)簇頭從簇中再選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為備份簇頭；c. 若節(jié)點(diǎn)為簇成員，則相應(yīng)簇頭和以該成員為接入點(diǎn)的Guest需更新信息； cl.若節(jié)點(diǎn)為Guest身份，則相應(yīng)接入點(diǎn)需更新信息；43) 節(jié)點(diǎn)進(jìn)入新的簇頭負(fù)責(zé)區(qū)域，依據(jù)節(jié)點(diǎn)身份，對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行如下管理e. 若節(jié)點(diǎn)身份為Register,以簇成員角色加入該簇，該節(jié)點(diǎn)狀態(tài)若優(yōu)于當(dāng) 前備份簇頭，調(diào)整該節(jié)點(diǎn)為備份簇頭；f. 若節(jié)點(diǎn)身份為Guest，選擇最近的簇成員作為接入點(diǎn)；44) 節(jié)點(diǎn)身份的轉(zhuǎn)換，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行如下管理-g. 若節(jié)點(diǎn)身份由Guest轉(zhuǎn)換為Register, —方面，原接入點(diǎn)需更新信息； 另一方面，選擇最近的簇以簇成員的角色加入；h. 若節(jié)點(diǎn)身份由Register轉(zhuǎn)換為Guest， 一方面，依據(jù)節(jié)點(diǎn)的原狀態(tài)，對(duì) 所在的簇進(jìn)行維護(hù)，方法同42)中a、 b、 c;另一方面，選擇最近的簇成員作為 接入點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于狀態(tài)機(jī)制的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方法，屬于通信技術(shù)中的無線通信領(lǐng)域。該方法對(duì)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、簇的大小和節(jié)點(diǎn)的能量三個(gè)因素分別加以等級(jí)化，并進(jìn)行組合，提出節(jié)點(diǎn)狀態(tài)機(jī)制。根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，規(guī)定兩種節(jié)點(diǎn)身份Register和Guest，從Register身份的節(jié)點(diǎn)中選擇簇頭、備份簇頭以及簇成員；而Guest身份的節(jié)點(diǎn)，則選擇最近的簇成員作為接入點(diǎn)，通過兩跳加入相應(yīng)的簇。本發(fā)明在簇的平均生存時(shí)間和簇的平衡度上都優(yōu)于傳統(tǒng)的方法，改善了網(wǎng)絡(luò)的性能。
文檔編號(hào)H04L29/06GK101360033SQ20081015611
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者銘 倪, 宋鐵成, 朱立鋒, 沈連豐, 牟中平, 波 許, 趙秋哲 申請(qǐng)人:熊貓電子集團(tuán)有限公司;東南大學(xué);南京東大移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)有限公司;南京聯(lián)慧通信技術(shù)有限公司