一種具有拓撲感知的移動對等網(wǎng)絡(luò)聚集域劃分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及移動對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種具有拓撲感知的移動對等網(wǎng)絡(luò) 聚集域劃分方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動網(wǎng)絡(luò)和智能便攜終端的快速發(fā)展和普及，W及對等技術(shù)在Internet上獲 得的巨大成功，使得研究人員將目光轉(zhuǎn)向具有分布式更強、參與性更廣、更具有對等自治特 征的移動計算領(lǐng)域，提出了移動對等網(wǎng)絡(luò)運一全新的研究領(lǐng)域。移動對等網(wǎng)絡(luò)（Mobile Peer-to-Peer，MP2P)又稱移動P2P網(wǎng)絡(luò)，是一種動態(tài)的、分布式和自組織的疊加在網(wǎng)絡(luò)層之 上的會話層覆蓋網(wǎng)絡(luò)，能夠利用多種帶寬和服務(wù)質(zhì)量的底層接入技術(shù)，移動設(shè)備W點對點 的方式交互、共享的協(xié)作處理模式。與傳統(tǒng)對等網(wǎng)絡(luò)相比，移動對等網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)動態(tài)性 高、節(jié)點資源受限、無線通信環(huán)境惡劣等特點，對移動對等網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用都提出了更高 的挑戰(zhàn)。作為一種新興的移動數(shù)據(jù)通信方式，移動對等網(wǎng)絡(luò)W其具有的無中屯、、自組織等特 性，為人們提供了一種在無基礎(chǔ)設(shè)施支持的無線環(huán)境下進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕鉀Q方案，在軍事 戰(zhàn)場、搶險救災(zāi)W及用戶信息共享等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和重要的實用價值。
[0003] 在移動對等網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點移動性使得移動對等網(wǎng)絡(luò)的覆蓋層拓撲變化頻繁， 會出現(xiàn)覆蓋網(wǎng)中的"邏輯"鄰居在物理網(wǎng)絡(luò)中可能相距甚遠，即網(wǎng)絡(luò)拓撲不匹配問題，導(dǎo)致 拓撲維護開銷增大，數(shù)據(jù)傳輸延遲增大，消耗大量寶貴的帶寬，使整個網(wǎng)絡(luò)工作效率降低。 具有拓撲感知的聚集域劃分是解決拓撲不匹配問題的有效方法，即根據(jù)移動節(jié)點在物理網(wǎng) 絡(luò)中的鄰近關(guān)系將節(jié)點進行聚類，使得物理位置鄰近的移動節(jié)點在覆蓋網(wǎng)中也具有鄰近特 性，從而達到提高移動對等網(wǎng)絡(luò)工作效率及服務(wù)質(zhì)量的目的。
[0004] 已有的聚類方法主要存在W下=個方面問題：
[0005] (1)聚類域個數(shù)k 一般很難預(yù)先知道，因此如何確定聚類個數(shù)是一個難點；
[0006] (2)已有的聚類方法對初始聚類中屯、非常敏感，如果初始聚類中屯、選取不當(dāng)可能 會導(dǎo)致結(jié)果收斂到局部最優(yōu)解；
[0007] (3)已有的聚類方法迭代次數(shù)過多導(dǎo)致運算量非常大，收斂速度較慢，并不適用于 節(jié)點能力受限的移動對等網(wǎng)絡(luò)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明公開了一種具有拓撲感知的移動對等網(wǎng)絡(luò) 聚集域劃分方法，將物理位置鄰近的節(jié)點劃分到一個虛擬聚集域中，使得構(gòu)建的移動對等 覆蓋網(wǎng)能夠最大程度地保持與物理網(wǎng)絡(luò)的匹配關(guān)系，從而有效解決移動對等網(wǎng)絡(luò)拓撲不匹 配導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)性能下降，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率，降低網(wǎng)絡(luò)維護開銷。
[0009] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：
[0010] -種具有拓撲感知的移動對等網(wǎng)絡(luò)聚集域劃分方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0011] 步驟Sioo，確定聚集域的初始聚集域中屯、節(jié)點，進一步包括W下步驟：
[0012]步驟SI 10,確定節(jié)點密度參數(shù)的半徑MeanDist(V):
[0014]其中，n為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點總數(shù)，（xi，yi)表示網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點Vi的坐標(biāo)，表示網(wǎng) 絡(luò)中第j個節(jié)點V北勺坐標(biāo)；
[001引步驟S120,對網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點Vi, W其自身為中屯、，WMeannDiSt (V)為半徑，計 算該區(qū)域的節(jié)點密度參數(shù)density(vi):
[0017]其中，Vi為網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點，Vj為節(jié)點Vi密度參數(shù)半徑內(nèi)的第j個節(jié)點， "(V)=,! 一。； ' 、0 otherwise
[001引步驟S130,選取density(Vi)最大的前k個節(jié)點作為初始聚集域中屯、節(jié)點；
[0019] 步驟S200,建立移動對等網(wǎng)聚集域劃分評價指標(biāo)，進一步包括W下步驟：
[0020] 步驟S210,建立移動對等網(wǎng)聚集域劃分有效性函數(shù)，計算公式為：
[002^ 其中，k為聚集域個數(shù)，nj為第j個聚集域中節(jié)點個數(shù)；表示j個聚集域中的節(jié)點 Vi，Si為第i個聚集域的聚集域中屯、節(jié)點，Sj為第j個聚集域的聚集域中屯、節(jié)點，I I ? M表示 兩個節(jié)點之間的歐式距離，計算公式為：
[002；3] IHI = (義
[0024] 其中，（xi，yi)表示第一個節(jié)點的坐標(biāo)，表示第二個節(jié)點的坐標(biāo)；
[0025] rain|s,-表示任意兩個聚集域的聚集域中屯、節(jié)點間距離平方的最小值. I幸 1 .J
[00%]步驟S220，建立約束條件，計算公式為：
[0031] 其中，Cl代表第i個聚集域，Cl是若干個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的集合，V為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集合，0為 空集；
[0032] 步驟S300,對聚集域劃分優(yōu)化模型進行求解，具體方法為：
[0033] 對于給定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集合V，根據(jù)步驟SlOO所確定的k個初始聚集域中屯、節(jié)點，對于 不同的k值，計算步驟S210所述的S值，在滿足步驟S220所述的約束條件的前提下，當(dāng)S取極 小值時，即是最終的最優(yōu)聚集域劃分結(jié)果；
[0034]步驟S400,輸出具有拓撲感知的聚集域劃分結(jié)果山1，[2,…，CkK且滿足：
[0037] 本發(fā)明公開的一種具有拓撲匹配的移動對等網(wǎng)絡(luò)聚集域劃分方法，其特點在于， 充分考慮了節(jié)點物理位置的鄰近關(guān)系，將物理位置鄰近的節(jié)點劃分到一個聚集域內(nèi)，從而 有效解決移動對等覆蓋網(wǎng)拓撲不一致導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)性能下降的問題，能夠減少網(wǎng)絡(luò)拓撲維護 開銷，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率，提高網(wǎng)絡(luò)可擴展性，所公開的聚集域劃分算法具有設(shè)計簡 單，時間復(fù)雜度低，適用于節(jié)點計算能力和電池電量受限的移動對等網(wǎng)絡(luò)。
[0038] 下面通過附圖和具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0039] 圖1是本發(fā)明的最終聚集域劃分效果圖。
[0040] 圖2是本發(fā)明與FCM分簇方法目標(biāo)函數(shù)值與迭代次數(shù)繪制的曲線對比圖。
[0041 ]圖3是本發(fā)明與FCM方法性能對比圖。
【具體實施方式】
[0042] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附 圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明 一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有 做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0043] 本發(fā)明實施例提供了一種具有拓撲感知的移動對等網(wǎng)絡(luò)聚集域劃分方法，包括W 下步驟：
[0044] 步驟S100,確定聚集域的初始聚集域中屯、節(jié)點，進一步包括W下步驟：
[0045] 步驟S110,確定節(jié)點密度參數(shù)的半徑MeanDist(V):
[0047]其中，n為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點總數(shù)，（xi，yi)表示網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點Vi的坐標(biāo)，表示網(wǎng) 絡(luò)中第j個節(jié)點V北勺坐標(biāo)；
[004引步驟S120,對網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點Vi, W其自身為中屯、，WMeannDiSt (V)為半徑，計 算該區(qū)域的節(jié)點密度參數(shù)density(vi):
[0050]其中，Vi為網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點，Vj為節(jié)點Vi密度參數(shù)半徑內(nèi)的第j個節(jié)點， "(z) = f z>〇 ,
[0 otherwise
[0051 ] 步驟S130,選取density(vi)最大的前k個節(jié)點作為初始聚集域中屯、節(jié)點；
[0052] 對于k個聚集域，假設(shè)聚集域中屯、節(jié)點為si，S2,…，Skc
[0053] 聚集域劃分效果的優(yōu)劣可W通過有效性函數(shù)進行判斷，通過兩個指標(biāo)進行評價， 即聚類緊密度和分離度。本發(fā)明專利公開了一種新的適用于移動對等網(wǎng)絡(luò)聚集域劃分的有 效性評價函數(shù)。
[0054] 步驟S200，建立聚集域劃分優(yōu)化目標(biāo)數(shù)學(xué)模型，首先給出相關(guān)定義：
[0055] 定義1:聚集域緊密度函數(shù)comp,計算公式為：
[0057]其中，k為聚集域個數(shù)響為第j個聚集域中節(jié)點個數(shù)，表示j個聚集域中的節(jié) 點，Sj為第j個聚集域的聚類中屯、節(jié)點，I I ? M表示兩個節(jié)點之間的歐式距離，計算公式為： [005引
[0059] 其中，Xi, yi表示第一個節(jié)點的坐標(biāo)，Xj, yj表示第二個節(jié)點的坐標(biāo)；
[0060] 顯然，comp值越小，聚集域內(nèi)節(jié)點緊密度越好。
[0061] 定義2:定義聚集域分離度函數(shù)sep，計算公式為：
[0062] sep = min .v, -s 鉆j J
[0063] 其中，Si,Sj為聚集域中屯、節(jié)點，min A.-.s/表示任意兩個聚集域的聚集域中屯、節(jié) !豐J J 點間距離平方的最小值。
[0064] 分離度體現(xiàn)的是聚集域間分離程度，當(dāng)分離度較大時，意味著聚集域間的距離較 遠。
[0065] 定義3:定義聚集域劃分有效性評價函數(shù)，為各聚集域的緊密度和分離度之比，即
[0067] 顯然，當(dāng)聚集域緊密度越小(分子comp)時，說明聚集域內(nèi)節(jié)點緊密度好，聚集域劃 分效