一种Ad Hoc网络中基于助理的分簇方法

摘要

本发明为一种Ad Hoc网络中基于助理的分簇方法，涉及的领域包括Ad Hoc网络以及网络中的分簇管理。Ad Hoc网络是一种无基础设施的无线网络，分簇管理是较为有效的网络模式。簇头的合理选择对采用分簇结构的Ad Hoc网络至关重要。本文提出了一种新的分簇方法——基于助理的分簇方法，该方法通过在簇内为簇头选出一个助理节点的建簇方式，减少簇头节点的数据信息处理，节省簇头能量，降低了在已有的分簇方法中簇头节点成为网络瓶颈的可能性，有利于网络的管理，提高了网络性能。

主权项

1、一种Ad Hoc网络中基于助理的分簇方法，其特征在于：网络中节点使用全向天线，工作在半双工模式下，具有唯一的ID，定期广播“Hello”消息，每个节点通过交互信息获得邻居节点的信息，信息包括节点ID、节点权值、节点状态、节点所在簇消息，节点权值包括移动性、节点度、传输功率和剩余能量信息；簇头节点使用双功率模式，大功率满足簇间通信功率，小功率满足簇间节点间通信功率；执行步骤：第一、簇头及助理节点选取过程：1)利用最小ID分簇方法进行簇的初始化及选出簇头；2)每个节点n通过周期性地交互“Hello”探测信息，确定各自的邻居节点数，作为它的度数dn，并计算其度数与理想节点度数Dideal之差，即Dn＝|dn-Dideal|；3)每个节点n计算其到所有邻居节点的距离之和Pn；4)使用每个节点n的平均移动速度来表示移动性Mn；5)使用每个节点n作为簇头的时间Tn来表示节点n已经消耗的电池能量；6)对每个节点n计算组合权重Wn＝a×Dn+b×Pn+c×Mn+d×Tn，其中，a，b，c，d为权重因子，并且a+b+c+d＝1，Mn是衡量节点移动性的量，Dn是衡量节点度的量，Pn是衡量节点传输功率的量，Tn是衡量节点能量的量，每个节点将得到的Wn和其节点ID放置在周期性的“Hello”消息中向邻居节点广播；7)簇头发起“Weight Inquiry”消息，统计每个节点的权值，并从中选出权值最小的节点作为助理节点；8)助理节点在簇内广播一个簇消息“Assistant”，宣布自己为簇内的助理节点，并将其未加入任何簇的一跳邻居也加入到该簇；9)重复以上步骤，直到网络中的每个节点或成为簇头，或都属于某个簇的普通节点或助理节点；第二、簇维护：簇结构是一个以簇头为根的树型结构，助理节点为它的二级节点，普通节点为叶节点，当簇头及助理节点选取过程结束后，定义如下的节点状态：CH：簇头节点AN：助理节点ONoCH：簇内CH的一跳普通邻居节点ONoAN：簇内AN的一跳普通邻居节点，即CH通过AN需两跳到达节点1)ONoAN通过监视收到AN的信号强度，以此来观察它与AN的分离程度，当信号强度低于-70dBm时，则它通知AN将离开该簇，AN通知CH该节点将离开该簇，寻找其他簇加入；2)ONoCH通过监视收到CH的信号强度，以此来观察它与CH的分离程度，当信号强度低于-70dBm时，当它同时为AN的一跳邻居，则通过监视来自AN的信号强度，来决定它是离开该簇还是成为ONoAN，当AN的信号强度高于-70dBm时，通知簇头它的状态变为ONoAN，否则通知簇头将离开该簇，寻找其他簇加入；3)AN通过监视收到CH的信号强度，以此来观察它与CH的分离程度，当信号强度低于-70dBm时，AN通知ONoAN及CH将离开该簇，CH更改邻居节点表，并重新发起发起“Weight Inquiry”消息，选出新的助理节点，ONoAN收到AN的消息也宣布离开该簇，寻找新的簇加入；4)当CH检测到自己的能量低于$(E_0-P_0{\left(\frac{R}{d_0}\right)}^{-n}t)时，其中E0为节点初始能量，P0\; 是靠近参考点处的接收功率，该点与发射天线有一个较小的距离d0，R为网络半径，n是路径衰减指数，t为节点的工作时间，CH通知AN让其充当簇头，自己则转为助理节点，ONoCH变为ONoAN，而ONoAN变为ONoCH，此时该簇成员依然未变，并且仍为树型结构，当AN的能量也低于$ (E_0-P_0{\left(\frac{R}{d_0}\right)}^{-n}t)时，则簇头宣布解散该簇，簇内节点均去寻找新的簇加入；5)当一个节点既是ONoCH又是ONoAN，则它的状态默认为ONoCH；6)当网络中的节点通过移动，同时进入两个簇范围内时，它根据权值比较它的上一跳邻居节点，加入权值较小的节点所在簇，成为该簇成员。$$