專利名稱：基于統(tǒng)計移動尺度的移動感知分簇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及到移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分簇組網(wǎng)，可應(yīng)用在大型移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中建立類似地面蜂窩網(wǎng)的分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的路由查找、擁塞控制、拓撲維護以及便于網(wǎng)絡(luò)擴展。
背景技術(shù)：
移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種多跳，無中心且沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施支持的移動網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點均由移動主機構(gòu)成。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)通信無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。結(jié)點通過自發(fā)的鄰居發(fā)現(xiàn)，路由查找算法快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)諸多特性，它在軍事戰(zhàn)場、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及緊急臨時場合如災(zāi)難救援等有廣泛的應(yīng)用前景。與地面蜂窩網(wǎng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比，移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有部署方便且迅速，高性 價比，覆蓋范圍廣，傳輸延遲低，抗毀性和易擴展性等特點。同時Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也面臨諸多挑戰(zhàn)，其中大規(guī)模問題是移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)走向?qū)嶋H應(yīng)用中不得不解決的至關(guān)重要的難題。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)包含大量移動通信節(jié)點時，拓撲維護、路由開銷和擁塞控制等將消耗大量的有限網(wǎng)絡(luò)資源，如能量和無線帶寬等。分簇已經(jīng)被證明是一種有效的解決上述大規(guī)模問題的方法。通過分簇將一個大型的網(wǎng)絡(luò)劃分為一個個互相連接的小型網(wǎng)絡(luò)從而形成一個多級的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因為移動性是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的固有特性，節(jié)點的移動會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲的頻繁改變從而限制網(wǎng)絡(luò)容量和帶寬，不僅如此，節(jié)點移動還會破壞原先的簇結(jié)構(gòu)，引發(fā)頻繁的分簇行為從而占用有限的網(wǎng)絡(luò)資源。因此如何在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不斷移動的情況下建立一個穩(wěn)定的分簇結(jié)構(gòu)是移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)分簇算法的一個關(guān)鍵難題。目前AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的移動感知分簇算法主要是基于移動尺度的方法。通過定義合適的移動尺度來衡量節(jié)點的移動性，以此來進行簇頭節(jié)點的選舉及簇的劃分。因此移動尺度的準確性直接影響到后續(xù)分簇結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。目前有多種移動尺度被提出來。早期，波士頓大學(xué)的Prithwish等人提出了一種累積移動尺度。每個節(jié)點發(fā)送兩個連續(xù)的數(shù)據(jù)包給它所有鄰居節(jié)點，這樣每個節(jié)點就能通過前后接收到的數(shù)據(jù)包的強度差異來判斷它與其鄰居節(jié)點是相互靠近還是相互遠離。累積移動尺度定義為節(jié)點接收到的來自所有鄰居節(jié)點的前后數(shù)據(jù)包強度的比值之和。分簇算法選舉累積移動尺度大的節(jié)點作為簇頭來進行簇的劃分。隨后，新加坡南洋理工大學(xué)ZhangYan等人提出一種空間依賴尺度。它定義為兩個節(jié)點相對速度大小和方向的夾角余弦的乘積并以此作為簇頭選舉的依據(jù)。東南大學(xué)DengS. Z.等人在2011年提出一種基于移動的分簇協(xié)議，在該協(xié)議中，移動尺度被定義為節(jié)點間初始距離及預(yù)估的連接時間的歸一化線性加權(quán)之和。上述移動尺度均是基于啟發(fā)式定義而非理論推導(dǎo)出來的，因此不可避免的存在一些缺陷。例如，它們在定義中只考慮到某些要素如速率、方向或信號接收功率，而沒有綜合考慮影響節(jié)點運動的多種因素，所以不能準確反應(yīng)節(jié)點之間的運動關(guān)系，此外它們都是通過節(jié)點的當(dāng)前移動狀態(tài)計算的，從而不能準確預(yù)測節(jié)點將來的運動狀態(tài)，直接影響到簇結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且不能滿足簇結(jié)構(gòu)隨節(jié)點速度和通信半徑變化自適應(yīng)調(diào)整的需要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動感知分簇算法的不足，提出一種基于統(tǒng)計移動尺度的移動感知分簇方法，能夠使分簇算法最終所形成的簇結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更能適應(yīng)節(jié)點速度和通信半徑的變化。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下步驟A.根據(jù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，選取一個能準確模擬Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點運動的移動模型，即平滑的隨機游走模型；B.根據(jù)選取的平滑隨機游走模型，得出移動節(jié)點的運動速率Vi (t)和方向PW的分布函數(shù)柳={ #； !!
m(t、= \<PiO iV2(0 = 0
只N1(J)幸Q’其中，Vitl和約。分別為移動節(jié)點i初始速率和方向'N'為當(dāng)移動節(jié)點的運動速率改變時所選取的新的速率變量，服從Vmin到Vmax均勻分布，即V U[vmin，VmaJ #為當(dāng)移動節(jié)點的運動方向改變時所選取的新的方向變量，服從O到2 Ji的均勻分布，即# U
,方向的正弦函數(shù)的期望￡Isin(^(i))]及余弦函數(shù)的期望flcosfeO))]；^(0]= ·—
￡[cos(p# ( ))]= cos(< #0) · e—v
￡fsinO,· (0)] = Sinfe0) · e_ht ,其中，Sin(^0)和COS(^10)分別為移動節(jié)點i的初始方向(Pm的正弦和余弦函數(shù)；E [Vi (t)]為節(jié)點速率隨時間的期望值，琢0蝴.(/))]和￡[Sin@(0)扮別為節(jié)點運動方向的正余弦隨時間的期望值；D.根據(jù)所得到的三個期望疋|^(1:)]、￡1^11(約(0)]、￡Icos(只(0)]，構(gòu)造出任意兩移動節(jié)點間距離的期望值H(u(t)的表達式Η(( Λ(i)=^[ b (I) - Hhi (I)]2 + [ λ· (r) - myj (/)]2 ,其中，Ha.j) (t)為任意兩移動節(jié)點i，j的距離的期望值，Xi(t)和yi(t)為移動節(jié)點i的水平和垂直坐標(biāo)，賬,(O和A(0為對應(yīng)的水平和垂直坐標(biāo)的期望值；E.根據(jù)得到的任意兩個移動節(jié)點間距離的期望值H(i, j0 (t)，計算每個移動節(jié)點i的統(tǒng)計移動尺度SMM (i，t)SMM(U) = D-H" ,,(/),其中，R為每個節(jié)點的通信半徑，η為移動節(jié)點i的一跳鄰居節(jié)點數(shù)目；F.根據(jù)移動節(jié)點的統(tǒng)計移動尺度SMM(i，t)，所有移動節(jié)點每隔時間T，0. 5秒，廣播一個Hello數(shù)據(jù)包，Hello數(shù)據(jù)包包含了移動節(jié)點的節(jié)點標(biāo)識ID和統(tǒng)計移動尺度值的信息；G.根據(jù)接收到的來自一跳鄰居節(jié)點的Hello包信息，移動節(jié)點i將自己的統(tǒng)計移動尺度值SMM (i，t)與其所有一跳鄰居節(jié)點的統(tǒng)計移動尺度值作比較，若移動節(jié)點i的統(tǒng)計移動尺度值最大，則將節(jié)點i選作簇頭，并將i的一跳鄰居節(jié)點分配為移動節(jié)點i的簇成員，反之，則跳過移動節(jié)點i ;如果該節(jié)點沒有鄰居節(jié)點，那么它將改變自身的狀態(tài)成為簇頭節(jié)點；H.對已被選為簇頭或分配為簇成員的其它移動節(jié)點執(zhí)行步驟F中同樣的判斷過程，最終完成簇頭節(jié)點的選舉和簇的劃分。上述步驟D中根據(jù)所得到的三個期望E [Vi (t)]、可sin(^.(0)]、可cosO#))],構(gòu)成出任意兩移動節(jié)點間距離的期望值H(ij(t)的表達式，按如下步驟進行Dl)考慮一個非常短的時間At，設(shè)為1(Γ6秒，在At內(nèi)將節(jié)點速率和方向看作是·不變的，得出Vml-At+ S0 = Sii n(Af){ I )V^-At + S^ n(t) = + At)(2)其中,Irf表示任意兩個節(jié)點i與節(jié)點j之間的相對速度向量表示任意兩個節(jié)點i，j之間的相對距離向量(表示任意兩個節(jié)點i與節(jié)點j之間的初始距離向量；D2)根據(jù)式(I)和(2)，對式(2)兩邊取期望，得出任意兩節(jié)點間距離的向量隨時間
期望可4#)]為
成艱Λ+旯
={￡ ￡ |Η (Δ/)| · COS φ (M)]dAt，
￡[Κ' (Δ/)Ι ·sin Ψ (Δ/)Μν}(3)
-C 圳⑷丨·cos (pj (Δ )]4，
￡[|^ (Δθ| · Sin φ} (Ai)Jrfi,} + Stt其中, ,( )和供,(八0分別為移動節(jié)點i的速率和方向的分布函數(shù);sin畀(Δ/)和Cos^(AZ)分別為ρ(Δ )的正弦和余弦函數(shù)狀( )|為速度向量5(Δ/)的標(biāo)量值表示任意兩個節(jié)點i, j之間的相對速度向量的期望值表示任意兩個節(jié)點i與節(jié)點j之間的相對距離向量的期望值；D3)根據(jù)物理學(xué)中物體的運動距離與運動速度和時間的關(guān)系，得出節(jié)點i的水平坐標(biāo)期望浙,(/)和垂直坐標(biāo)期望》%,(/)
nh, (O = J"。' E[vt (r)] ■ ￡[cos(釣(r))]rfr + xm、4 )
my,(t) = Jo'E[vt(r)] ·E[sin(tpf(t))]c/t + ym( 5 )其中，xi0和yi(l分別表示移動節(jié)點i的初始水平和垂直坐標(biāo)；Xi⑴和(t)表示節(jié)點i的水平和垂直坐標(biāo)；D4)將式(3)展開，并將式(4)和(5)代入，得出任意兩個節(jié)點i，j之間的相對距
離向量的期望值￡'[1,(0]:
^4,,)(0]=1* +*
=(J:確艿(Δ )卜 cos φ, (Δ )]心,，￡ ￡[|ν,. (Δ/)| · sin φ (AOJ^i}
+ (xm, ν,ο)-E[\vj(Δ )| ■ cosφ](Δ )ΜΔ,,,(6)
: ￡[|巧(Δ/)| ■ Sin cPj (Δ )]<4 I - (Xj0 , .>;/0 )
=(m.' (O, Hiyz (/)) - (Imj (O, (/))D5)對式(6)兩邊的距離向量取標(biāo)量，得出任意兩節(jié)點間距離的期望值Η(Μ)α)的表達式H(iJ) (O = |(m,, (O, my, (O) — Qrhj (O, m-, (0)| ( 7 )=Sjinh (t) - Otti (/)]2 + fBZri (/) - Itlyj (r)]:上述步驟G所述的若移動節(jié)點i的統(tǒng)計移動尺度值最大，則將節(jié)點i選作簇頭，并將i的一跳鄰居節(jié)點分配為移動節(jié)點i的簇成員，按如下步驟進行Gl)移動節(jié)點i向其一跳鄰居節(jié)點廣播一個JoinRequest消息包的簇邀請，JoinRequest消息包包含節(jié)點i的ID標(biāo)識Node-IDi ；G2)處于未分配狀態(tài)的移動節(jié)點j收到來自其一跳鄰居節(jié)點i的JoinRequest簇邀請消息后，向移動節(jié)點i發(fā)送一個Accept應(yīng)答消息包，并將其所屬簇標(biāo)識( 設(shè)置為節(jié)點i的ID標(biāo)識Node-IDi,以表明自身屬于移動節(jié)點i所代表的簇，所述的Accept應(yīng)答消息包，包含移動節(jié)點j的ID標(biāo)識Node-IDj。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下優(yōu)點a)本發(fā)明由于利用了對移動節(jié)點網(wǎng)絡(luò)環(huán)境準確模擬的移動模型，因此最大程度利用了關(guān)于移動節(jié)點運動的先驗知識，使得它更能適應(yīng)移動節(jié)點速度或通信半徑的變化。b)本發(fā)明由于使用的統(tǒng)計移動尺度是通過任意兩個移動節(jié)點間相對距離的期望計算出來的，因此它描述了統(tǒng)計意義上對移動節(jié)點間未來關(guān)系的預(yù)測，更精確的反應(yīng)了移動節(jié)點間的運動關(guān)系。c)本發(fā)明由于是基于統(tǒng)計移動尺度來進行簇頭選舉和簇的劃分，因此最終形成的簇結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，簇頭生存時間更長。
圖I是本發(fā)明基于統(tǒng)計移動尺度的移動感知分簇方法框圖；圖2是本發(fā)明與其它三種分簇方法在節(jié)點平均駐留時間下的性能對比圖；圖3本發(fā)明與其它三種分簇方法在簇離開率下的性能對比圖；圖4是本發(fā)明與其它三種分簇方法在平均簇頭生存時間下的性能對比圖。
具體實施例方式本發(fā)明的核心思想是基于對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點移動模型的分析從理論上推導(dǎo)出一個統(tǒng)計移動尺度來評估移動節(jié)點的運動，基于該統(tǒng)計移動尺度來完成簇頭選舉和簇的劃分，最終形成一個更穩(wěn)定的簇結(jié)構(gòu)。首先選取一個能準確模擬Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點運動的移動模型，即平滑的隨機游走模型，然后根據(jù)該移動模型構(gòu)造出任意兩個節(jié)點的距離隨時間的期望，根據(jù)得到的期望構(gòu)造出每個節(jié)點的統(tǒng)計移動尺度，最后基于該移動尺度完成簇頭選舉和簇的劃分，生成穩(wěn)定的簇結(jié)構(gòu)。 參照圖1，為本發(fā)明的實現(xiàn)是確定Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，選取節(jié)點移動模型，構(gòu)造出任意兩個節(jié)點間距離期望值的表達式；根據(jù)得到的期望表達式構(gòu)造出每個節(jié)點的統(tǒng)計移動尺度；最后基于該移動尺度完成簇頭選舉和簇的劃分。具體步驟如下一 .選取移動模型根據(jù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點實際運行環(huán)境選取相應(yīng)移動模型來模擬節(jié)點運動?，F(xiàn)有多種移動模型被用來模擬Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的運動，如隨機游走模型、隨機路徑點模型、組移動模型和平滑的隨機游走模型。平滑的隨機游走模型是隨機游走模型的改進模型，由于平滑的隨機游走模型對節(jié)點運動的模擬更真實且產(chǎn)生的節(jié)點空間分布更均勻，仿真結(jié)果穩(wěn)定性更高，所以選用平滑的隨機游走模型來模擬Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的運動。二.構(gòu)造出任意兩個節(jié)點間距離期望值的表達式根據(jù)選取的平滑隨機游走模型，首先得出移動節(jié)點的運動速率Vi⑴和方向MO的分布函數(shù)；然后根據(jù)所得到的分布函數(shù)，得出節(jié)點運動速率的期望E[Vi(t)]，方向正弦函數(shù)的期望￡[如決(0)]以及余弦函數(shù)的期望￡[COSfe(0)];最后根據(jù)所得到的三個期望E[Vi(t)]、￡Isin(io,( ))]、￡[cos(p,(/))]，構(gòu)造出任意兩移動節(jié)點間距離的期望值H(i,」)(t)的表達式,具體步驟如下I.獲得移動節(jié)點速率及方向分布函數(shù)根據(jù)平滑隨機游走模型，節(jié)點的運動速率和方向的改變遵從兩個獨立的泊松過程(N1Uhtxn參數(shù)為X1和{N2(t)，t>0}參數(shù)為λ2。在平滑隨機游走模型下節(jié)點速率及方向分布函數(shù)可表示為
rnrml ,. = ν<ο= (f \ = Wm N2(f) = Q( g \MO-jv,順)矣0和_ —^ JV2(Z)^O其中，Vi(^p%分別為移動節(jié)點i初始速率和方向-y為當(dāng)移動節(jié)點的運動速率改變時所選取的新的速率變量，服從Vmin到Vmax均勻分布，即V U[vmin，VmaJ #為當(dāng)移動節(jié)點的運動方向改變時所選取的新的方向變量，服從O到2 Ji的均勻分布，即< 11
可表示為^[ViCO] = v 0 ·PiNl(I) = ^+ v^=-P(Niif) ^0)(9)=Vi0
二移動節(jié)點的方向的余弦期望可《 免(/))]可表示為 ￡[cos(^ ( ))]= cos(約。)· PiN1 (0 = 0)
+ f cos ) ·— φ' ■ p(N2 (t) ψ O)CIO)
Jo2π—
= COS(^0)移動節(jié)點的方向的正弦期望￡lsin(>;(0)]可表示為
￡[sin(巧(f))] = sin(^l0) ·e_A-'r( Il J3.構(gòu)造出任意兩節(jié)點間距離的期望考慮一個非常短的時間At，設(shè)為10_6秒，在At內(nèi)節(jié)點速度和方向可以看作是不變的，因此有VrerAt+ S0 =^in(At)U2)vrd.A/ + l(iJ)C0 = l(M)(r + A0⑴)其中，表示任意兩個節(jié)點i與節(jié)點j之間的相對速度向量表示任意兩個節(jié)點i，j之間的相對距離向量；瓦表示任意兩個節(jié)點i與節(jié)點j之間的初始距離向量；根據(jù)式(12)和(13)，任意兩節(jié)點間距離的向量隨時間期望可以表示為
EIS1U) ( )] = Jo E^re, Vm + A
=￡, (Δθ| · cos φ (M)Vm，
]·:￡_(Δ/)卜(14)
— ^^ν,- ΔοΙ -cos^CAi)]^,,
￡ ￡[|ν,·(Δ/)| · sin φ) (M)Idij } + S0其中， #(均和與(均分別為移動節(jié)點i的速率和方向的分布函數(shù)；Sin^(Ai)和cosg.(Δ )分別為如Δ0的正弦和余弦函數(shù)狀(_|為速度向量 ,(Δ )的標(biāo)量值；￡[七]表示任意兩個節(jié)點
i,j之間的相對速度向量的期望值；￡[!αΛ(0]表示任意兩個節(jié)點i與節(jié)點j之間的相對距離向量的期望值；
根據(jù)運動距離與運動速度和時間的關(guān)系，得出節(jié)點i的水平坐標(biāo)期望皿,(O和垂直坐標(biāo)期望(O ；
nix. (/) = Jo E[vt (r)] ■ ￡[cos(約(r))]f/ τ + .tj(I(15)
my, (0 = Jo E[Vj ( r)] ·(τ))] τ + ymL16J其中，xi0和yi(l分別表示移動節(jié)點i的初始水平和垂直坐標(biāo)A⑴和Ji (t)表示節(jié)點i的水平和垂直坐標(biāo)；E[Vi ( τ )]為移動節(jié)點的節(jié)點速率隨時間的期望值，￡[ 執(zhí)(0)]和￡[Smfe(γ))]分別為節(jié)點運動方向的正余弦隨時間的期望值；將式(14)展開，并將式(15)和(16)代入，得出任意兩個節(jié)點i，j之間的相對距離·
向量的期望值;1(0]
Ε Κ-η W] = \[取/ +S0
={￡ (Δ/)| ■ COS φ, (At)Wil, ￡ Epi (Δ/)| · sin φ, (AOWai I
+ (Λ· 0, .ν#ο) - Epj (Δθ| ■ COS φ} (Δ )]<4，(17)
■ :噸(Δ/)| . S φ) } — (XJ0，VyO )
=(/ ' ( ), Itiyl (O) - (Ifhj (t), my] (/))對式(17)兩邊的距離向量取標(biāo)量，得出任意兩節(jié)點間距離的期望值Η(Μ)α)的表達式Hlf il(t) = j(mx ( ),Otv ( )) -(mXj ( ), Ot1j (f))| (18)=」[m' (t) -+ [m,, (/) - m、(i)]2其中,I,(0和％(0為節(jié)點速率和方向正余弦的表達式，可以通過式(15)和(16)求出來。三.構(gòu)造節(jié)點統(tǒng)計移動尺度在分簇開始階段，根據(jù)得到的任意兩節(jié)點間距離期望值的表達式，按如下步驟計算每個節(jié)點的統(tǒng)計移動尺度Stepl :每個移動節(jié)點i與它們的一跳鄰居節(jié)點交換各自初始狀態(tài)信息，包括速率vi(l,方向約。和位置(xi0, yi0)；St印2:移動節(jié)點i計算自身以及它的一跳鄰居節(jié)點j的橫縱坐標(biāo)期望值/Jfe1(Z)，mXj(t) , IHvj(T)，然后根據(jù)式(18)計算自身與其一跳鄰居節(jié)點j的相對距離期望值 Η("α)；St印3 :令H' (Μ) (t)=R-H(i,j) (t)，假設(shè)移動節(jié)點i的一跳鄰居節(jié)點數(shù)目為n，通過對移動節(jié)點i與其所有一跳鄰居節(jié)點的H' (M) (t)值求和得到移動節(jié)點i的統(tǒng)計移動尺度值SMM(i，t)，=，其中，R為每個節(jié)點的通信半徑。從Step3可知，移動節(jié)點i的統(tǒng)計移動尺度值越大，表明移動節(jié)點i的一跳鄰居集越大且移動節(jié)點i與它的一跳鄰居節(jié)點的相對距離越小。而一個大的鄰居集與一個小的相對距離意味著移動節(jié)點i與它的一跳鄰居節(jié)點運動聯(lián)系更緊密。因此，擁有最大統(tǒng)計移動尺度值的節(jié)點可以被選作簇頭。四·選舉簇頭并分配簇成員基于統(tǒng)計移動尺度，采用分布式方式來進行簇頭選舉和簇的劃分，它的目的在于選取高穩(wěn)定的節(jié)點作為簇頭從而形成一個穩(wěn)定的簇結(jié)構(gòu)。具體步驟如下Stepl :每個移動節(jié)點i初始時都處于未分配狀態(tài)，它們每隔時間T，0. 5秒，廣播一個IntiHello數(shù)據(jù)包，IntiHello數(shù)據(jù)包包含了節(jié)點的ID標(biāo)識Node-IDi,初始位置坐標(biāo)(xi0, yi0)和橫縱坐標(biāo)期望值U、及mt(t、；
Step2 :根據(jù)接收到的來自一跳鄰居節(jié)點的IntiHello包信息，每個處于未分配狀態(tài)的節(jié)點計算它們的統(tǒng)計移動尺度值SMM(i，t)，如果未分配狀態(tài)的節(jié)點沒有鄰居節(jié)點，則將該節(jié)點選為簇頭節(jié)點；Step3 :所有移動節(jié)點每隔時間T，0. 5秒，都向自身的鄰居節(jié)點廣播一個Hello數(shù)據(jù)包，Hello數(shù)據(jù)包包含了移動節(jié)點的節(jié)點標(biāo)識ID和統(tǒng)計移動尺度值的信息；Step4 :根據(jù)接收到的來自一跳鄰居節(jié)點的Hello包信息，節(jié)點i將自身的統(tǒng)計移動尺度值SMM(i，t)與其所有處于未分配狀態(tài)的一跳鄰居節(jié)點相比較，如果存在一個一跳鄰居節(jié)點j滿足SMM(i，t) < SMM(j, t),則移動節(jié)點i任保持初始狀態(tài)。反之，如果移動節(jié)點i具有最大的統(tǒng)計移動尺度值，則它被選為簇頭節(jié)點，同時向其鄰居節(jié)點廣播一個JoinRequest消息包的簇邀請，JoinRequest消息包包含節(jié)點i的ID標(biāo)識Node-IDi ；Step5 :如果處于未分配狀態(tài)的節(jié)點j收到來自其鄰居節(jié)點i的JoinRequest消息，則它將改變自身狀態(tài)成為簇成員節(jié)點，同時向鄰居節(jié)點i發(fā)送一個Accept應(yīng)答消息包，并將其所屬簇標(biāo)識CHj設(shè)置為節(jié)點i的ID標(biāo)識Node-IDi,以表面自身屬于鄰居節(jié)點i所代表的簇，所述的Accept應(yīng)答消息包，包含移動節(jié)點j的ID標(biāo)識Node-IDj。Step6 :對已被選為簇頭或分配為簇成員的其它移動節(jié)點重復(fù)執(zhí)行St印4和Step5，直到所有移動節(jié)點都被選作簇頭或被分配為簇成員，最終完成簇的劃分。本發(fā)明的效果通過以下仿真進一步說明I.仿真實驗條件本實驗考慮一個包含50個移動節(jié)點的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，移動節(jié)點初始位置隨機分布在IOOOm乘IOOOm的平面內(nèi)，移動節(jié)點的運動范圍設(shè)置為3000m乘3000m的平面，移動節(jié)點的移動模型采用平滑的隨機游走模型，仿真參數(shù)配置如表I所示。表I:仿真參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種基于統(tǒng)計移動尺度的移動感知分簇方法，包括如下步驟 A.根據(jù)AdHoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，選取一個能準確模擬Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點運動的移動模型，即平滑的隨機游走模型； B.根據(jù)選取的平滑隨機游走模型，得出移動節(jié)點的運動速率Vi(t)和方向9u)的分布函數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述步驟D中根據(jù)所得到的三個期望E[Vi(t)]、
3.按照權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟G所述的若移動節(jié)點i的統(tǒng)計移動尺度值最大，則將節(jié)點i選作簇頭，并將i的一跳鄰居節(jié)點分配為移動節(jié)點i的簇成員，按如下步驟進行 Gl)移動節(jié)點i向其一跳鄰居節(jié)點廣播一個JoinRequest消息包的簇邀請，JoinRequest消息包包含節(jié)點i的ID標(biāo)識Node-IDi ； G2)處于未分配狀態(tài)的移動節(jié)點j收到來自其一跳鄰居節(jié)點i的JoinRequest簇邀請消息后，向移動節(jié)點i發(fā)送一個Accept應(yīng)答消息包，并將其所屬簇標(biāo)識(^_設(shè)置為節(jié)點i的ID標(biāo)識Node-IDi,以表明自身屬于移動節(jié)點i所代表的簇，所述的Accept應(yīng)答消息包，包含移動節(jié)點j的ID標(biāo)識Node-IDj。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于統(tǒng)計移動尺度的移動感知分簇方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)無法對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行穩(wěn)定地分簇組網(wǎng)的問題。其實現(xiàn)步驟為(1)確定Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，選取平滑的隨機游走模型；(2)根據(jù)選取的模型構(gòu)造出任意兩個節(jié)點間距離期望值的表達式；(3)根據(jù)期望表達式構(gòu)造出每個節(jié)點的統(tǒng)計移動尺度；(4)基于得到的統(tǒng)計移動尺度采用分布式方式選取高穩(wěn)定的節(jié)點作為簇頭并進行簇成員的分配，最終形成穩(wěn)定的簇結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能適應(yīng)移動節(jié)點運動速度和通信半徑變化，且所形成的簇結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，可用于在大型移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中建立類似地面蜂窩網(wǎng)的分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的路由查找、拓撲維護以及便于網(wǎng)絡(luò)擴展。
文檔編號H04W84/18GK102917385SQ201210418878
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者高新波, 彭建華, 李潔, 宗汝, 張建龍, 馮曉峰, 王旭宇, 呂宗庭, 王旭洋 申請人:西安電子科技大學(xué)