面向群組移動環境的拓撲控制系統及控制方法
2023-08-06 06:05:36
專利名稱：面向群組移動環境的拓撲控制系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種面向群組移動環境的拓撲控制系統及控制方法，屬於計算機網絡 領域。
背景技術：
目前拓撲控制技術的主要適用目的分為在鏈路密集網絡中的鏈路剪枝和在鏈路 稀疏網絡中的連通性保持兩大類，其中鏈路剪枝主要使用在WSN網絡，而連通性保持主要 使用在城市車載網絡和鏈路稀疏的WSN網絡。K-neigh、CLTC等拓撲控制技術適用於鏈路 密集的Ad Hoc網絡，其主要目的在於減少網絡開銷，因為連通性已經達到了數據通信的要 求。local algorithms for topology control、Vehicular grid communications 等拓撲 控制技術的主要目的是保持連通性，其主要控制手段是增加固定的基礎設施來提高連通性 和數據傳輸率。在戰術網絡的環境中，鏈路條件比較惡劣，所以在戰術網絡中的應用的拓撲控制 技術是為了增強連通性.在當前的拓撲控制技術中，缺少專門針對群組移動環境這一特殊 環境的拓撲控制技術。在戰術網際網路中，群組移動環境是很常見的網絡環境，其主要特徵 有戰術網絡以有組織的戰術單位為基礎，由於作戰的組織和任務等原因而呈現出群組移 動的特徵；戰術通信鏈路通常距離長，其變化也大；戰術鏈路帶寬小，數據率低，網絡節點 數量大，在師範圍內可能有數百甚至數千臺，並且節點移動性大。在這樣的環境下，當前的 現有的拓撲控制技術不能夠適應節點群組移動且節點移動性大的網絡特徵。
發明內容
本發明的技術解決問題克服現有技術的不足，提供一種面向群組移動環境的拓 撲控制系統及控制方法，能夠在群組移動環境下，在不影響節點移動的前提下增強整個網 絡的連通性，適應網絡的群組移動的特徵，並利用這種特徵來解決網絡的連通性問題。本發明的技術解決方案面向群組移動環境的拓撲控制控制及控制方法通過節點 之間的消息交互，將網絡中的節點分成若干個相對穩定的群組，並計算群組的整體移動趨 勢，根據群組的移動趨勢來判斷群組間的網絡連通性，根據此判斷結果來對群組間的網絡 連通性實施增強手段。面向群組移動環境的拓撲控制系統包括群組劃分模塊、基於雲模型的逆向群組 意圖提取模塊、鏈路預測模塊和控制消息處理模塊；其中群組劃分模塊的輸入是控制消息處理模塊輸出的所有節點的位置和速度信息，輸 出是若干個群組。群組由距離上接近，通信上保持連通的一系列節點組成。輸出後的群組 信息送至逆向群組意圖提取模塊。基於雲模型的逆向群組意圖提取模塊，輸入時各個群組中節點的位置和速度信 息，輸出是整個群組的移動意圖，移動意圖的組織方式是一個三元組，分別表示群組的中 心，群組中節點的分布函數，節點分布函數的不確定度。意圖提取模塊的輸出送到鏈路預測模塊。鏈路預測模塊的輸入是兩個相鄰群組的移動意圖，輸出為這兩個群組之間的鏈路 預測結果，鏈路預測結果分為穩定、需要增強和無法增強，對於需要增強的群組，鏈路預測 結果同時給出了可以增強鏈路的節點擺放的位置信息。控制消息處理模塊負責處理所有的節點間的消息交互，可以分為消息發送子模塊 和消息接收子模塊。其中消息接收子模塊負責所有消息的接收和消息內容的提取，接收其 他節點發送的消息同時向群組劃分模塊、意圖提取模塊和鏈路預測模塊輸出節點的移動信 息；消息發送子模塊負責消息的發送，接收來自群組劃分模塊、意圖提取模塊和鏈路預測模 塊的信息，發送控制消息。所述群組劃分模塊具體的實現過程如下(1)網絡開始階段，節點周期性的向外發送Hello消息，同時接收來自鄰居的 Hello消息，並更新鄰居表。Hello消息的內容包括節點ID、組長ID、到組長的跳數、所在 組的移動意圖、後繼節點的移動意圖、節點權值、節點的移動速度和方向。(2)分組和組長選舉過程中，節點首先周期性的向周圍節點發送Hello消息，在確 認接收到所有鄰居節點的至少一個Hello消息之後，節點開始進行選舉權重的更新。權重的更新規則為
權利要求
1.面向群組移動環境的拓撲控制系統，其特徵在於包括群組劃分模塊、基於雲模型 的逆向群組意圖提取模塊、鏈路預測模塊和控制消息處理模塊；其中群組劃分模塊的輸入是控制消息處理模塊輸出的所有節點的位置和速度信息，輸出是 若干個群組；所述群組由距離上接近，通信上保持連通的一系列節點組成，輸出後的群組信 息送至逆向群組意圖提取模塊；基於雲模型的逆向群組意圖提取模塊，輸入時各個群組中節點的位置和速度信息，輸 出是整個群組的移動意圖，移動意圖的組織方式是一個三元組，分別表示群組的中心，群組 中節點的分布函數，節點分布函數的不確定度，意圖提取模塊的輸出送到鏈路預測模塊；鏈路預測模塊的輸入是兩個相鄰群組的移動意圖，輸出為這兩個群組之間的鏈路預測 結果，鏈路預測結果分為穩定、需要增強和無法增強，對於需要增強的群組，鏈路預測結果 同時給出了可以增強鏈路的節點擺放的位置信息；控制消息處理模塊負責處理所有的節點間的消息交互，可以分為消息發送子模塊和消 息接收子模塊，其中消息接收子模塊負責所有消息的接收和消息內容的提取，接收其他節 點發送的消息同時向群組劃分模塊、意圖提取模塊和鏈路預測模塊輸出節點的移動信息； 消息發送子模塊負責消息的發送，接收來自群組劃分模塊、意圖提取模塊和鏈路預測模塊 的信息，發送He 11 ο消息、通信中轉請求消息。
2.根據權利要求1所述的面向群組移動環境的拓撲控制系統，其特徵在於所述群組劃 分模塊具體的實現過程如下網絡開始階段，節點周期性的向外發送Hello消息，同時接收來自鄰居的Hello消息， 並更新鄰居表；在確認接收到所有鄰居節點的至少一個Hello消息之後，節點開始進行選 舉權重的更新，同時向外發送更新後的Hello消息；在接收到周圍鄰居更新過權值以後的 Hello消息以後，節點從鄰居表中的所有鄰居以及自身權重中選舉出來一個權重最高的節 點作為組長，同時更新Hello消息內容；不斷重複以上過程來滿足分組與組長動態變化的 過程。
3.根據權利要求1所述的面向群組移動環境的拓撲控制系統，其特徵在於所述基於雲 模型的逆向群組意圖提取模塊具體的實現過程如下首先統計出鄰居表中所有以自己為前驅的鄰居節點，並取出各個節點的移動意圖信息 和該移動意圖中包含的節點數量；遍歷鄰居表中所有以自己為前驅的鄰居節點，平均求出 所有節點的移動意圖的中心坐標；移動意圖提取模塊求出上述結果之後，將結果交給消息 處理模塊，更新向外發送的Hello消息，如果節點為組長，那麼移動意圖的輸出結果同時交 給鏈路預測模塊進行鏈路預測。
4.根據權利要求1所述的面向群組移動環境的拓撲控制系統，其特徵在於所述鏈路預 測模塊具體的實現過程如下鏈路預測模塊的輸入是兩群組的移動意圖，這裡假設群組中節點的分布是在二維平面 上；群組連通預測過程通過對兩個群組之間的距離和群組的移動意圖進行比較，來預測組 群間的連通性狀態；最後，鏈路預測模塊將上述結果交給消息處理模塊，以此來組織相應的 消息和消息內容。
5.面向群組移動環境的拓撲控制方法，其特徵在於所訴消息處理模塊實現步驟如下消息處理模塊周期性的向外發送Hello消息；將接收到的Hello消息的鄰居移動信息提交到群組劃分模塊；將接收到的Hello消息中的群組意圖信息提交給鏈路預測模塊；根 據群組劃分結果和群組意圖提取的結果更新Hello消息的內容；根據鏈路預測的結果發送 通信中轉消息給通信中轉節點，以維持請求。
全文摘要
一種面向群組移動環境的拓撲控制系統及控制方法，該拓撲控制方法能夠適應戰術網絡中節點群組移動的特徵，並利用群組移動的特徵，對網絡變化的趨勢進行預測，進而控制整個網絡拓撲的變化。拓撲控制技術中的通信協議部分通過使用SVM進行了形式化的分析，證明了該協議具有收斂性，可終結性等性質。它可以為具體通信應用提供更好的支持，為網絡中的數據傳輸提供更可靠的服務，進而減少網絡延遲，提高網絡利用效率。
文檔編號H04W84/08GK102065446SQ201010613208
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者吳軍營, 夏春和, 梁冬, 王海泉 申請人:北京航空航天大學