高速節點自組網中節點安全加入方法
2023-05-07 12:40:21
專利名稱：高速節點自組網中節點安全加入方法
技術領域：
本發明涉及移動自組網技術領域，尤其是自組網中節點安全加入方法，具體地說是ー種高速節點自組網中節點安全加入方法。
背景技術：
高速節點組網國際上主要是引入移動自組網技術，將組成高速節點網絡的每個高空通信節點所獲得的信息通過戰術數據鏈技術達到實時的共享，充分利用數據鏈有限帶寬，從而極大地提高高速節點對信息的處理速度，提高對特殊情況的響應能力，綜合利用獲得的信息資源快速決策，大大地提高高速節點在實際應用中的攻擊能力和生存能力。高速節點自組網中使用的分簇算法，面向高速節點自組網的三級樹形結構令牌雙簇首分簇方法，將移動自組網拓撲結構模型設計為三級樹形結構，引入高速節點通信強度優先級概念，並將其應用到中心節點及高空節點等簇首節點選舉中，同時針對高速節點移動自組網的特性，對分簇算法的很多方面，針對性的做出分析，提出改進的思想，並對簇維護算法進行了分析，增強了分簇算法的針對性與實用性，有助於提高高速節點生存能力及系統穩定性能，更好的完成作戰任務。但是對通信節點組成三級樹形網絡後，由於外力損壞、電子屏蔽失去聯繫等原因造成節點的加入情況並沒有具體的實施方案來確保節點加入時的網絡拓撲結構的穩定性。
發明內容
本發明的目的在於提供ー種高速節點自組網中節點安全加入方法，從而確保由於外力損壞、電子屏蔽、攔截失去聯繫等原因造成節點的加入情況下協同通信組網的拓撲結構穩定，提高高速節點抗幹擾性及系統穩定性。本發明的技術方案是ー種高速節點自組網中節點安全加入方法，自組網結構是由低空節點、高空節點和中心節點構成的三級樹形移動自組網拓撲結構，為網絡中每個節點分配唯一 ID，使用最小ID分簇算法對網絡進行兩次分簇，多個由低空節點構成的多個ー級分簇，各簇首為高空節點；多個高空節點構成多個ニ級分簇，各簇首為中心節點；當有新節點加入時,包括以下步驟中心節點廣播加入信息和新節點發送ID的步驟；高空節點單播Join信息的步驟；新節點選擇加入一級分簇的步驟。本發明的高速節點自組網中節點安全加入方法，具體包括以下步驟第一歩中心節點周期性的廣播加入信息，新節點收到加入信息後向鄰近節點發送包含自己ID的Hello消息；第二步高空節點收到新節點Hello消息後單播發出加入一級分簇Join消息；第三步收到Join消息的新節點對比選擇其中ID較小的高空節點，發送Accept消息，並將高空節點信息計入自己消息列表；第四步高空節點根據收到的應答，將新節點作為低空節點加入自己消息列表，並廣播Hello消息給中心節點更新分簇內所有節點的信息。第五步中心節點在自己成員信息列表中更新新的高空節點分簇信息。本發明的新節點作為低空運行節點加入網絡，加入最先接收到消息的分簇中。本發明的新節點包括兩種ー種是因為高空節點退出導致分簇解散，低空節點加入其他分簇，另ー種是請求加入節點是新節點不屬於任何分簇。節點加入時，只要收到中心節點周期性的廣播消息，將自己信息發送至網絡即可加入。本發明的三級樹形移動自組網拓撲結構的建立包括以下步驟(A)、初始化分簇的步驟；首先，為網絡中每個節點分配唯一 ID，使用最小ID分簇算法對網絡進行初始化分簇，形成一級分簇；
(B)、選擇各一級分簇的簇首並建立低空、高空節點的步驟；在各個分簇中，依據最小ID分簇算法初步選舉出一級分簇的簇首節點，並在ー級分簇內進行廣播，簇內其他節點收到廣播後，依據自己通信能力競爭簇首，競爭成功後更改ー級分簇的簇首，最終產生的一級分簇的簇首節點稱為高空節點，廣播通知一級分簇內其他節點成為簇成員，即低空節點；(C)、對高空節點進行二次分簇並建立中心節點的步驟採用最小ID分簇算法對網絡中所有高空節點進行二次分簇，形成ニ級分簇；在各個ニ級分簇中，依據最小ID分簇算法初步選舉出ニ級分簇的簇首節點，並在ニ級分簇內進行廣播，簇內其他節點收到廣播後，依據自己通信能力競爭簇首，競爭成功後更改ニ級分簇的簇首，最終產生的ニ級分簇的簇首節點稱為中心節點，並廣播給ニ級分簇內其餘高空節點；(D)、建立備用中心節點的步驟二次分簇後，在各ニ級分簇中選擇通信能力次強的節點作為各簇的ニ級分簇的次簇首，各次簇首作為備用中心節點並廣播給簇內其餘ニ級分簇內的高空節點，建立三級樹形結構。本發明的三級樹形移動自組網拓撲結構建立的步驟(B)中，在各個ー級分簇和ニ級分簇中，簇內節點依據自己通信能力競爭簇首的方法是步驟一、建立各分簇節點的集合記A = (X1, X2......xn}為初始化和二次分簇後，
任一一級分簇和ニ級分簇中所有節點的集合，η為任一分簇中節點的個數；步驟ニ、在任一分簇中，採用如下公式計算各節點的通信能力F(Xi)，F (Xi) =F (af^ (Xi)，bf2 (Xi)，cf3 (Xi))；其中，I彡i彡n, f1 (Xi)表示在I^t1時刻,節點Xi與分簇內其餘各節點建立的通信鏈路的利用率的均值，to-t!為初始化分簇後的任一時間段；f2(Xi)代表節點Xi與簇內其餘各節點傳輸延遲的均值ば3(ろ)表示節點Xi與簇內其餘各節點通信出錯率的均值；a，b，c為通信網絡中各參數對應的加權係數。本發明的三級樹形移動自組網拓撲結構建立的步驟(C)中，建立中心節點後，各中心節點向控制中心通報網絡狀況，控制中心產生ー個令牌交給中心節點即根結點，令牌在通訊過程中使用。本發明中，各節點中選舉出的中心節點後，由控制中心賦予令牌，節點消失則令牌重新產生，各簇內令牌在中心節點與高空節點組成的令牌環間流轉，其地址為中心節點ID，環內其餘節點需要使用信道傳輸信息，拿到令牌後使用信道，信道使用完畢釋放令牌，每個節點申請使用令牌時間固定，未傳遞完畢信息再次申請，令牌每輪轉一次，信息數加一，如果中心節點在申請使用時間完畢未收到返回令牌，則認定令牌失效，重新產生新令牌。本發明的有益效果本發明能夠有效確保節點加入時的網絡拓撲結構的穩定性，簇首數目不會變化，對分簇沒有產生影響，從而避免因節點的加入而導致網絡劇烈變化，具有較強健壯性；提高高速節點抗幹擾性和抗損毀性。
圖I是本發明的高速節點組網模型示意圖。 圖2是新節點加入網絡示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步的說明。如圖I所示，ー種面向高速節點自組網中節點安全加入方法，將高速節點組成中心節點、高空節點與低空節點的三級樹形結構的移動自組網絡，其中中心節點位於根位置，負責與控制中心，例如衛星等的通信，同時兼顧管理其他高空節點；高空節點在中心節點之下，負責與中心節點通信，管理低空節點，高空節點與中心節點組成分簇，簇首是中心節點；低空節點位於葉子位置，與高空節點通信接受高空節點管理，低空節點與高空節點組成分族，族首是聞空節點。新節點作為低空運行節點加入網絡，加入最先接收到消息的分簇中，可能存在以下兩種情況，一種是節點本身就是低空節點只是隸屬於其他高空節點管理，因為高空節點退出導致分簇解散，低空節點加入其他分簇，另ー種是請求加入節點是新節點不屬於任何分簇。節點加入時，只要收到中心節點周期性的廣播消息，將自己信息發送至網絡即可加入，不論何種情況節點加入過程如下Stepl :中心節點周期性的廣播加入信息，新節點收到加入信息後向鄰近節點發送包含自己ID的Hello消息。Step2 :高空節點收到新節點Hello消息單播發出加入分簇Join消息。Step3 :收到Join消息的新節點對比選接其中ID較小的高空節點，發送Accept消息，並將高空節點信息計入自己消息列表。Step4 :高空節點根據收到的應答,將新節點作為低空節點加入自己消息列表，並廣播Hello消息給中心節點更新分簇內所有節點的信息。Step5 :中心節點在自己成員信息列表中更新新的高空節點分簇信息。舉例示意如圖2所示，中心節點I高空節點2-3低空節點4-8組成的如圖網絡，新節點9加入網絡，其中點虛線表示簇內成員間的通訊，實線表示簇首與成員間的通訊。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
1.ー種高速節點自組網中節點安全加入方法，其特徵是自組網結構是由低空節點、高空節點和中心節點構成的三級樹形移動自組網拓撲結構，為網絡中每個節點分配唯一 ID，使用最小ID分簇算法對網絡進行兩次分簇，多個由低空節點構成的多個ー級分簇，各簇首為高空節點；多個高空節點構成多個ニ級分簇，各簇首為中心節點； 當有新節點加入時，包括以下步驟中心節點廣播加入信息和新節點發送ID的步驟；高空節點單播Join信息的步驟；新節點選擇加入一級分簇的步驟。
2.根據權利要求I所述的高速節點自組網中節點安全加入方法，其特徵是它具體包括以下步驟 第一歩中心節點周期性的廣播加入信息，新節點收到加入信息後向鄰近節點發送包含自己ID的Hello消息； 第二步高空節點收到新節點Hello消息後單播發出加入一級分簇Join消息； 第三步收到Join消息的新節點對比選擇其中ID較小的高空節點，發送Accept消息，並將高空節點信息計入自己消息列表； 第四歩高空節點根據收到的應答，將新節點作為低空節點加入自己消息列表，並廣播Hello消息給中心節點更新分簇內所有節點的信息。
第五步中心節點在自己成員信息列表中更新新的高空節點分簇信息。
3.根據權利要求I所述的高速節點自組網中節點安全加入方法，其特徵是所述的新節點作為低空運行節點加入網絡，加入最先接收到消息的分簇中。
4.根據權利要求I所述的高速節點自組網中節點安全加入方法，其特徵是所述的新節點包括兩種ー種是因為高空節點退出導致分簇解散，低空節點加入其他分簇，另ー種是請求加入節點是新節點不屬於任何分簇。節點加入時，只要收到中心節點周期性的廣播消息，將自己信息發送至網絡即可加入。
5.根據權利要求I所述的高速節點自組網中節點安全加入方法，其特徵是所述的三級樹形移動自組網拓撲結構的建立包括以下步驟 (A)、初始化分簇的步驟；首先，為網絡中每個節點分配唯一ID，使用最小ID分簇算法對網絡進行初始化分簇，形成一級分簇； (B)、選擇各一級分簇的簇首並建立低空、高空節點的步驟；在各個分簇中，依據最小ID分簇算法初步選舉出一級分簇的簇首節點，並在ー級分簇內進行廣播，簇內其他節點收到廣播後，依據自己通信能力競爭簇首，競爭成功後更改ー級分簇的簇首，最終產生的ー級分簇的簇首節點稱為高空節點，廣播通知一級分簇內其他節點成為簇成員，即低空節點； (C)、對高空節點進行二次分簇並建立中心節點的步驟採用最小ID分簇算法對網絡中所有高空節點進行二次分簇，形成ニ級分簇；在各個ニ級分簇中，依據最小ID分簇算法初步選舉出ニ級分簇的簇首節點，並在ニ級分簇內進行廣播，簇內其他節點收到廣播後，依據自己通信能力競爭簇首，競爭成功後更改ニ級分簇的簇首，最終產生的ニ級分簇的簇首節點稱為中心節點，並廣播給ニ級分簇內其餘高空節點； (D)、建立備用中心節點的步驟二次分簇後，在各ニ級分簇中選擇通信能力次強的節點作為各簇的ニ級分簇的次簇首，各次簇首作為備用中心節點並廣播給簇內其餘ニ級分簇內的高空節點，建立三級樹形結構。
6.根據權利要求5所述的高速節點自組網中節點安全加入方法，其特徵是所述三級樹形移動自組網拓撲結構建立的步驟(B)中，在各個ー級分簇和ニ級分簇中，簇內節點依據自己通信能力競爭簇首的方法是 步驟一、建立各分簇節點的集合記A=U1, x2......xn}為初始化和二次分簇後，任一一級分簇和ニ級分簇中所有節點的集合，η為任一分簇中節點的個數； 步驟ニ、在任一分簇中，採用如下公式計算各節點的通信能力F(Xi)， F (Xi) =F (af1 (Xi)，bf2 (Xi)，cf3 (Xi))； 其中，I彡i彡n, f1 (Xi)表示在td-h時刻,節點Xi與分簇內其餘各節點建立的通信鏈路的利用率的均值，to-t!為初始化分簇後的任一時間段；f2(Xi)代表節點Xi與簇內其餘各節點傳輸延遲的均值ば3(xi)表示節點Xi與簇內其餘各節點通信出錯率的均值；a, b, c為通信網絡中各參數對應的加權係數。
7.根據權利要求5所述的高速節點自組網中節點安全加入方法，其特徵是所述三級樹形移動自組網拓撲結構建立的步驟(C)中，建立中心節點後，各中心節點向控制中心通報網絡狀況，控制中心產生ー個令牌交給中心節點即根結點，令牌在通訊過程中使用。
8.根據權利要求5所述的面向高速節點自組網的三級樹形結構令牌雙簇首分簇方法，其特徵是在各節點中選舉出的中心節點後，由控制中心賦予令牌，節點消失則令牌重新產生，各簇內令牌在中心節點與高空節點組成的令牌環間流轉，其地址為中心節點ID，環內其餘節點需要使用信道傳輸信息，拿到令牌後使用信道，信道使用完畢釋放令牌，每個節點申請使用令牌時間固定，未傳遞完畢信息再次申請，令牌每輪轉一次，信息數加一，如果中心節點在申請使用時間完畢未收到返回令牌，則認定令牌失效，重新產生新令牌。
全文摘要
一種高速節點自組網中節點安全加入方法，自組網結構是由低空節點、高空節點和中心節點構成的三級樹形移動自組網拓撲結構，為網絡中每個節點分配唯一ID，使用最小ID分簇算法對網絡進行兩次分簇，多個由低空節點構成的多個一級分簇，各簇首為高空節點；多個高空節點構成多個二級分簇，各簇首為中心節點；當有新節點加入時，包括以下步驟中心節點廣播加入信息和新節點發送ID的步驟；高空節點單播Join信息的步驟；新節點選擇加入一級分簇的步驟。本發明能夠有效確保節點加入時的網絡拓撲結構的穩定性；提高高速節點抗幹擾性和抗損毀性。
文檔編號H04W12/08GK102869016SQ201210374378
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者李千目, 汪歡, 戚湧, 侯君, 張宏, 張星, 宋齡楠, 李宗騂, 劉浩 申請人:無錫南理工科技發展有限公司