[发明专利]面向群组移动环境的拓扑控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向群组移动环境的拓扑控制系统及控制方法，属于计算机网络领域。

背景技术

目前拓扑控制技术的主要适用目的分为在链路密集网络中的链路剪枝和在链路稀疏网络中的连通性保持两大类，其中链路剪枝主要使用在WSN网络，而连通性保持主要使用在城市车载网络和链路稀疏的WSN网络。K-neigh、CLTC等拓扑控制技术适用于链路密集的Ad Hoc网络，其主要目的在于减少网络开销，因为连通性已经达到了数据通信的要求。local algorithms for topology control、Vehicular grid communications等拓扑控制技术的主要目的是保持连通性，其主要控制手段是增加固定的基础设施来提高连通性和数据传输率。

在战术网络的环境中，链路条件比较恶劣，所以在战术网络中的应用的拓扑控制技术是为了增强连通性.在当前的拓扑控制技术中，缺少专门针对群组移动环境这一特殊环境的拓扑控制技术。在战术互联网中，群组移动环境是很常见的网络环境，其主要特征有：战术网络以有组织的战术单位为基础，由于作战的组织和任务等原因而呈现出群组移动的特征；战术通信链路通常距离长，其变化也大；战术链路带宽小，数据率低，网络节点数量大，在师范围内可能有数百甚至数千台，并且节点移动性大。在这样的环境下，当前的现有的拓扑控制技术不能够适应节点群组移动且节点移动性大的网络特征。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种面向群组移动环境的拓扑控制系统及控制方法，能够在群组移动环境下，在不影响节点移动的前提下增强整个网络的连通性，适应网络的群组移动的特征，并利用这种特征来解决网络的连通性问题。

本发明的技术解决方案：面向群组移动环境的拓扑控制控制及控制方法通过节点之间的消息交互，将网络中的节点分成若干个相对稳定的群组，并计算群组的整体移动趋势，根据群组的移动趋势来判断群组间的网络连通性，根据此判断结果来对群组间的网络连通性实施增强手段。

面向群组移动环境的拓扑控制系统包括：群组划分模块、基于云模型的逆向群组意图提取模块、链路预测模块和控制消息处理模块；其中：

群组划分模块的输入是控制消息处理模块输出的所有节点的位置和速度信息，输出是若干个群组。群组由距离上接近，通信上保持连通的一系列节点组成。输出后的群组信息送至逆向群组意图提取模块。

基于云模型的逆向群组意图提取模块，输入时各个群组中节点的位置和速度信息，输出是整个群组的移动意图，移动意图的组织方式是一个三元组，分别表示群组的中心，群组中节点的分布函数，节点分布函数的不确定度。意图提取模块的输出送到链路预测模块。

链路预测模块的输入是两个相邻群组的移动意图，输出为这两个群组之间的链路预测结果，链路预测结果分为稳定、需要增强和无法增强，对于需要增强的群组，链路预测结果同时给出了可以增强链路的节点摆放的位置信息。

控制消息处理模块负责处理所有的节点间的消息交互，可以分为消息发送子模块和消息接收子模块。其中消息接收子模块负责所有消息的接收和消息内容的提取，接收其他节点发送的消息同时向群组划分模块、意图提取模块和链路预测模块输出节点的移动信息；消息发送子模块负责消息的发送，接收来自群组划分模块、意图提取模块和链路预测模块的信息，发送控制消息。

所述群组划分模块具体的实现过程如下：

(1)网络开始阶段，节点周期性的向外发送Hello消息，同时接收来自邻居的Hello消息，并更新邻居表。Hello消息的内容包括：节点ID、组长ID、到组长的跳数、所在组的移动意图、后继节点的移动意图、节点权值、节点的移动速度和方向。

(2)分组和组长选举过程中，节点首先周期性的向周围节点发送Hello消息，在确认接收到所有邻居节点的至少一个Hello消息之后，节点开始进行选举权重的更新。权重的更新规则为其中v表示节点的相对移动速度，节点计算出最新的权重以后，更新Hello消息的内容，再次向外发送Hello消息，同时接受周围节点发送过来的Hello消息。

(3)在接收到周围邻居更新过权值以后的Hello消息以后，节点从邻居表中的所有邻居以及自身权重中选举出来一个权重最高的节点。如果自身的权重最高，那么节点决定自己的做组长，同时更新自己的Hello消息内容；如果别的节点的权重最高，那么选择该目标节点作为自己的前驱节点，目标节点的组长作为自己的组长，同时更新Hello消息内容。