一种基于车辆节点连通稳定度的动态分簇方法_3

文档序号:9491869阅读:来源:国知局
连通状况。
[0078] 步骤1-2)节点i充填BM信标消息,将BM信标消息广播给邻居节点;并接收来自 邻居节点的BM信标消息,更新邻居列表,并开始分簇等待时间计时;
[0079] 步骤1-3)节点i通过邻居的BM信标信息判断当前区域是否存在分簇M及簇头节 点CH,若节点i所在的道路环境存在分簇,节点i收到来自节点j的CM分簇消息,将j的信 息插入簇头列表,同时将簇头节点j的ID填充至BM信标消息,并发送BM信标消息至簇头 节点j ;节点j收到来自i的信标消息,对比簇头信息,将i加入簇成员列表,然后跳转至步 骤1-8);若不存在,则跳转至下一步;
[0080] 步骤1-4)当节点i所在环境无分簇存在时,判断分簇等待时间是否超过系统预置 分簇等待时间tw,若超过,则节点被推举为簇头节点,执行步骤1-6);若未超过,则跳转至 下一步;
[0081] 步骤1-5)节点首先判断当前所处道路位置标识,计算当前节点的连通稳定度 WstabiIity (i),并判断是否满足WstabiIity (i)彡Wth,其中Wth为系统设定的连通稳定度 阈值;
[0082] 若满足上述条件,则节点直接创建一个分簇,进入步骤1-6);若不满足条件,则节 点等待t0时刻,并返回步骤1-2);
[0083] 节点连通稳定度为t时刻节点i的综合评估指标,该值由节点平均连通时间、节点 度、节点速度、节点运动方向等因素共同计算得出,该值越大,节点越优先成为簇头节点。
[0084] 采用基于加权分簇WCA的改进方案,对不同权重进行加权计算,计算所得的综合 权重值则为节点连通稳定度,节点连通稳定度最大则性能最优,优先推选为簇头节点,节点 的连通稳定度计算如下式:
[0086] 其中:
为节点i平均连通时间归一化值,表征了 当前节点与邻居节点平均连通时间的相对大小,满足

,表征节点i的连通性,节点连通性越好,其值越高,满足

表征了当前车辆节点i的运动状态,满足 Av(i) < 1,单位时间内速度的变化量越小,车辆的速度越低,则AvQ)越大。并定义车辆 i速度在[0, 1]区间时,Δ v(i) = 1 ;
表征了当前节点i的与邻居节点的移动方向相关度,满足
[0090] 式中,ω?,ω2, ω3, ω4为权重因子,在路段和路口环境下其值不同,满足其和值 为1。
[0091] f为节点i平均连通时间;$为邻居节点j的平均连通时间;N为节点i的邻居 节点数目;Deg1为节点的节点度,Deg th为系统节点度阈值,其大小取决于网络规模和车辆 数量;Vmax为最大行驶速度;V i为节点i当前行驶速度;δ (i, t)为节点i在(t-Δ t, t)时 间段内速度方差值;N。为运动方向与节点i 一致的邻居节点数目。
[0092] 在路段Segment (X,y)下,具有较大的平均连通时间且方向相关度最高的车辆节 点则有较大的连通稳定度Wstability,优先成为簇头;在路口 Intersection(x,y)下,车辆的平 均连通时间越长,行驶速度越低则连通稳定度Wstability越高,节点成为簇头后,分簇的稳定 性越高,簇的存活时间越长。
[0093] 步骤1-6)节点i成为簇头节点,广播CM分簇消息给邻居节点;所述分簇消息包含 簇头ID、建立时间及消息类型;其中消息类型标志为簇创建〈Cluster Create〉。
[0094] 步骤1-7)邻居节点j收到来自节点i的CM分簇消息,将i的信息插入簇头列表, 同时将簇头节点i的ID填充至BM信标消息,并发送BM信标消息至簇头节点i ;节点i收 到来自j的信标消息,对比簇头信息,将j加入簇成员列表。
[0095] 步骤1-8)重复步骤1-1)至步骤1-8),直到网络中所有节点都已加入分簇。
[0096] 分簇自适应维护过程主要是针对车辆节点的加入、移出,簇头节点的重选以及簇 的合并与拆分。通过对簇自适应按道路环境进行划分,保证增强簇稳定性的同时,降低网络 开销。
[0097] 节点的离开与加入具体包括以下步骤:
[0098] 步骤2-1-1)簇成员节点j周期获取邻居节点信标信息,更新簇头列表;
[0099] 步骤2-1-2)在tl时间段内,当簇成员节点j未收到来自当前簇头节点i的信标 信息,即发现当前簇头i不可达时,表明簇成员节点j已离开簇M(i)通信半径,进入步骤 2-1-3);当簇成员节点j同时收到来自新的簇头节点k的BM信标信息,则当前节点已进入 族M (k)的通彳目半径,执行步骤2_1_6)。
[0100] 步骤2-1-3)当簇成员节点j判断已离开当前分簇M(i)时,则搜寻是否存在其它 簇头节点信标信息,若存在则进行下一步骤2-1-4);若节点j未收到来自其他簇头节点的 ig标?目息,则执行步骤2_1_5)。
[0101] 步骤2-1-4)节点j判断所处的道路环境,当节点处在路段Segment (X,y)时,计算 节点j与簇头节点k链路连通时间Tkj (t),若满足Tkj (t) > Tth,则节点加入簇M(k),并将簇 头节点k的ID填充至BM信标消息并广播给邻居节点,若不满足,则执行步骤2-1-5);当节 点j处在路口 Intersection (x,y)时,若分簇簇头节点k在路口 Intersection (x,y),则节 点j直接加入簇M (k);若簇头节点k在路段Segment (X,y),判断j与簇头节点k满足Tly (t) > Tth,满足则加入簇M (k),否则进入下一步骤2-1-5)。
[0102] 步骤2-1-5)等待tw时间,重复判断是否有可用分簇,若无分簇则节点j启动簇初 始化分簇过程,执行步骤1)。
[0103] 步骤2-1-6)若节点j同时收到簇头节点i和新簇头节点k的信标信息后,分别计 算与当前簇头节点i和新簇头节点k的链路连通保持时间T l j (t)和Tkj (t)。若TkjS η ·Τ V 则节点j选择离开当前分簇M(i),加入新的分簇M(k),同时广播BM信标消息给邻居节点; 否则,节点将不做任何处理;其中η簇头切换比例系数,满足η多1。
[0104] 簇的合并具体包括以下步骤:
[0105] 步骤2-2-1)当簇头节点i收到来自邻居簇头节点k的BM信标消息时,则两个簇 头节点相互在彼此的通信半径内,簇M(i)和簇M(k)进行合并;
[0106] 步骤2-2-2):比较簇头节点i和簇头节点k的连通稳定度Wstability (i)和 Wstability (k),若满足Wstability (i)>Wstability(k),则簇头节点k放弃担任簇头,解散 分簇M(k),清空簇成员列表;簇头节点k创建CM消息包,并广播给邻居节点,含簇头ID及 消息类型,其中消息类型设定为解散分簇〈Cluster Dissolution〉。
[0107] 步骤2-2-3)簇M(k)成员节点接收到来自簇头节点k的解散分簇CM消息后,删除 簇头列表中对应的簇头项;处于簇头节点i通信范围内的节点则加入簇M(i),其他节点则 搜索BM信标消息,执行节点的离开与加入过程。
[0108] 簇的拆分是当区域内车辆节点密度增加时,分簇内成员节点增加,为了维护簇的 稳定性,当簇规模达到数量阈值时,分簇进行拆分。具体包括以下步骤:
[0109] 步骤2-3-1)簇头节点k定时更新簇成员列表,当簇头节点计算簇成员列表成员数 目大于阈值Mmax,则簇头进行簇拆分过程;
[0110] 步骤2-3-2)簇头节点k创建CM分簇消息包,含簇头ID及消息类型,其中消息类 型设定为簇拆分〈Cluster Divide〉。
[0111] 步骤2-3-3)簇成员节点j收到来自簇头节点k的分簇拆分消息,删除当前簇头列 表中k的信息,同时遍历簇头列表,执行节点的离开与加入过程。
[0112] 最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种基于车辆节点连通稳定度的动态分簇方法,其特征在于:包括W下步骤: 步骤1)初始化车载自组织网络,并动态分簇; 步骤2)分簇自适应维护,包括节点的离开与加入,簇的合并,簇的拆分。2. 根据权利要求1所述的一种基于车辆节点连通稳定度的动态分簇方法,其特征在 于:所述步骤1)具体包括W下步骤: 步骤1-1)车载自组织网络中所有车辆节点均为普通节点,车辆节点i获取当前位置P(X,y)、速度V和运动方向d,根据当前道路位置标识,判断当前所处道路环境,并计算当前 时刻节点的节点度Degi、节点平均连通时间f; 步骤1-2)节点i充
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