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申请/专利权人：南京信息工程大学

摘要：本发明公开了一种基于状态图模型的网络分簇式路由快速收敛方法，首先，基于战术通信网络，构建网络拓扑图，计算链路状态和节点状态，构建通信网络的状态图模型，以评估当前网络状态；然后，基于状态图模型的簇头自举算法，确定节点是否担任簇头角色；接着，基于状态图模型的入簇算法，进行单一簇的路由收敛；基于状态图模型的簇间连接算法，维护簇间连接，进行网络的分簇式路由收敛。在此基础上，本发明改进战术通信网络OSPF协议，在极低的路由开销下提升了路由收敛的时效性，大大增加了有效数据的传输时间，从而保障了复杂战场环境下的路由快速收敛，为智能陆战系统提供技术支撑。

主权项：1.一种基于状态图模型的网络分簇式路由快速收敛方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、基于战术通信网络，构建网络拓扑图；步骤S2、计算网络拓扑图中的链路状态和节点状态；基于战术通信网络拓扑多变链路的不稳定性，评估周期内通信链路状态： ；其中，为评估周期，为评估周期内缺损Hello包占据的时间，节点，，是网络节点集合，为节点u和v之间存在的通信链路，表示评估周期内通信链路中Hello包的缺失情况，用于表示链路状态；聚合所有接口上的链路状态计算节点状态，所述节点状态为节点v所有接口上链路状态聚合后的平均值，用于评估该节点的节点状态，公式如下： ；其中，为与节点v直接相连的链路的集合，为的基数，表示与节点v相关联链路的个数，表示节点状态；步骤S3、结合链路和节点状态构建通信网络的状态图模型，以评估当前网络状态，包括如下子步骤：S3.1、给网络拓扑图G中的每条边和每个节点分配权重，赋权后的网络拓扑图G表示为： ；其中，为链路的赋权函数，为节点的赋权函数，是通信链路集合；S3.2、对于网络拓扑图中任意节点v，构建一阶子图、一阶邻居状态图模型、一阶无权邻域状态图模型和一阶赋权邻域状态图模型，方法如下：节点v的邻居节点集合为，与节点v直接连接的节点集合为： ；其中，表示节点u和v之间的通信链路；与节点v直接相连的所有链路的集合为E’： ；节点v的一阶子图表示如下： ；对中的节点集合，通过节点状态计算公式，得到节点v的一阶邻居状态图模型： ；其中，是的节点状态值；对中的链路集合，通过链路状态计算公式，得到节点v的一阶无权邻域状态图模型： ；其中，是的链路状态值，是的节点状态值；由得到源节点v到达一阶节点路径上的节点和链路状态值的赋权，构成节点v的一阶赋权邻域状态图模型，表示如下： ；其中，ω是赋权值，用α和β表示对链路和节点状态值不同的参考程度，ω表示为： ；S3.3、构建节点v的二阶子图Mv、二阶无权邻域状态图模型Xv和二阶赋权邻域状态图模型X’v，方法如下：节点集合为与一阶子图内部节点直接相连的节点集合： ；节点u、w间相连的链路集合为： ；节点v的二阶子图为： ；对二阶子图中的链路和节点，通过链路状态计算公式和节点状态计算公式，得到节点v的二阶无权邻域状态图模型： ；其中，是的链路状态值，是的节点状态值；由得到初始节点v经过中间节点，到达目的节点路径上所有链路状态和节点状态的赋权，构成节点v的二阶赋权邻域状态图模型： ；其中，是赋权值，表示为，是源节点v经过中间节点到目的节点之间的节点和链路状态值赋权和： ；其中，、、、表示对链路和节点状态的不同参考程度；步骤S4、基于状态图模型的簇头自举算法，确定节点是否担任簇头；通过状态图模型的簇头自举算法，确定节点v担任何种角色，节点v根据自己所处的角色，构建相应的状态图模型，结合节点的RouterID计算出节点下一时刻要担任的角色，所述角色包括簇头、簇内节点；所述状态图模型的簇头自举算法，包括如下子步骤：S4.1、节点v根据一阶邻居状态图模型公式，建立一阶邻居状态图模型；S4.2、判断节点v所担任的角色是否为初始状态；如果是，构建中节点为簇头的子图；如果不是，判断节点v所担任的角色是否为簇头，如果节点v为簇头，构建中节点为簇头的子图，如果不是，构建中节点为簇头和簇内节点的子图;S4.3、判断子图中是否存在节点：如果没有节点则节点自举为簇头，结束算法；如果存在节点，执行步骤S4.4；S4.4、构建中权值最大的子图；S4.5、判断节点v的节点状态是否大于子图中的值：如果节点v的节点状态大于子图中的值，节点v自举为簇头，结束算法；如果小于子图中的值，节点v自举为普通节点，结束算法；如果相等执行步骤S4.6；S4.6、判断节点v的RouterID是否大于子图中所有节点的RouterID：如果是节点v自举为簇头，否则节点v为普通节点；步骤S5、基于状态图模型的入簇算法，进行单一簇的路由收敛；基于状态图模型的节点入簇算法，形成单一簇结构，簇内节点依据自身的一阶无权邻域状态图模型，以及与簇头节点已有的连接关系，构建相应的状态图模型，计算要连接的簇头，生成一阶赋权邻域状态图模型作为交互信息；所述状态图模型的节点入簇算法，具体如下：S5.1、节点v根据一阶无权邻域状态图模型建立公式建立一阶无权邻域状态图模型；S5.2、判断节点状态是否为簇内节点，如果不是则结束算法，交互信息为空，节点不需要入簇，否则继续步骤S5.3；S5.3、判断是否未与相应簇头节点完成完全邻接关系的建立，如果不是则结束算法，交互信息为空，节点不需要入簇，否则进行步骤S5.4：S5.4、构建中节点为簇头且已与节点v建立完全邻接关系的子图；S5.5、判断是否为空，即是否存在节点：如果为空，执行步骤S5.6，如果不为空，执行步骤S5.7；S5.6、依据中节点为簇头的子图，重新构建子图；S5.7、依据一阶赋权邻域状态图模型构建公式，由生成一阶赋权邻域状态图模型；S5.8、构建中权值最大的子图；S5.9、依据中RouterID最大节点，得到要连接的簇头RouterID；S5.10、依据一阶赋权邻域状态图模型构建公式，由生成交互信息一阶赋权邻域状态图模型;S5.11、依据计算得到的RouterID向选定簇头的发送交互信息，实现入簇；步骤S6、簇头节点依据簇内节点所提供的一阶赋权邻域状态图模型，基于状态图模型的簇间连接算法，维护簇间连接，进行网络分簇式路由收敛；基于状态图模型的簇间连接算法，建立各个簇间完全邻接关系，簇头节点依据二阶赋权邻域状态图模型和由一阶节点传递的交互信息一阶赋权邻域状态图模型，计算得到要连接的两阶节点，向相应的节点发送命令，并更新已有的二阶赋权邻域状态图模型，包括如下子步骤：S6.1、依据交互信息和二阶赋权邻域状态图模型构建公式，构建经过一阶节点ui的二阶赋权邻域状态图模型；S6.2、依据节点所属簇的不同，将划分成多个二阶赋权邻域状态图模型；S6.3、依据节点所属簇的不同，将划分成多个二阶赋权邻域状态图模型；S6.4、依次遍历，得到的簇记为;S6.5、依次遍历，得到与簇头节点RouterID相同的簇的二阶赋权邻域状态图模型；S6.6、判断是否不为空且簇中已有全连接路径，如果是，执行步骤S6.6.1，如果不为空，执行步骤S6.6.2：S6.6.1、与已有全连接的图合并得，构建中权值最大的子图；找到中RouterID最大的两阶节点的RouterID，记为id；判断节点是否已与id相连接，如果没有，将id加入到要链接的列表中；S6.6.2、构建中权值最大的子图；将中RouterID最大的两阶节点的RouterID加入到要链接的列表中；S6.7、判断是否遍历完成，如果遍历完成，执行步骤S6.8，如果没有完成，则执行步骤S6.4;S6.8、命令要链接的列表中相应节点完成连接；S6.9、根据二阶赋权邻域状态图模型构建公式更新；步骤S7、基于网络分簇式路由收敛方法，改进战术通信网络OSPF协议路由收敛过程，实现战术通信网络中OSPA协议网络分簇式路由收敛，为智能陆战系统提供支撑。

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百度查询： 南京信息工程大学 一种基于状态图模型的网络分簇式路由快速收敛方法