一种基于节点移动特性的移动p2p网络分簇方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及移动P2P网络技术领域，尤其涉及一种基于节点移动特性的移动P2P网 络分簇方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着无线通信技术的快速发展、移动设备性能的不断提升与普及，移动用 户已经可以实现随时随地交换和处理数据。伴随着P2P网络在Inertnet上获得的巨大成功， 结合无线通信技术和对等计算的移动P2P网络(Mobile Peer-t〇-Peer Networks，MP2P)也 已经成为当前研究热点。作为一种新兴的移动数据通信方式，移动P2P网络以其具有的无中 心、自组织等特性，为人们提供了一种在无基础设施支持的无线环境下进行数据传输的解 决方案，在军事战场、抢险救灾以及用户信息共享等领域有着广阔的应用前景和重要的实 用价值。
[0003] 然而，由于节点的移动性使得移动P2P网络的覆盖层拓扑经常发生变化，造成覆盖 层与底层物理网络拓扑的不一致，这就可能出现覆盖网中的"逻辑"邻居在物理网络中可能 相距甚远，产生拓扑结构不匹配问题，不仅会造成覆盖层数据传输和资源定位低效，同时会 产生大量的冗余信息流量，对底层物理网络造成巨大的带宽压力，降低网络整体工作性能。
[0004] 具有拓扑感知的分簇方法能有效解决拓扑不一致性问题，但已有的分簇方法存在 网络开销大、缺乏对节点移动特性的考量，而实际上移动P2P网络中节点对等关系和网络拓 扑结构的动态变化与现实社会存在着一定的映射关系，通过对节点移动特性、社会特性研 究发现，移动节点的行为通常不是随机的，而是呈现分组活动的特性。因此，重视节点移动 特性，充分利用这种潜在关系，构建具有稳定性高的移动P2P网络覆盖网，对提高移动P2P网 络整体工作效率具有重要的意义。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供一种基于节点移动特性的移动P2P网络分簇方法，用以解决 现有的分簇方法对节点移动特性考虑不足的问题，达到降低网络拓扑维护开销、提高移动 P2P网络稳定性，提高网络整体工作效率的目的。
[0006] 本发明公开了一种基于节点移动特性的移动P2P网络分簇方法，根据节点的位置 变化来研究节点的运动特征，将物理位置邻近且具有相同运动特征的节点划分到一个簇 内，并在每一个簇内选取一个能力强的节点作为本簇的簇首节点，使得簇内节点能够最大 程度地保持网络结构的稳定性，有效解决移动P2P网络拓扑不一致性问题，网络可扩展性较 尚。
[0007] 本发明的具体技术方案如下：
[0008] -种基于节点移动特性的移动P2P网络分簇方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤S100，为加入到移动P2P网络中的节点分配唯一的覆盖网标识；
[0010] 步骤S200,节点计算自身的能力值；
[0011] 步骤S300，计算节点与其邻居节点的距离；
[0012] 步骤S400,根据节点移动特性，节点建立自己的朋友节点列表以及建立朋友簇节 点列表；
[0013] 步骤S500,根据节点的移动特性，选取朋友簇的簇首节点，并建立朋友簇。
[0014] -种基于节点移动特性的移动P2P网络分簇方法，所述步骤S100,为移动P2P网络 中所有节点分配唯一的覆盖网标识，具体方法为：当节点加入到移动P2P网络中时，通过安 全散列函数对移动设备的属性进行哈希运算获得一个全网唯一的覆盖网节点标识。
[0015] 所述步骤S200,计算节点能力值，能力值获取公式为：
[0016]
[0017]其中，Ability [u]为节点u的能力值，B[u]为节点u的有效带宽，C[u]为节点u的CPU 处理速度，S[u]为节点u的内存容量，T[u]为节点u的在线时间，P[u]为节点u的剩余电量。 6^，/幻/，/!.,|^为各因素所占的权重，且0； +為+厂+又_+妒=10
[0018]所述步骤S300,计算节点u与其邻居节点间的距离，具体方法为:节点周期性向周 围邻居节点发送查询消息，邻居节点通过接收到的查询消息信号的强度计算出与发送节点 之间的距离，距离计算公式为：
[0020]其中，| |uv| |表示节点u和节点v之间的距离，PR表示接收的功率大小，Ρτ表示传输 的功率大小，GT表示发送方天线功率的增益，Gr表示接收方天线功率的增益，λ表示波长。 [0021 ]所述步骤S400，节点u建立自己的朋友节点列表，并与它的朋友节点交换彼此的朋 友节点列表，从而获得组成朋友簇的节点信息，进一步包括以下步骤：
[0022] 步骤S410,节点u通过与周围每个邻居节点进行η次距离测量，并对测量结果进行 去噪声处理，具体方法为:假设节点u与邻居节点ν之间进行了 η次距离测量，则这η次测量结 果的平均值.Pi的计算公式为：
[0024]其中，η为测量次数，| |uv| U为节点u和节点ν之间的第i次测量距离值，当| |uv| 超过系统第一阈值λ，那么则认为是有噪声干扰，表明所测量的结果不可靠，应丢弃掉该次 测量结果：
[0025]步骤S420，建立节点u的朋友节点列表，具体方法为：如果节点u和节点V之间的平 均距离|wv||<r且满足5〈5max，贝lj节点u将节点ν加入到自己的朋友节点列表中，其中，r是节点 无线信号的有效传输距离，S max为系统第二阈值，δ计算公式为：
[0026]
[0027] 步骤S430,节点u周期性的与它的所有朋友节点交换彼此的朋友节点列表，并建立 朋友簇节点列表，具体方法为:假设节点U从节点V处收到的节点V的朋友列表，若节点W是节 点V的朋友节点，但节点W不在节点U的朋友簇列表中，则将节点W加入到节点U的朋友簇列表 中；若节点W已经在节点U的朋友簇列表中，但在新收到的全部朋友节点发来的它们的朋友 节点列表中，已经没有节点W，则节点U将节点W从朋友簇列表中删除；
[0028] 所述步骤S500,根据节点的移动特性，选取朋友簇的簇首节点，并建立朋友簇，进 一步包括以下步骤：
[0029]步骤S510,节点u比较自身的能力值与朋友簇列表中节点的能力值，若节点u的能 力值最大，则节点u升级成为簇首节点，并向它的朋友节点广播消息，声称自己为簇首节点， 同时邀请朋友节点加入以该节点为簇首的簇;若节点u的能力值不是最大，贝lj申请加入朋友 簇中具有最大能力值的节点作为簇首的朋友簇中。
[0030] 步骤S520,重复步骤S200-步骤S500,直到网络中所有节点或成为簇首节点，或从 属于某一个朋友簇内。
[0031] 本发明公开的一种基于节点移动特性的移动P2P网络分簇方法，其特点在于，不但 考虑了节点物理位置的邻近关系，而且还考虑了节点的移动特性，将物理位置邻近且具有 相同运动特征的朋友节点划分到一个簇内，从而使得簇内的网络拓扑结构能够保证最大程 度的相对稳定，有效解决了移动P2P网络拓扑结构不一致性问题，减少网络拓扑维护开销， 提高网络数据传输效率，提高网络可扩展性，同时，具有方法设计简单，适用于节点计算能 力和电池电量受限的移动P2P网络。
[0032] 下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0033]图1是本发明的分簇方法流程图。
[0034] 图2是本发明与其它两种分簇方法在节点平均驻留簇内时间的性能对比图。
【具体实施方式】
[0035] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面通过具体实施例对本发明的 技术方案做进一步地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036] 移动P2P网络中移动节点通常传输范围有限，且移动频繁，造成网络拓扑结构不断 变化，使覆盖网与物理网络层拓扑结构出现不一致性问题，导致数据传输效率低下。通过对 节点移动特性研究发现，在实际应用环境中，节点不是完全随机的运动，而是根据节点的兴 趣、运动规律等显示出一定的移动一致性，本发明所述的一种基于节点移动特性的移动P2P 网络分簇方法的核心思想是:从节点移动特性出发，将具有相同运动特性的节点聚集成簇， 形成朋友簇，使得朋友簇中的节点由于具有相同运动特性，从而能够最大程度地保持了簇 结构的稳定性，解决覆盖网与物理网络拓扑不一致问题，并减少网络拓扑维护开销。
[0037] 本发明实施例提供了一种基于节点移动特性的移动P2P网络分簇方法，如图1所 示，包括以下步骤：
[0038] 步骤S100，为移动P2P网络中的节点分配唯一的覆盖网标识。
[0039]需要说明的是，本发明实施例中使用的术语"节点"、"移动节点"、"移动终端"、"移 动设备"是指各种类型的移动设备，例如，智能手机、个人数字助理(PDA)、平板电脑(PAD)、 笔记本电脑等，其中每个设备能够相互独立地操作，彼此间以无线(例如蓝牙、UMB、LTE、4G 等）的方式进行数据通信。"对等节点"、"移动对等节点"是指各种移动设备在移动P2P覆盖 网络上的映射。
[0040]在本发明实施例中，当移动节点加入到移动P2P网络中时，首先要获得一个全网唯 一的覆盖网节点标识，节点的覆盖网标识可以通过安全散列函数(如SHA-1)对移动设备的 属性进行哈希运算所获得，这些属性可以是移动节点的IP地址、MAC地址、端口地址、公钥等 或者是它们中几项的组合。SHA系列散列函数的哈希值长度通常大于160位，如此长的位数 能够保证移动节点的覆盖网标识几乎不可能出现重复，因此，可以认为是唯一的。
[0041]步骤S200,计算节点能力值，能力值计算公式