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专利号: 2022102723334
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于动态树形网络流量模型的构建方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:构建宽带微功率动态拓扑;

S2:计算宽带微功率动态拓扑特征量;

S3:获取建模的主要参数;

S4:对数据包进行处理;

S5:建立宽带微功率动态拓扑模型;

步骤S1中所述宽带微功率动态拓扑的生成基于协议分析工具(BMPPA)通过数据线连接dongle解析其捕获到的数据包;所述数据包中包含网络拓扑的关键信息,所述关键信息包括时间、原始源TEI、原始目的TEI、PAR、数据帧信息;所述宽带微功率动态拓扑体现在组网阶段和网络维护阶段;

组网阶段:基于对节点入网发起的关联请求报文,以及CCO对请求报文回复的关联确认报文,节点入网分为单节点入网和多节点入网两种情况;

所述单节点入网的动态拓扑生成步骤如下:

S101:读取关联请求报文,获取节点MAC地址;

S102:读取关联确认报文,获取CCO对节点入网的确认结果,如果同意节点入网,则跳到步骤S103,否则跳到步骤S101;

S103:获取CCO给站点分配的TEI以及代理TEI值,并将节点TEI与节点MAC地址绑定;

S104:绘制新的STA节点以及由该STA到代理节点的路径,执行步骤S101,继续下一轮节点入网分析;

当网络中多个一级节点同时申请入网时,每个节点都向CCO发出关联请求报文,CCO可以对各个节点逐一回复关联确认报文,此时按单节点入网进行分析;CCO也可以统一回复一条关联汇总指示报文同意所有节点入网,此时按多节点动态拓扑多节点入网进行分析,所述多节点入网的动态拓扑生成步骤如下:S111:依次读取所有节点发送的关联请求报文,保存各个节点的MAC地址;

S112:读取关联汇总指示报文,该报文携带有CCO为每个MAC地址分配的TEI;

S113:根据TEI个数依此绘制每个STA节点,并绘制所有节点与CCO之间的路径;

网络维护阶段:基于对已入网的节点周期性的发起网络维护信息的解析,包括代理变更和节点离线;

所述代理变更为:当网络中某个节点与代理节点之间通信质量差时,节点向CCO发出代理变更请求,申请更换其他代理节点;CCO回复代理变更确认来给节点分配新的代理节点;

所述代理变更的动态拓扑生成步骤如下:

S121:读取代理变更请求报文,获取申请代理变更节点的TEI以该节点的旧代理TEI,删除该节点与代理节点的路径;

S122:读取代理变更确认报文,获取CCO对节点申请代理变更的确认结果,如果同意节点发生代理变更,则进行步骤S123,否则跳到步骤S121;

S123:获取CCO给STA分配的新代理TEI,绘制节点到新代理节点的路径,执行步骤S121,继续下一轮节点代理变更分析;

当CCO通知网络中某个节点离线时,节点要立即离线,离线后的节点可以再次申请入网,CCO通知节点离线动态拓扑生成拓扑步骤如下:S131:获取CCO通知节点离线的个数,记为i,并读取每个节点的MAC地址,找到每个节点对应的TEI;

S132:每个节点唯一只有一个代理节点,通过节点TEI找到与之相连的代理节点,并删除节点与代理节点的路径,随后删除节点自身;重复步骤二直至所有节点离线成功;

还包括节点因自身故障离线,其动态拓扑生成步骤如下:代理节点在一定周期内没有上报通信成功率报文或者发现列表报文,被判为离线,删除链接路径、删除离线节点,其子节点发起代理变更,寻找新的代理;站点在一定周期内没有发送心跳检测报文,被判定为节点离线,删除链接路径、删除离线节点;

步骤S2具体包括以下步骤:

S21:初始化网络结构:导入邻居表,生成网络拓扑结构;

S22:通过节点数与边数的计算函数:得到节点列表、节点数目、边列表、边数目;

S23:通过度相关的函数:得到节点度、各个节点度值的概率;

S24:通过最短路径的函数:得到最短路径、所有最短路径、最短路径长度、平均最短路径长度;

S25:通过聚集系数函数:得到节点聚集系数、图的平均聚集系数、节点平方聚集系数;

步骤S3中所述主要参数包括:

树形网络拓扑的根节点CCO:负责数据包的生成与接收,管理所有节点的入网与离线;

中继节点PCO:由STA角色转变而来,负责数据包的缓存和转发;

终端节点STA:为数据包的最终流向点,随机选取STA作为PCO;

数据包的产生速率:在单位时间内CCO生成一定数量的数据包,为CCO数据包的生成速率,记为λCCO;

数据包的转发速率:PCO代理节点i在单位时间内将缓存队列中前R个数据包转发到下一跳,称为代理节点i的转发速率,记为vi,转发速率与带宽成正相关;

代理变更:在网络维护阶段,周期性地评估节点之间的链路质量,当原代理的综合权重评估低于现新代理时,节点通过代理变更机制,改变代理节点,通过随机选择节点i触发代理变更机制,考虑网络中旧代理节点与新代理节点的连接度,分别记为odi,ndi;

节点离线:以概率p0的概率删除节点,如果删除的节点为PCO,触发子站点代理变更机制;

步骤S4具体包括以下步骤:

S41:生成:组网完成后,单位时间内,CCO以λ的速率生成数据包;

S42:转发:PCO按照路由表转发数据包,PCO的转发速率记为vi;

S43:丢弃:当PCO的最大内存队列没有缓存时,新到达的数据包被丢弃;

S44:删除:当数据包从源节点到达目的节点后,删除数据包;

步骤S5具体包括以下步骤:

S51:组网初始阶段:在组网阶段,存在一个CCO和m0个STA,CCO为树形网络的根节点,层级为第0层;

S52:节点新增:每间隔一个时间段,唤醒一个节点i,节点通过一段时间对已经入网的m个节点进行信息感知;

S53:度数优先选择:新增节点i选择代理节点;新增的节点优先选择与节点度数更大的节点进行连接,每当有新增节点入网时,满足优先选择节点度数最大原则,新增节点i与节点j连接的概率记为pd,公式为:其中:kj为节点j的节点度;

S54:距离优先选择:点间链路连接概率与距离成负相关的趋势,新入网的节点i与已入网的节点j之间的距离越近,选择节点j作为代理节点入网的概率pl就越大,公式为:其中,dij表示节点i与已入网的节点j之间的距离;

S55:节点离线:以概率p0删除节点,其中0

S56:代理变更:组网完成后,网络中节点进行周期性的链路质量评估,评估规则满足度数优先选择和距离优先选择,当评估出目前的链路质量低于门限时,节点触发代理变更机制,删除旧链路,构建新链路;假设节点i触发代理变更机制,删除网络中n条旧链路,构建新链路时,代理节点的选取采用反选择优先连接,选取的概率记为pp,公式为:其中,N(t)=(1‑p0)+m0,表示t时刻网络规模。