技术领域
[0001] 本
发明实施例涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法、装置和设备。
背景技术
[0002] 随着对于海洋探测的需求的日益增长，水声自组织网络吸引了越来越多的研究。水声自组织网络由一组水下无线
节点组成，它们协同工作以完成污染监测、海洋数据收集、海岸线探测等任务。为了完成这些任务，需要实现水下节点之间的通信，水声自组织网络通过采用水声通信技术和自组织网络的组网技术为水下节点之间提供了通信功能。
[0003] 在水下环境中，
电磁波的传播衰减很快，仅能在超低
频率下(30-300赫兹)实现长距离传播，这需要大型的天线和很高的传输功率。相比之下，
声波在水下不会产生如此高的衰减，因此水下网络通常采用水声声波进行通信。但是，由于在水下声波的传播速度(1.5*103米/秒)相比于电磁波(3*108米/秒)很慢，水声通信面临着严重的高延迟的问题。
[0004] 由于水声自组织网络的节点之间通过水声传播的方式实现信息传输，采用自组织网络的组网技术进一步加重了水声自组织网络的高延迟问题。由于水声传播距离的限制，无线节点的通信距离有限，水声自组织网络通常采用“多跳”的方式实现超出水声传播距离的节点(不能直接通过一次水声传播实现通信的节点)之间的通信，即在通信过程中使用一些节点作为中继节点实现信息传递，完成路由功能。但是，大量的中继节点会造成网络中信道竞争和
信号干扰的问题。因此，受有线网络中骨干网概念的启发，自组织网络中通常将路由功能限制在一些骨干节点上，这些节点组成的子网称为自组织网络的虚拟骨干网。然而，将网络的路由限制在虚拟骨干网这一子网上，不可避免的会增加节点间路由时的路径长度，从而增加节点间的通信延迟，在具有高延迟的水声网络中，这一问题尤为严重。
[0005] 在水声自组织网络中，如图1，由于水声通信的高延迟，水声自组织网络中必须考虑节点间欧氏距离造成的节点间的通信延迟。在图1中，每条边上的数字代表了它连接的两个节点间的通信延迟，可见距离越近的节点间的通信延迟越小。在图1所示的水声自组织网络中，如果采用{b,c,e}作为网络的虚拟骨干网，那么节点a到节点f之间的通信延迟为4+5+2＝11；如果采用{b,d,e}作为网络的虚拟骨干网，那么节点a到节点f之间的通信延迟为5+5+5+2＝17。可见虚拟骨干网的选取会很大的影响网络的延迟，现有的虚拟骨干网的构建方法没有考虑到水声自组织网络中的网络延迟问题。
发明内容
[0006] 为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法、装置和设备。
[0007] 根据本发明实施例的第一方面，提供一种水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法，包括：确定水声自组织网络中的第一类节点，其中，所有第一类节点组成水声自组织网络对应的无向图的最大独立集；基于每一第一类节点确定第二类节点，第二类节点为任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点，其中，任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点的数量不超过预设数量；基于每一第一类节点和每一第二类节点构建水声自组织网络的虚拟骨干网，其中，虚拟骨干网包括所有第一类节点。
[0008] 根据本发明实施例的第二方面，提供一种水声自组织网络中虚拟骨干网的构建装置，包括：第一确定模
块，用于确定水声自组织网络中的第一类节点，其中，所有第一类节点组成水声自组织网络对应的无向图的最大独立集；第二确定模块，用于基于每一第一类节点确定第二类节点，第二类节点为任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点，其中，任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点的数量不超过预设数量；构建模块，用于基于每一第一类节点和每一第二类节点构建水声自组织网络的虚拟骨干网，其中，虚拟骨干网包括所有第一类节点。
[0009] 根据本发明实施例的第三方面，提供一种
电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个
存储器和
数据总线；其中：处理器与存储器通过数据总线完成相互间的通信；存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令以执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法。
[0010] 根据本发明实施例的第四方面，提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储
计算机程序，该计算机程序使计算机执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法。
[0011] 本发明实施例提供的一种水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法、装置和设备，包括确定水声自组织网络中的第一类节点，其中，所有第一类节点组成水声自组织网络对应的无向图的最大独立集；基于每一第一类节点确定第二类节点，第二类节点为任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点，其中，任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点的数量不超过预设数量；基于每一第一类节点和每一第二类节点构建水声自组织网络的虚拟骨干网，其中，虚拟骨干网包括所有第一类节点。本方法、装置和设备构建的虚拟骨干网，保证了虚拟骨干网中相邻的第一类节点之间均通过最短水声链路进行连接，减小了水声在虚拟骨干网中的传输距离，从而减小了水声自组织网络中的网络延迟。
附图说明
[0012] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013] 图1为现有技术中水声自组织网络的示意图；
[0014] 图2为根据本发明实施例提供的水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法的
流程图；
[0015] 图3为根据本发明实施例提供的水声自组织网络的示意图；
[0016] 图4为根据本发明实施例提供的水声自组织网络中虚拟骨干网的构建装置的示意图；
[0017] 图5为根据本发明实施例提供的电子设备的示意图。
具体实施方式
[0018] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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。
[0019] 图2为本发明实施例提供的水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法的流程图，如图2所示，一种水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法，包括：S21，确定水声自组织网络中的第一类节点，其中，所有第一类节点组成水声自组织网络对应的无向图的最大独立集；S22，基于每一第一类节点确定第二类节点，第二类节点为任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点，其中，任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点的数量不超过预设数量；S23，基于每一第一类节点和每一第二类节点构建水声自组织网络的虚拟骨干网，其中，虚拟骨干网包括所有第一类节点。
[0020] 具体地，水声自组织网络可抽象为一个无向图G＝(V,E),其中V代表水声自组织网络中的节点，E代表可通过水声直接通信的节点之间的水声链路，如图3所述，图3中各虚线圈表述水声传播范围，超过水声传播范围的节点之间无法直接建立水声链路，例如，对于节点a，节点b和f在节点a的水声传播范围内，可与a建立水声链路，节点c、d、e、g超出节点a的水声传播范围，无法直接建立水声链路，需通过其他节点作为中继节点来实现通信。
[0021] 独立集为无向图中的节点组成的一个子集，该子集中任意两个节点之间没有连接关系，若独立集的数量达到最大，即组成无向图的最大独立集。通过确定水声自组织网络中的第一类节点，所有第一类节点组成水声自组织网络对应的无向图的最大独立集，能使得水声自组织网络中每一节点分别能直接通过水声传播的方式连接至最大独立集中的某一节点，再由最大独立集中的节点来构建虚拟骨干网，能实现水声自组织网络中任意两个节点之间均能通过该虚拟骨干网进行水声通信。
[0022] 同时，为了保证水声自组织网络中任意两个节点之间的水声通信的水声传播距离最短，在构建虚拟骨干网之间，还确定第二类节点，第二类节点为任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点，其中任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点的数量不超过预设数量；所构建的虚拟骨干网包括所有的第一类节点和部分第二类节点，并形成一个连通支配集，能达到水声自组织网络中任意两个节点之间的水声通信的水声传播距离最短，以保证水声自组织网络中的网络延迟最小。
[0023] 本实施例的构建方法所构建的虚拟骨干网，保证了虚拟骨干网中相邻的第一类节点之间均通过最短水声链路进行连接，减小了水声在虚拟骨干网中的传输距离，能达到水声自组织网络中任意两个节点之间的水声通信的水声传播距离最短，以保证水声自组织网络中的网络延迟最小。
[0024] 基于以上实施例，进一步地，确定水声自组织网络中的第一类节点，包括：对于水声自组织网络中的任一节点，获取所述任一节点的邻居节点中每一节点的编号，所述任一节点的邻居节点为与所述任一节点相连接的所有水声链路上且距离所述任一节点不超过预设数量的节点，将所述任一节点的编号和所述任一节点的邻居节点的编号作为所述任一节点对应的编号集合；若确定所述任一节点满足预设条件，则将所述任一节点作为一个第三类节点，预设条件为所述任一节点的编号在所述任一节点对应的编号集合中最小；依此将满足预设条件的每一节点作为一个第三类节点；对于与每一第三类节点分别直接连接的第四类节点，根据第四类节点确定第五类节点，其中，每一第五类节点只与第四类节点直接连接；将所有第三类节点和所有第五类节作为第一类节点。
[0025] 具体地，水声自组织网络中每一节点在初始化是可赋予一个不重复的编号(ID)，可通过每一节点的编号来确定水声自组织网络对应的无向图的最大独立集；首先，每一节点获取其邻居节点中每一节点的编号，其中，任一节点的邻居节点为与该任一节点相连接的所有水声链路上且距离该任一节点不超过预设数量的节点，预设数量可选择3，若确定某一节点的编号比其邻居节点中每一节点的编号都要笑，则将该节点作为一个第三类节点，然后，对于与每一第三类节点分别直接连接的第四类节点，根据第四类节点确定第五类节点，其中，每一第五类节点只与第四类节点直接连接；最后将所有第三类节点和所有第五类节作为第一类节点，即作为水声自组织网络对应的无向图的最大独立集中的节点。
[0026] 基于以上实施例，进一步地，获取所述任一节点的邻居节点中每一节点的编号，包括：控制所述任一节点的邻居节点中每一节点以水声传播的方式依次传递所述任一节点的邻居节点中每一节点的编号，以使所述任一节点获取所述任一节点的邻居节点中每一节点的编号。
[0027] 具体地，由于水声传播的距离有限，传播距离之外的节点之间无法直接通信，本实施例中，每一节点可将本节点的编号通过水声传播的方式广播，直接连接的节点之间可获得彼此的编号，其中，直接连接的节点为可通过水声传播的方式直接通信而无需中继节点转发信息的节点，依次，每一节点再次广播与其直接连接的节点的编号，以使任一节点获取该任一节点的邻居节点中每一节点的编号。
[0028] 基于以上实施例，进一步地，根据第四类节点确定第五类节点，包括：控制每一第四类节点以水声传播的方式向直接连接的节点广播一个标记信息；若确定目标节点从所有直接连接的节点接收到标记信息，则将每一目标节点作为一个第五类节点。
[0029] 具体地，第四类节点为与每一第三类节点分别直接连接的节点，同可过第三类节点广播一个确认信息，例如广播一个GREY信息，将任何接收到第三类节点所广播的确认信息的节点均作为第四类节点。而第五类节点为与其直接连接的节点均为第四类节点的节点，具体的确定方式为，控制每一第四类节点以水声传播的方式广播一个标记信息，例如广播一个ERASED信息，若某一节点从所有直接连接的节点接收到标记信息，则将该节点作为一个第五类节点。
[0030] 基于以上实施例，进一步地，基于每一第一类节点确定第二类节点，包括：控制每一第一类节点以水声传播的方式广播一个连接信息，每一连接信息携带有作为广播起始节点所对应的第一类节点的编号；对于所述水声自组织网络中的任一节点，若所述任一节点接收到任一连接信息，则将所述任一节点的编号添加到所述任一连接信息中并再次以水声传播的方式广播，直至所述任一连接信息被一个第一类节点接收；若每一第一类节点接收到的连接信息携带的编号不超过预设数量，则将每一连接信息中携带的除第一类节点的编号以外的编号对应的节点作为第二类节点。
[0031] 具体地，每一第一类节点以水声传播的方式广播一个连接信息，每一连接信息携带有作为广播起始节点所对应的第一类节点的编号，例如，连接信息的形式可以为(IDi，CONNECTED)，其中IDi为广播该连接信息的第一类节点的编号，在某一节点接收到一个连接信息时，该节点将其编号添加到连接信息中并再次广播，添加一次编号后的连接信息的形式可以为(IDi，CONNECTED，IDu)，其中IDu为再次广播连接信息的节点的编号，重复以上步骤，直至连接信息被某一第一类节点接收，若某一第一类节点接收的连接信息为(IDi，CONNECTED，IDu)，则将IDu对应的节点作为一个第二类节点，若某一第一类节点接收的连接信息为(IDi，CONNECTED，IDu，IDv)，则将IDu和IDv分别对应的节点作为一个第二类节点，若每一第一类节点接收到的连接信息携带的编号不超过预设数量，则将每一连接信息中携带的除第一类节点的编号以外的编号分别对应的节点作为第二类节点，这样可以保证第二类节点为任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点。
[0032] 基于以上实施例，进一步地，基于每一第一类节点和每一第二类节点构建水声自组织网络的虚拟骨干网，包括：以任一第一类节点作为根节点，形成
树形结构，树形结构中的枝为水声自组织网络中直接相连接的第一类节点与第二类节点之间的水声链路，树形结构包括所有第一类节点；将树形结构中的所有节点组成水声自组织网络的虚拟骨干网。
[0033] 具体地，基于每一第一类节点和每一第二类节点，形成一个树形结构，该树形结构包括所有的第一类节点以及部分第二类节点，将树形结构中的所有节点组成水声自组织网络的虚拟骨干网，更具体地，以任一第一类节点作为根节点，将根节点作为邀请消息的始发节点广播一个邀请消息，在某一第二类节点接收到邀请消息时，将其编号添加到邀请消息中并广播，添加一次编号后的邀请消息的形式可以为(INVITE,IDu)，其中IDu为该某一第二类节点的编号，若另一第二类节点接收到该某一第二类节点的邀请消息，则该另一第二类节点将其编号再次添加到邀请消息中，添加两次编号后的邀请消息的形式可以为(INVITE,IDu，IDv)，其中IDv为该另一第二类节点的编号，重复上述步骤，直至某一第一类节点接收到邀请消息，若该某一第一类节点接收到的邀请消息携带的编号小于预设数量，则将该某一第一类节点以及接收到的邀请消息携带的编号对应的第二类节点作为树形结构中的节点；然后将该某一第一类节点重新作为邀请消息的始发节点广播一个邀请消息，然后重复以上步骤，直至树形结构包括了所有第一类节点。
[0034] 图4为本发明实施例提供的水声自组织网络中虚拟骨干网的构建装置的示意图，如图4所示，一种水声自组织网络中虚拟骨干网的构建装置，包括：第一确定模块41、第二确定模块42、构建模块43，其中：
[0035] 第一确定模块41，用于确定水声自组织网络中的第一类节点，其中，所有第一类节点组成水声自组织网络对应的无向图的最大独立集；第二确定模块42，用于基于每一第一类节点确定第二类节点，第二类节点为任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点，其中，任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点的数量不超过预设数量；构建模块43，用于基于每一第一类节点和每一第二类节点构建水声自组织网络的虚拟骨干网，其中，虚拟骨干网包括所有第一类节点。
[0036] 本发明实施例的装置，可用于执行上述各方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0037] 图5为本发明实施例提供的电子设备的示意图，如图5所示，一种电子设备，包括：至少一个处理器51、至少一个存储器52和数据总线53；其中：处理器51与存储器52通过数据总线53完成相互间的通信；存储器52存储有可被处理器51执行的程序指令，处理器51调用程序指令以执行上述各方法实施例所提供的水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法，例如包括：确定水声自组织网络中的第一类节点，其中，所有第一类节点组成水声自组织网络对应的无向图的最大独立集；基于每一第一类节点确定第二类节点，第二类节点为任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点，其中，任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点的数量不超过预设数量；基于每一第一类节点和每一第二类节点构建水声自组织网络的虚拟骨干网，其中，虚拟骨干网包括所有第一类节点。
[0038] 本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，该计算机程序使该计算机执行上述各方法实施例所提供的水声自组织网络中虚拟骨干网的构建方法，例如包括：确定水声自组织网络中的第一类节点，其中，所有第一类节点组成水声自组织网络对应的无向图的最大独立集；基于每一第一类节点确定第二类节点，第二类节点为任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点，其中，任意两个相邻的第一类节点之间的最短水声链路上的节点的数量不超过预设数量；基于每一第一类节点和每一第二类节点构建水声自组织网络的虚拟骨干网，其中，虚拟骨干网包括所有第一类节点。
[0039] 本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序指令相关的
硬件来完成，前述的计算机程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0040] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0041] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助
软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，
服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0042] 最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
