[发明专利]一种移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法

说明书

技术领域

本发明移动自组织网络领域，具体地说，涉及一种移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法。 

背景技术

移动自组织网络通常是由大量的移动节点组成，节点间通过无线通信方式形成自组织网络，能够协作地实现多种功能应用，包括移动P2P网络、社交网络和一般的容迟网络应用等。然而，上述应用都是基于移动节点之间的通信来实现的，而移动节点之间的链路具有很强的间歇性，且链路的持续连接时间非常有限。因此，两个相邻的节点能够利用有限的链路持续连接时间来进行通信的前提条件是它们能够及时地发现对方。移动自组织网络的邻节点发现问题面临着多个挑战：（1）如何能够有效降低平均发现时延；（2）如何能够保障邻节点的最差发现时延具有上界；（3）如何有效降低邻节点发现过程中的能量损耗。因此，需要设计一种发现移动自组织网络中异步邻节点能量有效的方法以满足应用需求。 

由于移动自组织网络中的节点通常都是由电池供电，其能量有限，因此节点采用简单的周期性广播Beacon信号和监听邻节点的Beacon信号来实现邻居节点的发现这一类能耗较大的方法并不适用。为了实现能量有效的邻节点发现，目前大部分是采用基于duty-cycle的方法，即把时间轴分成一系列的时间槽（timeslot），每个节点根据特定的邻节点发现方法来决定在哪个时间槽处于工作状态（active），哪些时间槽则处于休眠状态（sleep）。目前已有的典型的移动自组织网络异步邻节点发现方法包括Disco，Quorum，U-Connect和Searchlight四种。Disco方法（参见P.Dutta and D.Culler.Practical Asynchronous Neighbor Discovery and Rendezvous for Mobile Sensing Applications.In Proceedings of ACM SenSys,2008.）利用中国剩余定理（Chinese Remainder Theorem），为网络中的节点选取一对素数，每个节点以所选取的素数为基准，在相应的时间槽内监听并广播Beacon信号，同时Disco方法所选取的这对素数的倒数之和刚好近似于节点的工作周期。Quorum方法（参见S.Lai,B.RavindranandH.Cho.Heterogenous Quorum-based Wakeup Scheduling in Wireless Sensor Networks.IEEE Transactions on Computers,2010.）则是将时间分成一系列新标周期（beacon interval），每个新标周期包括m×m个连续时间槽，每个节点从这m²个时间槽中选取一行和一列作为工作周期（active duty cycle），在工作周期中的时间槽中节点广播和监听Beacon信号，在其它时间槽则处于休眠状 态。Quorum方法可以保证邻节点发现时延不大于m²。 

U-Connect方法中（参见A.Lakshmanan and R.R.Rajkumar.U-Connect:ALow-latency Energy-efficient Asynchronous Neighbor Discovery Protocol.In Proceedings of ACM/IEEE IPSN,2010.），每个节点只需要选择一个素数，根据素数来决定处于工作状态的时间槽，在这些时间槽中节点会广播和监听Beacon信号来发现其邻居节点，而在其它时间槽中则处于休眠状态。U-Connect方法所需要的邻节点发现时延比上述两种方法要短，且其工作周期与所选取的素数相关。Searchlight方法（参见M.Bakht and M.Trower and R.Kravets.Searchlight:won’t you be my neighbor?In Proceedings of ACM MOBICOM,2012.）为了进一步降低最差情况下的邻居节点发现时延，提出了一种基于探测（probing-based）的方法，即在每t个时间槽中，第一个时间槽为锚槽，而探测槽则在后面的几个时间槽中选取，而且，探测槽的位置会不断变化，节点在锚槽和探测槽中均处于工作状态，周期性广播和监听Beacon信号来发现邻居节点，在其它时间槽则处于休眠以节省能耗。通过这样一种机制，可以有效地降低平均发现时延和最差情况发现时延。然而，上述邻节点发现方法的总体缺陷是其邻节点平均发现时延和最差情况发现时延仍然相对较长，能耗较大。 

发明内容