用于移动无线网络的基于完全差集的邻居节点发现方法技术

一种无线通信技术领域的用于移动无线网络的基于完全差集的邻居节点发现方法，基于由0-1序列表示的无线节点活动-睡眠模式，将占空比对称情况下的活动-睡眠模式设计问题进行了建模，并根据建模利用完全差集建立最优或者接近最优的对称活动-睡眠模式，最后将周期长度互质的若干对称的活动-睡眠模式组合成适用于占空比非对称情况下邻居节点发现的活动-睡眠模式序列。本发明专利技术针对移动无线网络中的邻居节点发现方法，并利用节点的活动-睡眠模式与完全差集的联系，建立了能实现更高能效和更短延时的活动-睡眠模式，实际应用简单，并且降低了邻居节点发现方法的能量消耗，在占空比对称和非对称情况下都缩短了发现延时。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种移动无线网络
的方法，具体是一种移动无线网络中基于完全差集(Perfect Difference Set)的邻居节点发现方法,利用完全差集设计无线移动节点在邻居节点发现过程中所采用的活动-睡眠模式(Active-Sleep Pattern),在保证邻居节点发现成功的前提下，实现很高的能量效率，并显著地缩短邻居节点发现过程的延时。
技术介绍
近年来，移动无线网络中涌现了许多基于无线节点位置的应用(PiX)Ximity-BasedApplications)，这些应用依赖于移动无线节点有效发现其周围邻居节点的能力。因此，在移动无线网络中实现高能量效率和低延时的邻居节点发现就显得尤为重要。考虑到移动无线网络的特点，移动无线网络中的邻居节点发现方法有四个基本要求:第一，分布式，因为集中式的方案必然会受限于移动节点与中央服务器之间的连接，并且会带来很大的时间延迟和能量消耗；第二，异步性，因为实现无线节点间同步的方法，如GPS，会引入高能耗，从而加快无线节点电池耗尽的速度；第三，确定性，因为采用随机的方法，可能会导致任意长的发现延时，在这种情况下，一个无线节点会失去发现本来处于其通信范围内的邻居节点的机会；第四，对称和非对称的占空比(duty cycle)，因为不同的无线节点具有不同的剩余电池电量，它们在进行邻居节点发现时所能采用的占空比可能是相同(对称)或者不同(非对称)的。因此，移动无线网络中的邻居节点发现必须依赖于分布式的异步方法，每个无线节点必须有独立确定的活动-睡眠模式。移动无线网络中的邻居节点发现方法，通常都将时间分为等长的时间槽。根据无线节点在一个时间槽内的活动，将其分为活动时间槽和睡眠时间槽两类。在一个活动时间槽中，一个无线节点分别在开始以及结尾发送包含自身地址的数据包(Beacon)，并在之间的剩余时间内保持接收状态；在一个睡眠时间槽中，无线节点既不发送也不进行接收，因而几乎不消耗能量。并且，一个节点A接收到来自另一个节点B的地址数据包，就表示节点A发现了邻居节点B。因此，如果两个邻居节点的活动时间槽在某一时刻会出现重合，它们就可以成功地相互发现。在移动无线网络中，无线节点一般是手机、平板电脑等具有无线功能的可移动电子设备。这些设备受限于本身有限的电池电量，在进行邻居节点发现时往往遵从于比较低的占空比，即它们在大部分时间槽内保持睡眠，只在少数的时间槽内进行数据包的发送与接收。无线节点在邻居节点发现过程中的活动与睡眠状态的转换，是由一个确定的活动-睡眠模式决定的。一个活动-睡眠模式规定了一个节点在一个周期内的行为。在占空比对称的情况下，所有节点都有相同的活动-睡眠模式。现有的邻居节点发现协议将时间分为等长的时间槽，节点在一个时间槽内保持活动(Active)或者睡眠(Sleeping)。具体来说,节点分别在一个活动时间槽的开始和结尾发送地址包，并在剩余时间保持接受状态；而节点在一个睡眠时间槽中既不发送也不接收。当两个邻居节点的活动时间槽重合时，它们就可以互相发现。但是，在消耗相同能量的前提下，现有的协议在对称的占空比下的表现远远低于最优，而且也不能在非对称情况下同时实现很好的平均发现延时和最坏情况发现延时。完全差集记载于L.D.Baumert 在“Cyclic difference sets，，(Lecture Notes inMathematics.Springer-Verlag New York, 1971)以及 J.Singer 在“A theorem in finiteprojective geometry and some applicationsto number theory,?(Transactions of theAmerican Mathematical Society, vol.43, n0.3, pp.377 - 385, 1938),其数学定义为:一个由w个不同的小于n的整数构成的集合，并且每一个小于n的非零整数都等于差集中唯一的一对不同元素的差。完全差集的性质包括:在模n的前提下，将一个完全差集中的全部元素分别加上或者减去一个相同的整数，所得的集合仍然是一个完全差集；在模n的前提下，将一个完全差集中的全部元素分别乘以一个与n互质的整数p，结果仍然是一个完全差集。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103338502A，【公开日】2013-10-02，公开了一种基于长方形矩阵的传感器节点邻居发现方法及系统，包括以下步骤:将无线传感器网络中的任一无线传感器节点的工作周期编排成一个矩阵；在矩阵中任选一列作为纵向苏醒时隙；从所选列中任选一个时隙，在距此时隙一个间隔的节点处开始横向、间隔的选取横向苏醒时隙；在选取横向苏醒时隙时，如果最后苏醒时隙在经过下一个间隔后将落入选中的列中，则在经过下一个间隔之后，横向选取距倒数第二个苏醒时隙最近的时隙，作为最后一个横向苏醒时隙，根据纵向苏醒时隙的数量与横向苏醒时隙的数量，得到总苏醒时隙；根据总苏醒时隙与网络矩阵中的所有时隙，得到占空比。但该技术的缺陷及不足在于:要求全部节点以某个固定的对称占空比工作，不适用于占空比非对称的情形；并且其邻居发现的延时更长，远大于最优延时。中国专利文献号CN103002489A，【公开日】2013_03_27，公开了一种邻居发现表项更新方法及节点设备。方法包括:节点设备接收邻居节点设备发送的迁移探测报文，所述迁移探测报文携带有状态迁移指示；节点设备根据所述状态迁移指示，将所述邻居节点设备对应的ND表项的状态由可达状态变更为过时状态。采用该技术可以在邻居节点设备与节点设备之间的状态变为不可达状态之前，及时变更ND表项的状态为过时状态，避免产生不必要的流量，减少无线资源的浪费，并可减轻节点设备的负担。但该技术的缺陷及不足在于:需要邻居节点之间发送迁移探测报文，不适用于异步、节点移动性强并且受限于占空比的移动无线网络。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种，通过扩展及补充完全差集设计确定性的活动-睡眠模式，使其在占空比对称的情况下能够实现最优或者接近最优的发现延时，在占空比非对称的绝大多数情况下都获得更短的延时。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括以下步骤:步骤1、在占空比对称的情况下，利用由0-1序列代表的活动-睡眠模式，将对称的活动-睡眠模式的设计问题`建模成最小化的优化问题，得到的最大发现延时，具体为:优化目标:最小化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于移动无线网络的基于完全差集的邻居节点发现方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、在占空比对称的情况下，利用由0?1序列代表的活动?睡眠模式，将对称的活动?睡眠模式的设计问题建模成最小化的优化问题，得到的最大发现延时；第二步、根据第一步中得到的最大发现延时建立相应的基于完全差集的活动?睡眠模式序列，即当最大发现延时为一完全差集长度的两倍时，直接通过扩展该完全差集建立活动?睡眠模式序列，否则利用贪婪算法在完全差集的基础上构建活动?睡眠模式序列；第三步、由对称占空比下的活动?睡眠模式序列组合成一个非对称占空比下的活动?睡眠模式序列，即非对称序列，其中任意两个活动?睡眠模式序列对应于不同的占空比并且长度互质；第四步、网络节点从一个非对称序列中任意选择一个活动?睡眠模式序列作为其活动?睡眠模式，即选择了相应的占空比，从而实现不同节点占空比非对称情况下的邻居节点发现。

【技术特征摘要】
1.一种用于移动无线网络的基于完全差集的邻居节点发现方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步、在占空比对称的情况下，利用由0-1序列代表的活动-睡眠模式，将对称的活动-睡眠模式的设计问题建模成最小化的优化问题，得到的最大发现延时； 第二步、根据第一步中得到的最大发现延时建立相应的基于完全差集的活动-睡眠模式序列，即当最大发现延时为一完全差集长度的两倍时，直接通过扩展该完全差集建立活动-睡眠模式序列，否则利用贪婪算法在完全差集的基础上构建活动-睡眠模式序列； 第三步、由对称占空比下的活动-睡眠模式序列组合成一个非对称占空比下的活动-睡眠模式序列，即非对称序列，其中任意两个活动-睡眠模式序列对应于不同的占空比并且长度互质； 第四步、网络节点从一个非对称序列中任意选...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴帆，孟彤，陈贵海，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：