CN103634872B - 一种移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法 - Google Patents

Abstract

本发明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，该方法中，在时间槽对齐条件下和时间槽非对齐条件下，每个节点均将自身的时间轴分成连续的固定长度的时间槽，通过特定的调度算法来分配节点处于工作状态的时间槽，在这些时间槽中，节点将周期性发送Beacon信号，并监听邻居节点的Beacon信号，一旦节点能够接收到邻居节点的Beacon信号，即能够成功地发现其邻居节点；而在其它时间槽中，为了节省有限的能量，节点则处于休眠状态。与传统的邻节点发现方法不同，本发明邻节点发现方法能够高效地利用时间槽来发送和接收Beacon节点，具有发现时延短，平均能耗低的优点，并且能够保证最长发现时延具有理论上限值。

Description

一种移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法

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(time slot)，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 andRendezvous 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.Ravindran and H.Cho.Heterogenous Quorum-based Wakeup Scheduling in Wireless Sensor Networks.IEEE Transactionson 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 dutycycle)，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:A Low-latencyEnergy-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 yoube 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

本发明针对现有移动自组织网络中能量有效的邻节点发现方法存在的上述不足，提供了一种移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法，该方法能够很大程度上降低邻节点发现时延，包括平均时延和最差情况时延，并且能够进一步降低节点在邻节点发现过程中的平均能耗，适用于链路持续时间有限以及能量有限的移动自组织网络。

本发明的技术方案是：一种移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法，其步骤包括：

(1)移动自组织网络部署完成后，各节点根据网络对邻节点发现过程的平均能耗以及发现时延性能要求，确定所需的参数D和n，其中，D表示一个单元的时间槽个数，n表示每个单元内部分工作状态时间槽的个数；

(2)各节点根据当前时间以及相应的参数D和n来决定在时间槽t的状态，所述各节点根据当前时间以及相应的参数D和n来决定在时间槽t的状态的步骤为：设定节点采用m表示，则节点m根据公式Ⅰ确定其在时间槽t的状态，公式Ⅰ的表达式如下：

式中，Ψ(m,t)_QA表示在时间槽对其条件下节点m在时间槽t的状态，若和均采用表示，则和分别表示的余数、取下整和取上整，θ^-表示节点m在该时间槽的前1-θ部分处于休眠状态，后θ部分处于工作状态，D表示一个单元的时间槽个数，n表示每个单元内部分工作状态时间槽的个数，θ表示一个时间槽的某一个连续片段占整个时间槽的比例，0≤θ≤1；

或所述各节点根据当前时间以及相应的参数D和n来决定在时间槽t的状态的步骤为：设定节点采用m表示，则节点m根据公式Ⅱ确定其在时间槽t的状态，公式Ⅱ的表达式如下：

式中，Ψ(m,t)_QU表示在时间槽非对齐条件下节点m在时间槽t的状态，若和均采用表示，则和分别表示的余数、取下整和取上整，θ⁺表示节点m在该时间槽的前θ部分处于工作状态，后1-θ部分处于休眠状态，D表示一个单元的时间槽个数，n表示每个单元内部分工作状态时间槽的个数，θ表示一个时间槽的某一个连续片段占整个时间槽的比例，0≤θ≤1。

(3)各节点根据当前时间槽t的状态来决定处于工作状态还是休眠状态；

(4)若节点能够接收到其它节点的Beacon信号，则将其加入邻居列表中；若节点的Beacon信号能被其它节点接收到，则其它节点将该节点加入邻居列表中。

优选的是，步骤(3)中，所述各节点根据当前时间槽t的状态来决定处于工作状态还是休眠状态的步骤为：若节点在某一时间槽的状态为1，则在该时间槽内每间隔θ广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，若节点在某一时间槽的状态为θ^-，则在该时间槽的前1-θ部分处于休眠状态，在后θ部分的起始和终止时刻各广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，若节点在某一时间槽的状态为0，则在整个时间槽中都处于休眠状态。

优选的是，步骤(3)中，所述各节点根据当前时间槽t的状态来决定处于工作状态还是休眠状态的步骤为：若节点在某一时间槽的状态为1，则在该时间槽内每间隔θ广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，若节点在某一时间槽的状态为θ⁺，则在该时间槽的前θ部分的起始和终止时刻各广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，在后1-θ部分处于休眠状态，若节点在某一时间槽的状态为0，则在整个时间槽中都处于休眠状态。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所提出的邻节点发现方法中，节点将时间轴划分成一系列长度相等的时间槽，然后选取特定的时间槽处于工作状态，与现有邻节点的发现方法不同，本发明不要求节点在整个时间槽都处于工作状态，而是可以在一个时间槽的一部分时间工作，其它时间则休眠。

(2)本发明邻节点发现方法提出在最差情况发现时延不变条件下最小化平均能耗所对应的的参数设置方法，使整个网络能够很方便地进行相应的参数设置，降低网络中节点在邻节点发现过程的平均能耗。

(3)本发明所提出的邻节点发现方法均适用于分布式节点，且计算量较小，易于实现。

(4)本发明所提出的时间槽对其条件下和时间槽非对齐条件下发现邻节点的方法均具有最差情况发现时延的理论上限，且都为个时间槽，相比已有的邻节点发现方法低得多，为链路持续连接时间有限的节点间通信提供理论保障。

(5)在平均能耗相等的条件下，本发明所提出的时间槽对其条件下和时间槽非对齐条件下的邻节点发现方法的邻节点平均发现时延均比已有的邻节点发现方法短，更适用于节点间链路持续连接时间有限的移动自组织网络。

(6)在最差情况发现时延相等的条件下，本发明所提出的时间槽对其条件下和时间槽非对齐条件下的邻节点发现方法在邻居节点发现过程的平均能耗比已有的方法低，更适用于节点自身能量有限的移动自组织网络。

附图说明

附图1为本发明具体实施例节点m的时间槽状态示意图。

附图2为本发明具体实施例时间槽对齐条件下节点m的时间槽状态示意图。

附图3为本发明具体实施例时间槽非对其条件下节点m的时间槽状态示意图。

附图4为本发明具体实施例时间槽对齐条件下两个邻居节点的发现过程示意图。

附图5为本发明具体实施例时间槽非对齐条件下两个邻居节点的发现过程示意图。

附图6为时间槽对齐条件下且工作周期为5％时本发明邻节点发现方法与现有邻节点发现方法的发现延时分布比较图。

附图7为时间槽对齐条件下且工作周期为10％时本发明邻节点发现方法与现有邻节点发现方法的发现延时分布比较图。

附图8为时间槽非对齐条件下且工作周期为5％时本发明邻节点发现方法与现有邻节点发现方法的发现延时分布比较图。

附图9为时间槽非对齐条件下且工作周期为10％时本发明邻节点发现方法与现有邻节点发现方法的发现延时分布比较图。

附图10为移动自组织网络中异步邻节点发现过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，阴影部分表示节点m处于工作状态，空白部分表示节点m处于休眠状态，箭头表示节点m正在广播Beacon信号，其中，节点m在第0个时间槽中都处于工作状态，而在第1个时间槽中则只有后面的θ部分是处于工作状态，前面的1-θ部分则处于休眠状态。本发明采用Ψ(m,t)表示节点m在时间槽t的状态：Ψ(m,t)＝0表示节点m在整个时间槽t都处于休眠状态，如图1中所示的第2个时间槽，Ψ(m,2)＝0；Ψ(m,t)＝1表示节点m在整个时间槽t都处于工作状态，如图1中所示的第1个时间槽，Ψ(m,0)＝1；Ψ(m,t)＝θ⁺表示节点m在[t+θ,t+1]内处于工作状态，而在时间槽t的前θ部分则处于休眠状态，如图1中所示的第3个时间槽，Ψ(m,3)＝θ⁺；Ψ(m,t)＝θ^-表示节点m在[t+1-θ,t+1]内处于工作状态，而在时间槽t的前1-θ部分则处于休眠状态，如图1中所示的第1个时间槽，Ψ(m,1)＝θ^-；表示节点m在[t,t+θ]和[t+1-θ,t+1]内处于工作状态，而在时间槽t的其它时间段则处于休眠状态，如图1中所示的第4个时间槽， $\mathrm{\Ψ}(m,4)={\mathrm{\θ}}^{-}\⊕{\mathrm{\θ}}^{+}.$

如果节点在整个时间槽都处于工作状态，则定义该时间槽为完全工作时间槽(full slot)，如果节点在某个时间槽中只有部分时间处于工作状态，则定义该时间槽为部分工作时间槽(fractional slot)，其它时间槽则定位为空时间槽(empty slot)。如图1所示，时间槽0就是一个完全工作时间槽，时间槽1,3和4则是部分工作时间槽，而时间槽2为空时间槽。

当节点处于工作状态时，可以通过广播Beacon信号以及监听邻居节点的Beacon信号来发现对方以及被对方发现。本发明所提出的邻节点发现方法中，节点在每一段处于工作状态的时间区间的起始时刻会广播一个Beacon信号，然后在θ个时间槽内(0≤θ≤1)监听邻居节点的Beacon信号，之后再广播一个Beacon信号，再监听θ个时间槽，不断重复，直到节点进入休眠状态。如图1所示，若则节点m在第0个时间槽的起始时刻广播一个Beacon信号，然后监听个时间槽，再广播一个Beacon信号，在整个时间槽中一共广播五次Beacon信号。当两个邻居节点均处于工作状态的连续时间段的交集大于θ时，它们各自可以接收到对方的Beacon信号，此时，这两个节点就能够成功发现对方。

当节点的时钟漂移可以忽略不计时，可以认为每个节点的时间槽是对齐的，即不同节点的时间槽的起始时刻是一样的，但是节点之间是异步的，即同一时间两个不同节点的时间槽编号可能是不一样的，在时间槽对齐条件下，每个节点可以通过合理的调度来尽快发现邻居节点。当节点的时钟漂移比较严重，不能够忽略，此时不同节点的时间槽是非对齐的，即不同节点的时间槽的起始时刻不一定是一致的，但是两个节点会面过程这一小段时间内，节点的时间槽之间的偏差可以认为是不变的。

在时间槽对齐条件下，每个节点将时间分成一系列大小相等的时间槽，每D个(D>1)时间槽为一个单元，每个单元包括1个完全工作时间槽，n个部分工作时间槽以及D-n-1个空时间槽。在每个单元中，首个时间槽固定为完全工作时间槽，部分工作时间槽则不断地移动。例如，对于某一节点来说，在第1个单元中，第0个(首个)时间槽为完全工作时间槽，第1到第n个时间槽为部分工作时间槽，其余的为空时间槽；在第2个单元中，第0个时间槽仍为完全工作时间槽，第n+1到2n个时间槽为部分工作时间槽，其余为空时间槽；在第个单元中，第0个时间槽为完全工作时间槽，第到个时间槽为部分工作时间槽，其余为空时间槽。每个单元为一个调度周期，即第1个单元和第个单元的时间槽安排是一样的。同时，在时间槽对齐条件下，节点在部分工作时间槽内只有在后面θ部分是处于工作状态，广播和监听Beacon信号，前面1-θ部分则是休眠状态。

类似地，在时间槽非对齐条件下，每个节点将时间分成一系列大小相等的时间槽，每D个(D>1)时间槽为一个单元，不同的是，在每个单元中，前两个时间槽的状态是不变的，即第0个时间槽中节点处于完全工作状态，第1个时间槽中节点则只在前θ部分处于工作状态，而每个单元中的其它部分工作时间槽则不断地移动。例如，对于某一节点来说，在第1个单元中，第0个(首个)时间槽为完全工作时间槽，第1个时间槽为部分时间槽，节点在前θ部分处于工作状态，第2到n+1个时间槽也为部分工作时间槽，其余的为空时间槽；在第2个单元中，第0个和第1个时间槽的状态与第一个单元一样，第n+2到2n+1个时间槽为部分工作时间槽，其余为空时间槽；在第个单元中，前两个时间槽的状态仍然与其它单元一致，第到个时间槽为部分工作时间槽，其余为空时间槽。每个单元为一个调度周期，即第1个单元和第个单元的时间槽安排是一样的。同时，在时间槽非对齐条件下，节点在部分工作时间槽内只有在前θ部分是处于工作状态，广播和监听Beacon信号，后1-θ部分则是处于休眠状态。

现分别以在时间槽对齐条件下和在时间槽非对齐条件下发现邻节点为例，对本发明移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法进行进一步说明。

实施例1：以时间槽对齐条件下发现邻节点为例，说明本发明移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法。

本发明基于时间槽对齐条件下的邻节点发现方法称为Q-Connect_A方法，其步骤包括：

(1)移动自组织网络部署完成后，各节点根据网络对邻节点发现过程的平均能耗以及发现时延性能要求，确定所需的参数D和n，其中，D表示一个单元的时间槽个数，n表示每个单元内部分工作状态时间槽的个数。

(2)各节点根据当前时间以及相应的参数D和n来决定在时间槽t的状态，其步骤为：设定节点采用m表示，定义Ψ(m,t)_QA为Q-Connect_A方法下节点m在时间槽t的状态，则Ψ(m,t)_QA可以表述如下：

式中，Ψ(m,t)_QA表示在时间槽对其条件下节点m在时间槽t的状态，若和均采用表示，则和分别表示的余数、取下整和取上整，θ^-表示节点m在该时间槽的前1-θ部分处于休眠状态，后θ部分处于工作状态，D表示一个单元的时间槽个数，n表示每个单元内部分工作状态时间槽的个数，θ表示一个时间槽的某一个连续片段占整个时间槽的比例，0≤θ≤1。

如图2所示，如果采用以下参数：D＝8、n＝2以及则根据上述表达式，在第一个单元中，t＝0时，Ψ(m,0)_QA＝1，表示时间槽0是节点m的完全工作时间槽；t＝1和t＝2时，Ψ(m,1)_QA＝θ^-和Ψ(m,2)_QA＝θ^-，表示时间槽1和2是节点m的部分工作时间槽。节点的部分工作时间槽的位置在不同单元会进行相应的平移，例如在单元2中，节点m的部分工作时间槽平移到了时间槽11和12，并且节点m的调度周期为即节点m在第三个单元的时间槽状态与第一个单元是一致的。

(3)各节点根据当前时间槽t的状态来决定处于工作状态还是休眠状态，其步骤为：若节点在某一时间槽的状态为1，则在该时间槽内每间隔θ广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，若节点在某一时间槽的状态为θ^-，则在该时间槽的前1-θ部分处于休眠状态，在后θ部分的起始和终止时刻各广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，若节点在某一时间槽的状态为0，则在整个时间槽中都处于休眠状态。

(4)若节点能够接收到其它节点的Beacon信号，则将其加入邻居列表中；若节点的Beacon信号能被其它节点接收到，则其它节点将该节点加入邻居列表中。

如图4所示，采用参数D＝8、n＝4、节点A和B各自根据上述公式来确定其在每一个时间槽中的状态。在t₀时刻，节点A和B首次会面，即移动到对方的通信范围之内。在会面后的第一个时间槽中，节点A的状态为1，即整个时间槽都处于工作状态，且每间隔θ广播一次Beacon信号，而节点B的状态为0，整个时间槽都处于休眠状态。因此，在第一个时间槽中，尽管节点A在不断地广播Beacon信号，但由于节点B处于休眠状态，无法接收到节点A的Beacon信号，因此不能发现对方，而由于节点B没有广播Beacon信号，节点A也无法发现节点B。在第二个时间槽中，节点A的状态为θ^-，即在该时间槽的后θ部分的起始和终止时刻分别广播Beacon信号，但由于节点B的状态仍然为0，即处于休眠状态，无法接收到节点A的Beacon信号，因此两个节点仍然无法发现对方。在第三个时间槽中，节点A的状态为θ^-，节点B的状态为1，因此在该时间槽的后θ部分，两个节点都在广播Beacon信号，并且也在监听对方的Beacon信号，因此在这个时间槽过后，节点A和节点B即可成功发现对方。由上述可知，节点A和节点B的发现时延为3个时间槽，而本发明方法能够保证任意两个节点之间的发现时延不会超过个时间槽。

如图6所示，在时间槽对齐条件下且工作周期为5％时本实施例能量有效的邻节点发现方法与其他现有邻节点发现方法相比，发现时延明显缩短。

如图7所示，在时间槽对齐条件下且工作周期为10％时本实施例能量有效的邻节点发现方法与其他现有邻节点发现方法相比，同样地，发现时延明显缩短。

实施例2：以时间槽非对齐条件下发现邻节点为例，说明本发明移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法。

本发明基于时间槽非对其条件下的邻节点发现方法称为Q-Connect_U方法，其步骤包括：

(1)移动自组织网络部署完成后，各节点根据网络对邻节点发现过程的平均能耗以及发现时延性能要求，确定所需的参数D和n，其中，D表示一个单元的时间槽个数，n表示每个单元内部分工作状态时间槽的个数。

(2)各节点根据当前时间以及相应的参数D和n来决定在时间槽t的状态，其步骤为：设定节点采用m表示，定义Ψ(m,t)_QU为Q-ConnectU方法下节点m在时间槽t的状态，则Ψ(m,t)_QU可以表述如下：

式中，Ψ(m,t)_QU表示在时间槽非对齐条件下节点m在时间槽t的状态，若和均采用表示，则和分别表示的余数、取下整和取上整，θ⁺表示节点m在该时间槽的前θ部分处于工作状态，后1-θ部分处于休眠状态，D表示一个单元的时间槽个数，n表示每个单元内部分工作状态时间槽的个数，θ表示一个时间槽的某一个连续片段占整个时间槽的比例，0≤θ≤1。

如图3所示，当D＝8，n＝2，根据上述表达式，在第一个单元中，t＝0时，Ψ(m,0)_QU＝1，表示时间槽0是节点m的完全工作时间槽；t＝1，t＝2和t＝3时，Ψ(m,1)_QU＝θ⁺，Ψ(m,2)_QU＝θ⁺和Ψ(m,3)_QU＝θ⁺，表示时间槽1，2和是节点m的部分工作时间槽。在单元2中，节点m的前两个时间槽的状态与单元1一样，Ψ(m,8)_QU＝1和Ψ(m,9)_QU＝θ⁺，其它部分工作时间槽则平移到时间槽12和13。同时，节点m的调度周期为即节点m在第三个单元的时间槽状态与第一个单元是一致的。

(3)各节点根据当前时间槽t的状态来决定处于工作状态还是休眠状态，其步骤为：若节点在某一时间槽的状态为1，则在该时间槽内每间隔θ广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，若节点在某一时间槽的状态为θ⁺，则在该时间槽的前θ部分的起始和终止时刻各广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，在后1-θ部分处于休眠状态，若节点在某一时间槽的状态为0，则在整个时间槽中都处于休眠状态。

(4)若节点能够接收到其它节点的Beacon信号，则将其加入邻居列表中；若节点的Beacon信号能被其它节点接收到，则其它节点将该节点加入邻居列表中。

如图5所示，采用参数D＝8、n＝4、节点A和B的时间槽有一定的偏移，它们首先根据上述公式来确定其在每一个时间槽中的状态。在t₀时刻，节点A和B首次会面，即移动到对方的通信范围之内。在会面后节点A的第一个时间槽中状态为1，即整个时间槽都处于工作状态，且每间隔θ广播一次Beacon信号，而节点A的第一个时间槽对应于节点B的两个时间槽，状态都为0，整个时间槽都处于休眠状态。因此，在节点A的第一个时间槽中，尽管节点A在不断地广播Beacon信号，但由于节点B均处于休眠状态，无法接收到节点A的Beacon信号，因此不能发现对方，而由于节点B没有广播Beacon信号，节点A也无法发现节点B。在节点A的第二个时间槽中，节点A的状态为θ⁺，即在该时间槽的前θ部分的起始和终止时刻分别广播Beacon信号，但由于节点B的状态仍然为0，即处于休眠状态，无法接收到节点A的Beacon信号，因此两个节点仍然无法发现对方。在节点A的第三个时间槽中，节点A的状态为θ⁺，相对应的节点B前一个时间槽的状态为0，后一个时间槽状态为1，但是节点B状态为1的时间槽与节点A状态为θ⁺的时间槽之间没有交集，因此在节点A的第三个时间槽中，两个节点仍然无法发现对方。在节点A的第四个时间槽中，节点A的状态为θ⁺，而与该时间槽相对应的节点B的前后两个时间槽的状态分别为1和θ⁺，并且两个节点均处于工作状态的时间槽的交集为θ，因此在节点A的第四个时间槽的前θ部分，两个节点都在广播Beacon信号，并且也在监听对方的Beacon信号，因此在这个时间槽过后，节点A和节点B即可成功发现对方。由上述可知，节点A和节点B的发现时延为4个时间槽，而本发明方法能够保证任意两个节点之间的发现时延不会超过个时间槽。

如图8所示，在时间槽非对齐条件下且工作周期为5％时本实施例能量有效的邻节点发现方法与其他现有邻节点发现方法相比，发现时延明显缩短。

如图9所示，在时间槽非对齐条件下且工作周期为10％时本实施例能量有效的邻节点发现方法与其他现有邻节点发现方法相比，同样地，发现时延明显缩短。

如图10所示，当移动节点A在网络中移动时，一旦节点A移动到某个节点的通信范围之内，即可利用本发明所提出的邻节点发现方法，快速有效地发现该节点，并将之列入邻居节点列表中。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权力要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法，其特征在于：其步骤包括：

(1)移动自组织网络部署完成后，各节点根据网络对邻节点发现过程的平均能耗以及发现时延性能要求，确定所需的参数D和n，其中，D表示一个单元的时间槽个数，n表示每个单元内部分工作状态时间槽的个数；

(2)各节点根据当前时间以及相应的参数D和n来决定在时间槽t的状态，所述各节点根据当前时间以及相应的参数D和n来决定在时间槽t的状态的步骤为：设定节点采用m表示，则节点m根据公式Ⅰ确定其在时间槽t的状态，公式Ⅰ的表达式如下：

式中，Ψ(m,t)_QA表示在时间槽对其条件下节点m在时间槽t的状态，若和均采用表示，则和分别表示的余数、取下整和取上整，θ^-表示节点m在该时间槽的前1-θ部分处于休眠状态，后θ部分处于工作状态，D表示一个单元的时间槽个数，n表示每个单元内部分工作状态时间槽的个数，θ表示一个时间槽的某一个连续片段占整个时间槽的比例，0≤θ≤1；

或所述各节点根据当前时间以及相应的参数D和n来决定在时间槽t的状态的步骤为：设定节点采用m表示，则节点m根据公式Ⅱ确定其在时间槽t的状态，公式Ⅱ的表达式如下：

式中，Ψ(m,t)_QU表示在时间槽非对齐条件下节点m在时间槽t的状态，若和均采用表示，则和分别表示的余数、取下整和取上整，θ⁺表示节点m在该时间槽的前θ部分处于工作状态，后1-θ部分处于休眠状态，D表示一个单元的时间槽个数，n表示每个单元内部分工作状态时间槽的个数，θ表示一个时间槽的某一个连续片段占整个时间槽的比例，0≤θ≤1。

(3)各节点根据当前时间槽t的状态来决定处于工作状态还是休眠状态；

(4)若节点能够接收到其它节点的Beacon信号，则将其加入邻居列表中；若节点的Beacon信号能被其它节点接收到，则其它节点将该节点加入邻居列表中。

2.根据权利要求1所述的移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法，其特征在于：步骤(3)中，所述各节点根据当前时间槽t的状态来决定处于工作状态还是休眠状态的步骤为：若节点在某一时间槽的状态为1，则在该时间槽内每间隔θ广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，若节点在某一时间槽的状态为θ^-，则在该时间槽的前1-θ部分处于休眠状态，在后θ部分的起始和终止时刻各广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，若节点在某一时间槽的状态为0，则在整个时间槽中都处于休眠状态。

3.根据权利要求1所述的移动自组织网络中能量有效的异步邻节点发现方法，其特征在于：步骤(3)中，所述各节点根据当前时间槽t的状态来决定处于工作状态还是休眠状态的步骤为：若节点在某一时间槽的状态为1，则在该时间槽内每间隔θ广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，若节点在某一时间槽的状态为θ⁺，则在该时间槽的前θ部分的起始和终止时刻各广播一次Beacon信号，并在θ期间监听其它节点的Beacon信号，在后1-θ部分处于休眠状态，若节点在某一时间槽的状态为0，则在整个时间槽中都处于休眠状态。