CN105827436A - 网络邻居发现装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络邻居发现装置，用于移动终端，包括：主动发现模块，用于发送唤醒信号和发现消息，及接受由其他发现装置被动发送模块发送的应答消息，其中，发现信息含有一个或多个特征数据；被动发现模块，用于监听由其他发现装置主动发现模块发送的唤醒信号和发现消息，并在发现消息中含有至少一个特征数据为预设特征数据时向该主动发现模块发送应答消息；模式选择模块，分别与主动发现模块和被动发现模块连接，用于选择主动发现模块或被动发现模块工作。与现有技术相比，本发明具有功耗低、邻居发现基于共同兴趣等优点。

Description

网络邻居发现装置

技术领域

本发明涉及LBS应用，尤其是涉及一种网络邻居发现装置。

背景技术

邻居发现是在组建和维持无线网络中最基础的一部分。早期的邻居发现协议以对称周期性(活跃/睡眠)机制为主，节点通过对称的周期性的活跃和睡眠的机制，在发现邻居节点的同时，节省自身的能耗。对称周期性机制(例如：YeW等人在《Anenergy-efficientMACprotocolforwirelesssensornetworks》中提出的S-MAC，PolastreJ等人在《Versatilelowpowermediaaccessforwirelesssensornetworks》提出的B-MAC)是节点通过GPS信号或者同步包，使得节点具有同步的活跃/睡眠机制，不过这种方需要消耗很多能量在节点同步方面。

非对称邻居发现协议主要分为随机式和确定式两种。随机式协议(例如：McGlynnMJ在《BorbashSA.Birthdayprotocolsforlowenergydeploymentandflexibleneighbordiscoveryinadhocwirelessnetworks》提出的Birthday)是将时间分为若干个时间槽，在每个时间槽中，节点都有一定概率处于活跃状态，最终保证两个节点有较高的概率相互发现。然而，这种方法存在两个节点永远无法相互发现的状态。确定式协议(例如：DuttaP等人在《Practicalasynchronousneighbordiscoveryandrendezvousformobilesensingapplications》中提出的Disco，andhaluA在《U-connect:alow-latencyenergy-efficientasynchronousneighbordiscoveryprotocol》中提出的U-connect)主要是利用数学理论，设计一种算法，保证两个节点能在一定时间内相互发现。

BakhtM等人在《Searchlight:won'tyoubemyneighbor？》中将随机式和确定式算法相结合，保证一定时间内能相互发现的同时，能提高发现效率，以及SunW等人在《Hello:Agenericflexibleprotocolforneighbordiscovery》提出能涵盖上述方法的统一框架。不过，所有的研究都没有将节点的角色分开，以及在发现信息中缺乏社交信息。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种网络邻居发现装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种网络邻居发现装置，用于移动终端，包括：

主动发现模块，用于发送唤醒信号和发现消息，及接受由其他发现装置被动发送模块发送的应答消息，其中，所述发现信息含有一个或多个特征数据；

被动发现模块，用于监听由其他发现装置主动发现模块发送的唤醒信号和发现消息，并在发现消息中含有至少一个特征数据为预设特征数据时向该主动发现模块发送应答消息；

模式选择模块，分别与主动发现模块和被动发现模块连接，用于选择主动发现模块或被动发现模块工作。

所述预设特征数据共有一个或多个，且应答消息中含有匹配特征数据，其中，所述匹配特征数据为发现信息中含有的预设特征数据。

所述被动发现模块包括：

监听单元，用于监听由其他发现装置主动发现模块发送的唤醒信号和发现消息；

数据识别单元，与监听单元连接，用于识别发现消息中的特征数据，并判断识别出的特征数据是否与预设特征数据存在重叠；

应答单元，与数据识别单元连接，用于当识别出的特征数据是否与预设特征数据存在重叠时，向发出发现消息的主动发现模块发送含有匹配特征数据的应答消息。

所述监听单元与移动终端的主无线电模块连接，并在监听到由其他发现装置主动发现模块发送的唤醒信号后，唤醒处于睡眠状态的主无线电模块接收发现消息。

所述主动发现模块包括：

信息收发单元，用于收发唤醒信号、发现消息和应答消息；

数据处理更新单元，与信息收发单元连接，用于计算每一次广播唤醒信号和发现消息的发现效率值，并根据发现效率值设定下一次广播后等待应答消息的等待时间。

所述主动发现模块一轮工作中，共进行k次广播，其中，k为主动发现模块上一次工作过程中发现的直接邻居个数。

应答消息还含有本网络邻居发现装置的邻居列表，

所述发现效率值具体为：

$CP=\mathrm{\β}\·{\left(\frac{IR}{n^t}\right)}^{\mathrm{\α}}\·{\left(\frac{n^t}{n^d}\right)}^{\mathrm{\γ}}$

其中：CP为发现效率值，IR为该网络邻居发现装置所有不重复的间接邻居的个数，n^t为该网络邻居发现装置所有含重复的间接邻居个数，n^d为该网络邻居发现装置的直接邻居个数，α、β、γ为调节参数。

所述特征数据用于表征社交信息或紧急求救信息。

所述模式选择模块包括：

概率计算单元，与主动发现模块连接，用于计算选择主动发现模块工作的触发概率；

触发模块，分别与主动发现模块和概率计算单元连接，用于根据触发概率随机触发主动发现模块工作，且触发主动发现模块工作后，主无线电模块被唤醒。

所述触发概率为：

$p={\left(\frac{1}{n_i+1}\right)}^k$

其中：p为触发概率，n_i为该网络邻居发现装置的直接邻居个数，k为主动发现模块上一次工作过程中发现的直接邻居个数。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)发现消息中被置入特征数据，这些特征数据可以是用于表征社交兴趣的，也可以是用于表征紧急求救信息的，而被动发现模块只有在接收到自己感兴趣的特征数据时才会进行应答，一来可以避免互相不感兴趣的节点称为邻居，提高邻居的质量，二来可以降低功耗。

2)对于工作于被动发现模式的发现装置，大多数时候其对应移动终端的主无线电模块处于睡眠状态，只有在收到唤醒信号好才会被唤醒，因此可以降低功能。

3)被动发现模块在应答消息中置入了匹配特征数据，可以方便对方节点明白自己对各种社交感兴趣，信息交互更加扁平化，便于进行进一步分类以及活动策划等。

4)主动发现模块一轮工作中共进行k次广播，可以达到能耗的进一步优化。

5)应答消息还含有本网络邻居发现装置的邻居列表，便于进行发现效率的计值算，发现效率值的计算综合邻居个数，功耗更佳。

6)等待时间根据发现效率值设定，可以最大限度的减少主无线电的唤醒时间，优化功耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为实施例中发现协议过程示意图；

图3为节点运行流程图；

其中：1、主动发现模块，2、被动发现模块，3、模式选择模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提出一种自由的邻居发现协议，将主动节点和被动节点分开，当主动节点发出发现信息时，被动节点利用唤醒无线电进行唤醒，同时在发现信息中植入社交信息，以及结合先前发现结果调整之后发现策略的算法，在降低发现能耗的同时，使得有相同兴趣的节点能成为邻居。

根据上述协议，本申请设计了一种网络邻居发现装置，用于移动终端之间的网络邻居发现，具体实现可以是一种安装于移动终端的应用程序，适用于LBS，本申请通过唤醒无线电降低被动节点的能耗，提出自由发现策略提高主动节点发现效率，利用社交信息使得感兴趣的节点相互发现。

具体的，如图1所示，发现装置包括：

主动发现模块1，用于发送唤醒信号和发现消息，及接受由其他发现装置被动发送模块发送的应答消息，其中，发现信息含有一个或多个特征数据；

被动发现模块2，用于监听由其他发现装置主动发现模块1发送的唤醒信号和发现消息，并在发现消息中含有至少一个特征数据为预设特征数据时向该主动发现模块1发送应答消息；

模式选择模块3，分别与主动发现模块1和被动发现模块2连接，用于选择主动发现模块1或被动发现模块2工作。

为了叙述的方便，以下叙述中将选择主动发现模块1工作的网络邻居发现装置认定为运行于主动模式，将选择被动发现模块2工作的网络邻居发现装置认定为运行于被动模式，同理，将运行于主动模式的移动终端/发现装置称作主动节点，而将运行于被动模式/发现装置称作被冻节点。

模式选择模块3用于将网络节点，即移动终端/发现装置的角色和状态分开，将模块设定时间分为若干个时间槽，并在局部的范围内，每个网络节点都有一定概率在一个时间槽内处于主动模式，这个概率对于一个确定的网络节点，称之为触发概率，具体为：

$p={\left(\frac{1}{n_i+1}\right)}^k$

其中：p为触发概率，n_i为该网络邻居发现装置的直接邻居个数，k为指这个节点在上一次主动模式中总共进行发现个数。

根据这个触发概率，模式选择模块3随机触发主动发现模块1工作，这里的随机可以是真随机也可以是伪随机，但优选为伪随机，因为伪随机实现容易，并且有可能可以进行进一步的优化。

为了完成其功能，模式选择模块3需包括：

概率计算单元，与主动发现模块1连接，用于计算选择主动发现模块1工作的触发概率；

触发模块，分别与主动发现模块1和概率计算单元连接，用于根据触发概率随机触发主动发现模块1工作，且触发主动发现模块1工作后，主无线电模块被唤醒，这里的主无线电模块一般为移动终端的主无线电模块，唤醒可以是模式选择模块3完成的，也可以是主动发现模块1完成的。

主动发现模块1主要描述节点处于主动模式时的行为，主要分为信息收发模块和数据处理更新模块两部分：信息收发单元用于收发唤醒信号、发现消息和应答消息，数据处理更新单元与信息收发单元连接，用于计算每一次广播唤醒信号和发现消息的发现效率值，并根据发现效率值设定下一次广播后等待应答消息的等待时间。主动发现模块1一轮工作中，共进行k次广播。在应答消息中，含有发送方节点的邻居列表，发现效率值具体为：

$CP=\mathrm{\β}\·{\left(\frac{IR}{n^t}\right)}^{\mathrm{\α}}\·{\left(\frac{n^t}{n^d}\right)}^{\mathrm{\γ}}$

其中：CP为发现效率值，IR为该网络邻居发现装置所有不重复的间接邻居的个数，n^t为该网络邻居发现装置所有含重复的间接邻居个数，n^d为该网络邻居发现装置的直接邻居个数，α、β、γ为调节参数。调节参数具体复制可以采用NS-2模拟器进行模拟得到，也可以用其他一些方式进行设定，以及根据发现效率值确定等待时间的具体数学关系不属于本发明讨论的范畴，不再详述，通俗上将，发现效率值高的，则设定更长的等待时间。

被动发现模块2则包括：

监听单元，用于监听由其他发现装置主动发现模块1发送的唤醒信号和发现消息；

数据识别单元，与监听单元连接，用于识别发现消息中的特征数据，并判断识别出的特征数据是否与预设特征数据存在重叠；

应答单元，与数据识别单元连接，用于当识别出的特征数据是否与预设特征数据存在重叠时，向发出发现消息的主动发现模块1发送含有匹配特征数据的应答消息。

监听单元与移动终端的主无线电模块连接，并在监听到由其他发现装置主动发现模块1发送的唤醒信号后，唤醒处于睡眠状态的主无线电模块接收发现消息。

具体的，为了更好地解释本发明的实现原理，以下提供一个完成广播过程的描述。

由于在协议中，处于主动模式的节点被称为主动节点。主动节点在整个主动模式中会有k次广播的机会，及进行k次邻居发现过程。每次发现过程结束后，会根据发现结果和能量消耗计算效率值，并且通过发现效率值调整下一次广播后的等待时间t_w，信息收发模块主要处理唤醒信号、发现消息、应答消息以及确认消息的收发。数据处理模块主要用来处理之前发现过程得到的数据，计算发现效率值，从而调整等待时间t_w。

如图2所示，当一个节点运行于主动模式时，其对应的主无线电模块即被唤醒，并对外广播唤醒信号，而当其他被动节点收到唤醒信号时便会唤醒自己的主无线电模块以便接收接下来的发现消息，主动节点在发送完唤醒信号后，会发送带有特征数据的发现信号，特征数据信号的数量不做限定，用于表征社交信息或紧急求救信息，简单地说可以是一些keyword，例如GAME和HELP等等，当然具体还可以是何种GAME，例如dota等等，

其他被动节点接收到发现信息，并从发现信息中解析出所有的特征数据，将解析出的特征数据与预设特征数据进行对比，预设特征数据是预先在被动节点中存储的特征数据，也是当该节点成为主动节点时会对外广播的特征数据，具体也可以是一些keyword，当被动节点在解析出的特征数据中发现了任何一个特征数据，则认定自己对主动节点感兴趣，并对主动节点进行相应，否则，不予应答。被动节点的应答消息中，可以将自己的邻居列表和感兴趣的特征数据一同打包植入，这样方便主动节点知道相互之间的共同爱好是什么，以及进行计算发现效率值。

如图2所示，主动节点在发送完发现消息后，会有一段等待时间t_w，这段时间内，主动节点会等待来自其他被动节点的应答消息，其主无线电持续唤醒，然后进入睡眠状态，直至下一次广播。

其中一个节点的工作流程如图3所示，本申请可以大大优化被动节点的功耗，增加续航。

Claims (10)

1.一种网络邻居发现装置，其特征在于，用于移动终端，包括：

主动发现模块，用于发送唤醒信号和发现消息，及接受由其他发现装置被动发送模块发送的应答消息，其中，所述发现信息含有一个或多个特征数据；

被动发现模块，用于监听由其他发现装置主动发现模块发送的唤醒信号和发现消息，并在发现消息中含有至少一个特征数据为预设特征数据时向该主动发现模块发送应答消息；

模式选择模块，分别与主动发现模块和被动发现模块连接，用于选择主动发现模块或被动发现模块工作。

2.根据权利要求1所述的一种网络邻居发现装置，其特征在于，所述预设特征数据共有一个或多个，且应答消息中含有匹配特征数据，其中，所述匹配特征数据为发现信息中含有的预设特征数据。

3.根据权利要求1所述的一种网络邻居发现装置，其特征在于，所述被动发现模块包括：

监听单元，用于监听由其他发现装置主动发现模块发送的唤醒信号和发现消息；

数据识别单元，与监听单元连接，用于识别发现消息中的特征数据，并判断识别出的特征数据是否与预设特征数据存在重叠；

应答单元，与数据识别单元连接，用于当识别出的特征数据是否与预设特征数据存在重叠时，向发出发现消息的主动发现模块发送含有匹配特征数据的应答消息。

4.根据权利要求3所述的一种网络邻居发现装置，其特征在于，所述监听单元与移动终端的主无线电模块连接，并在监听到由其他发现装置主动发现模块发送的唤醒信号后，唤醒处于睡眠状态的主无线电模块接收发现消息。

5.根据权利要求1所述的一种网络邻居发现装置，其特征在于，所述主动发现模块包括：

信息收发单元，用于收发唤醒信号、发现消息和应答消息；

数据处理更新单元，与信息收发单元连接，用于计算每一次广播唤醒信号和发现消息的发现效率值，并根据发现效率值设定下一次广播后等待应答消息的等待时间。

6.根据权利要求5所述的一种网络邻居发现装置，其特征在于，所述主动发现模块一轮工作中，共进行k次广播，其中，k为主动发现模块上一次工作过程中发现的直接邻居个数。

7.根据权利要求5所述的一种网络邻居发现装置，其特征在于，应答消息还含有本网络邻居发现装置的邻居列表，

所述发现效率值具体为：

$CP=\mathrm{\β}\·{\left(\frac{IR}{n^t}\right)}^{\mathrm{\α}}\·{\left(\frac{n^t}{n^d}\right)}^{\mathrm{\γ}}$

其中：CP为发现效率值，IR为该网络邻居发现装置所有不重复的间接邻居的个数，n^t为该网络邻居发现装置所有含重复的间接邻居个数，n^d为该网络邻居发现装置的直接邻居个数，α、β、γ为调节参数。

8.根据权利要求1所述的一种网络邻居发现装置，其特征在于，所述特征数据用于表征社交信息或紧急求救信息。

9.根据权利要求1所述的一种网络邻居发现装置，其特征在于，所述模式选择模块包括：

概率计算单元，与主动发现模块连接，用于计算选择主动发现模块工作的触发概率；

触发模块，分别与主动发现模块和概率计算单元连接，用于根据触发概率随机触发主动发现模块工作，且触发主动发现模块工作后，主无线电模块被唤醒。

10.根据权利要求9所述的一种网络邻居发现装置，其特征在于，所述触发概率为：

$p={\left(\frac{1}{n_i+1}\right)}^k$

其中：p为触发概率，n_i为该网络邻居发现装置的直接邻居个数，k为主动发现模块上一次工作过程中发现的直接邻居个数。