CN110602684B - 一种基于异步双向探测的邻居发现方法 - Google Patents

一种基于异步双向探测的邻居发现方法 Download PDF

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Abstract

一种基于异步双向探测的邻居发现方法，所述邻居发现方法中，一段时间被分割成大小相等的时间间隔，每个时间间隔称为时间插槽，每t个连续的时间插槽构成一个周期；两个节点在一个周期中，通过对时间插槽的状态调度，实现节点间的双向探测，进而在多个周期内，保证节点间的相互发现；所述节点即邻居。本发明是对于一般异步探测方法的改进，将少数活跃插槽分为静态活跃插槽和动态活跃插槽，并给予动态活跃插槽一定变化策略，在降低设备邻居发现能耗的同时，提高了节点间邻居发现的效率，一定程度上可以提高设备的使用时长和寿命。

Description

一种基于异步双向探测的邻居发现方法
技术领域
本发明涉及无线网络领域，具体涉及一种基于异步双向探测的邻居发现方法。
背景技术
邻居发现是指无线网络中节点与节点之间互相发现并建立连接的过程，是网络中节点之间能够通信的前提。在无线传感器网络与无线通信技术不断发展的过程中，邻居发现问题一直是广受人们关注的重要问题之一，如今的多用户移动社交网络中，邻居发现更是许多用户交互应用服务的基础。
现有的一些邻居发现方法由于设备高能耗的限制，在一定程度上增加了发现延迟，降低了应用服务的用户体验。另外，在移动传感网络中，由于节点的运动和能量限制，现有部分邻居发现协议较难实现。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种基于异步双向探测的邻居发现方法，将周期时间进行离散化，通过对时间插槽的状态调度实现节点的双向探测；提出了时间插槽状态的初始化方法与动态活跃插槽的调度方法，该方法可以根据一个周期内时间插槽状态和初始化位置来计算下一周期不同动态活跃插槽的具体位置；提出了一种基于双向探测的邻居发现方法，该方法通过活跃插槽时间内的双向探测，实现三种情况下的邻居发现。
一种基于异步双向探测的邻居发现方法，所述邻居发现方法中，一段时间被分割成大小相等的时间间隔，每个时间间隔称为时间插槽，每t个连续的时间插槽构成一个周期；两个节点在一个周期中，通过对时间插槽的状态调度，实现节点间的双向探测，进而在多个周期内，保证节点间的相互发现；所述节点即邻居；
所述邻居发现方法包含如下3个步骤：
步骤1，对时间插槽状态进行初始化，用于确定初始时刻的时间插槽状态；
步骤2，时间插槽状态调度，提出一种计算动态活跃插槽位置的方法以及不同状态时间插槽的变法策略；
步骤3，基于时间插槽状态调度策略，实现节点间的邻居发现
进一步地，步骤1中，时间插槽状态被分为睡眠状态，静态活跃状态和动态活跃状态；根据周期中包含的时间插槽数t和具体时间插槽时刻t0来确定每个时间插槽的具体状态。
进一步地，所述确定每个时间插槽的具体状态的实施步骤如下：
步骤1-1，判断t0值，若t0<0，则返回错误，重新输入；若t0≥0，则转步骤1-2；
步骤1-2，判断t0值，若t0modt＝0，则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若非0，则转步骤1-3；
步骤1-3，判断t0值，若t0满足
Figure GDA0003523734790000021
Figure GDA0003523734790000022
则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则转步骤1-4；
步骤1-4，判断t0值，若t0满足
Figure GDA0003523734790000031
则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则转步骤1-5；
步骤1-5，判断t0值，若t0满足
Figure GDA0003523734790000032
且 t0modt＝|t|-1则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则转步骤1-6；
步骤1-6，判断t0值，若
Figure GDA0003523734790000033
且
Figure GDA0003523734790000034
则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则设置该时刻的时间插槽状态为睡眠状态。
进一步地，所述步骤2中，所述时间插槽状态，分为静态活跃插槽和动态活跃插槽；
所述静态活跃插槽，用S表示，在每个时间周期中静态活跃插槽拥有固定位置，即每个周期第一个时间插槽，即时间插槽数值为0的位置；
所述动态活跃插槽，用D表示，其中D0,D1,D2分别表示三个动态活跃插槽；动态活跃插槽在每个周期中，规律性地变化自己的位置；在每个动态活跃插槽时间内，节点处于激活状态，通过发送广播包对其他节点的对应时间插槽状态进行探测。
进一步地，所述时间插槽状态调度，即异步双向探测方法中一个周期内三种状态的时间插槽变化方法，具体的变化规律如下：动态活跃插槽D0，D1分别从
Figure GDA0003523734790000041
的位置相向变化位置，每隔一个周期移动一个时间插槽；具体地，采用公式(1)(2)(3)来分别计算三个动态活跃插槽在每个周期中所处的位置：
Figure GDA0003523734790000042
Figure GDA0003523734790000043
Figure GDA00035237347900000411
Figure GDA0003523734790000044
式中
Figure GDA0003523734790000045
为第i个周期中D0活跃插槽的位置，根据此位置由公式 (1)可计算出i+1个周期中，D0状态的时间插槽位置；根据此位置由公式(2)可计算出i+1个周期中，D1状态的时间插槽位置；
Figure GDA0003523734790000046
为第i个周期中D1活跃插槽的位置，
Figure GDA0003523734790000047
为第i个周期中D2活跃插槽的位置，根据
Figure GDA0003523734790000048
由公式(3)可计算出i个周期中，D2状态的时间插槽位置；
Figure GDA0003523734790000049
初始化为1和
Figure GDA00035237347900000410
根据三个公式的计算，三个动态时间插槽的位置遵循周期性的模式。
进一步地，所述步骤3中，根据步骤1和步骤2，双向探测方法包含三种情况：静态活跃插槽与静态活跃插槽(S-S)，静态活跃插槽与动态活跃插槽(S-D)，动态活跃插槽与动态活跃插槽(D-D) 之间的相互探测，实现邻居发现。
本发明达到的有益效果为：该邻居发现方法是对于一般异步探测方法的改进，将少数活跃插槽分为静态活跃插槽和动态活跃插槽，并给予动态活跃插槽一定变化策略，在降低设备邻居发现能耗的同时，提高了节点间邻居发现的效率，一定程度上可以提高设备的使用时长和寿命。
附图说明
图1为本发明所述异步双向探测邻居发现方法的流程图。
图2为本发明所述的时间插槽状态变化策略示意图。
图3为本发明静态活跃插槽与静态活跃插槽的邻居发现示意图。
图4为本发明静态活跃插槽与动态活跃插槽的邻居发现的初始状态示意图。
图5为本发明静态活跃插槽与动态活跃插槽的邻居发现的下一周期示意图。
图6为本发明动态活跃插槽与动态活跃插槽的邻居发现的初始状态示意图。
图7为本发明动态活跃插槽与动态活跃插槽的邻居发现的第一周期示意图。
图8为本发明动态活跃插槽与动态活跃插槽的邻居发现的第二周期示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
一种基于异步双向探测的邻居发现方法，所述邻居发现方法中，一段时间被分割成大小相等的时间间隔，每个时间间隔称为时间插槽，每t个连续的时间插槽构成一个周期；两个节点在一个周期中，通过对时间插槽的状态调度，实现节点间的双向探测，进而在多个周期内，保证节点间的相互发现；所述节点即邻居。
所述邻居发现方法包含如下3个步骤：
步骤1，对时间插槽状态进行初始化，用于确定初始时刻的时间插槽状态。
步骤2，时间插槽状态调度，提出一种计算动态活跃插槽位置的方法以及不同状态时间插槽的变法策略。
步骤3，基于时间插槽状态调度策略，实现节点间的邻居发现。
步骤1中，时间插槽状态被分为睡眠状态，静态活跃状态和动态活跃状态；根据周期中包含的时间插槽数t和具体时间插槽时刻t0来确定每个时间插槽的具体状态。
所述确定每个时间插槽的具体状态的实施步骤如下：
步骤1-1，判断t0值，若t0<0，则返回错误，重新输入；若t0≥0，则转步骤1-2；
步骤1-2，判断t0值，若t0modt＝0，则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若非0，则转步骤1-3；
步骤1-3，判断t0值，若
Figure GDA0003523734790000061
则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则转步骤1-4；
步骤1-4，判断t0值，若
Figure GDA0003523734790000071
则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则转步骤1-5；
步骤1-5，判断t0值，若
Figure GDA0003523734790000072
且t0modt＝|t|-1 则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则转步骤1-6；
步骤1-6，判断t0值，若
Figure GDA0003523734790000073
且
Figure GDA0003523734790000074
则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则设置该时刻的时间插槽状态为睡眠状态。
所述步骤2中，所述时间插槽状态，分为静态活跃插槽和动态活跃插槽；
所述静态活跃插槽，用S表示，在每个时间周期中静态活跃插槽拥有固定位置，即每个周期第一个时间插槽，即时间插槽数值为0的位置；
所述动态活跃插槽，用D表示，其中D0,D1,D2分别表示三个动态活跃插槽；动态活跃插槽在每个周期中，规律性地变化自己的位置；在每个动态活跃插槽时间内，节点处于激活状态，通过发送广播包对其他节点的对应时间插槽状态进行探测。
所述时间插槽状态调度，即异步双向探测方法中一个周期内三种状态的时间插槽变化方法如图2所示(以t＝16为例)，其中空白部分为睡眠状态插槽，S为静态活跃插槽，D0、D1、D2为动态活跃插槽。具体的变化规律如下：动态活跃插槽D0，D1分别从
Figure GDA0003523734790000081
的位置相向变化位置，每隔一个周期移动一个时间插槽；具体地，采用公式 (1)(2)(3)来分别计算三个动态活跃插槽在每个周期中所处的位置：
Figure GDA0003523734790000082
Figure GDA0003523734790000083
Figure GDA00035237347900000812
Figure GDA0003523734790000084
式中
Figure GDA0003523734790000085
为第i个周期中D0活跃插槽的位置，根据此位置由公式 (1)可计算出i+1个周期中，D0状态的时间插槽位置；根据此位置由公式(2)可计算出i+1个周期中，D1状态的时间插槽位置；
Figure GDA0003523734790000086
为第i个周期中D1活跃插槽的位置，
Figure GDA0003523734790000087
为第i个周期中D2活跃插槽的位置，根据
Figure GDA0003523734790000088
由公式(3)可计算出i个周期中，D2状态的时间插槽位置。
Figure GDA0003523734790000089
初始化为1和
Figure GDA00035237347900000810
根据三个公式的计算，三个动态时间插槽的位置遵循周期性的模式。
在该方法中，引入的动态活跃插槽调度方法，可以确保任意两个节点之间的相对位置偏移量始终小于等于
Figure GDA00035237347900000811
个时间插槽，同时D0D1在每个周期内通过交换初始位置加速了每个周期前一半时间插槽的探测过程。而引入动态活跃插槽D2，从t-1的位置到D1+1位置每个周期交替性变化，来保证每个周期后半段时间插槽不会完全处于睡眠状态，进一步提高邻居发现效率。
所述步骤3中，根据步骤1和步骤2，双向探测方法包含三种情况：静态活跃插槽与静态活跃插槽(S-S)，静态活跃插槽与动态活跃插槽(S-D)，动态活跃插槽与动态活跃插槽(D-D)之间的相互探测，实现邻居发现。
以两个节点a和b，周期t＝16的情况为例，两个节点具有不同相位偏移量和不同时刻状态下邻居发现方法如下：
(1)静态活跃插槽与静态活跃插槽：
初始状态T＝0，两节点相位偏移为0，两节点的静态活跃插槽相互探测，实现邻居发现，如图3所示。
(2)静态活跃插槽与动态活跃插槽：
初始状态T＝0，相位偏移为2，如图4所示。
下一周期，T＝1，节点a的D0时间插槽与节点b的静态活跃插槽 S相互探测，实现邻居发现，如图5所示。
(3)动态活跃插槽与动态活跃插槽：
初始状态T＝0，相位偏移为9，时间插槽状态图如图6所示。
周期T＝1，时间插槽状态变化如图7所示。
周期T＝2，时间插槽状态变化如图8所示，节点a的动态活跃插槽D2与节点b的动态活跃插槽D1相互探测，实现邻居发现。
该方法中，引入的动态活跃插槽调度方法，可以确保任意两个节点之间的相对位置偏移量始终小于等于
Figure GDA0003523734790000101
个时间插槽，同时D0D1在每个周期内通过交换初始位置加速了每个周期前一半时间插槽的探测过程；而引入动态活跃插槽D2，从t-1的位置到D1+1位置每个周期交替性变化，来保证每个周期后半段时间插槽不会完全处于睡眠状态，进一步提高邻居发现效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于异步双向探测的邻居发现方法，其特征在于：
所述邻居发现方法中，一段时间被分割成大小相等的时间间隔，每个时间间隔称为时间插槽，每t个连续的时间插槽构成一个周期；两个节点在一个周期中，通过对时间插槽的状态调度，实现节点间的双向探测，进而在多个周期内，保证节点间的相互发现；所述节点即邻居；
所述邻居发现方法包含如下3个步骤：
步骤1，对时间插槽状态进行初始化，用于确定初始时刻的时间插槽状态；时间插槽状态被分为睡眠状态，静态活跃状态和动态活跃状态；根据周期中包含的时间插槽数t和具体时间插槽时刻t0来确定每个时间插槽的具体状态；
步骤2，时间插槽状态调度，提出一种计算动态活跃插槽位置的方法以及不同状态时间插槽的变法策略；时间插槽状态，分为静态活跃插槽和动态活跃插槽；时间插槽状态调度，即异步双向探测方法中一个周期内三种状态的时间插槽变化方法，具体的变化规律如下：动态活跃插槽D0，D1分别从
Figure FDA0003523734780000011
的位置相向变化位置，每隔一个周期移动一个时间插槽；
步骤3，基于时间插槽状态调度策略，实现节点间的邻居发现。
2.根据权利要求1所述的一种基于异步双向探测的邻居发现方法，其特征在于：所述确定每个时间插槽的具体状态的实施步骤如下：
步骤1-1，判断t0值，若t0<0，则返回错误，重新输入；若t0≥0，则转步骤1-2；
步骤1-2，判断t0值，若t0modt＝0，则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若非0，则转步骤1-3；
步骤1-3，判断t0值，若t0满足
Figure FDA0003523734780000021
Figure FDA0003523734780000022
则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则转步骤1-4；
步骤1-4，判断t0值，若t0满足
Figure FDA0003523734780000023
则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则转步骤1-5；
步骤1-5，判断t0值，若t0满足
Figure FDA0003523734780000024
且t0modt＝|t|-1则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则转步骤1-6；
步骤1-6，判断t0值，若
Figure FDA0003523734780000025
且
Figure FDA0003523734780000026
则设置该时刻的时间插槽状态为活跃；若不满足，则设置该时刻的时间插槽状态为睡眠状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于异步双向探测的邻居发现方法，其特征在于：所述步骤2中，所述时间插槽状态，分为静态活跃插槽和动态活跃插槽；
所述静态活跃插槽，用S表示，在每个时间周期中静态活跃插槽拥有固定位置，即每个周期第一个时间插槽，即时间插槽数值为0的位置；
所述动态活跃插槽，用D表示，其中D0,D1,D2分别表示三个动态活跃插槽；动态活跃插槽在每个周期中，规律性地变化自己的位置；在每个动态活跃插槽时间内，节点处于激活状态，通过发送广播包对其他节点的对应时间插槽状态进行探测。
4.根据权利要求3所述的一种基于异步双向探测的邻居发现方法，其特征在于：所述时间插槽状态调度，即异步双向探测方法中一个周期内三种状态的时间插槽变化方法，具体的变化规律如下：动态活跃插槽D0，D1分别从
Figure FDA0003523734780000031
的位置相向变化位置，每隔一个周期移动一个时间插槽；具体地，采用公式(1)(2)(3)来分别计算三个动态活跃插槽在每个周期中所处的位置：
Figure FDA0003523734780000032
Figure FDA0003523734780000033
Figure FDA0003523734780000038
Figure FDA0003523734780000034
式中
Figure FDA0003523734780000035
为第i个周期中D0活跃插槽的位置，根据此位置由公式(1)可计算出i+1个周期中，D0状态的时间插槽位置；根据此位置由公式(2)可计算出i+1个周期中，D1状态的时间插槽位置；
Figure FDA0003523734780000036
为第i个周期中D1活跃插槽的位置，
Figure FDA0003523734780000037
为第i个周期中D2活跃插槽的位置，根据
Figure FDA0003523734780000041
由公式(3)可计算出i个周期中，D2状态的时间插槽位置；
Figure FDA0003523734780000042
初始化为1和
Figure FDA0003523734780000043
根据三个公式的计算，三个动态时间插槽的位置遵循周期性的模式。
5.根据权利要求1所述的一种基于异步双向探测的邻居发现方法，其特征在于：所述步骤3中，根据步骤1和步骤2，双向探测方法包含三种情况：静态活跃插槽与静态活跃插槽(S-S)，静态活跃插槽与动态活跃插槽(S-D)，动态活跃插槽与动态活跃插槽(D-D)之间的相互探测，实现邻居发现。
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