[发明专利]用于移动无线网络的基于完全差集的邻居节点发现方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种移动无线网络技术领域的方法，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。

背景技术

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（Proximity-Based Applications），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 in Mathematics.Springer-Verlag New York,1971）以及J.Singer在“A theorem in finite projective geometry and some applicationsto number theory”（Transactions of the American Mathematical Society,vol.43,no.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。