CN109089324A - 一种自组织网络的邻居发现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自组织网络的邻居发现方法。该方法包括：节点在配置的唤醒时隙进行载波侦听，以确定当前的信道状态，以及根据所侦听到的信道状态，所述节点判定监听邻居节点发送的信标或者发送用于邻居发现的信标。根据本发明的方法，能够减少邻居节点之间发送信标的冲突，提高邻居发现的概率并加快发现速度。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种自组织网络的邻居发现方法。
背景技术
无线协同网络或无线自组织网络是一种新型的无线网络，不需要固定通信设施的支持，网络中的节点可以动态地加入或离开***，具有较强的自组织能力和抗毁性。在无线协同网络中，网络节点之间必须相互协作建立路由信息进行通信，然而，无线自组织网络的节点在部署后是彼此孤立的，互相不知道其他节点的信息，在节点地理位置不确定、没有基础通信设备的支持的情况下，节点必须通过相互发现才能形成自组织网络，通常将在彼此通信范围内的一对节点称为彼此的邻居节点。拓扑网络中，节点之间要进行通信，必须通过和邻居交换信息，才能实现路由与多跳通信。因此邻居发现是协同网络中的一项重要的基础功能，邻居表是路由和拓扑管理的基础。因此有必要将邻居发现作为一项基本服务，设计邻居发现协议。
在现有技术中，关于无线传感器网络中的已经研究的邻居发现协议主要分为确定性邻居发现、随机邻居发现、协作式邻居发现。随机邻居发现平均时延低，但会出现“拖尾现象”，即最坏发现延时没有理论边界，例如已有的一种随机邻居发现协议是Birthday协议；协作式邻居发现通过发送邻居的信标和唤醒调度信息，间接发现邻居，加快邻居发现速度，但协作式邻居发现在实际应用上由于交换的信息增加会增加信道占用，而且在拓扑网络中由于邻居的邻居不一定是自己的邻居，初步得来的邻居表还需要验证，显然会在一定程度上消除了协作式邻居发现速度快的优点；相对于随机邻居发现和协作式邻居发现，确定性邻居发现采用特定的唤醒调度模式，从理论上保证在指定的时间内可以发现所有邻居，已提出了一种确定性邻居发现协议Disco，相比于随机邻居发现和协作式邻居发现，确定性邻居发现具有优势。
现有的确定性邻居发现采用特定的唤醒调度模式，通常以固定的周期在固定的时隙同时唤醒，从而保证一定的周期内，互为邻居的任意两个节点都存在同时唤醒的时段，理论分析中，就认为它们完成了互相发现。然而，在实践中，当两个节点的时隙严格对齐时，就会发生恰好错过邻居发现消息的问题，另外，在较大节点密度的应用场景中，在同一个唤醒时段，如果多个节点对发送信标，发生冲突的概率显著增加。这两种情况都会导致节点对没有成功发现对方，而现有的确定性邻居发现协议没有对这些情况进行检测或者避免的措施，从而使确定性邻居发现的最坏发现延时大规模增加或者使得节点不能获得完整的邻居信息表。
因此，需要对现有的确定性邻居发现技术进行改进以提高邻居节点发现的概率并提高邻居发现过程。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种自组织网络的邻居发现方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种自组织网络的邻居发现方法。该方法包括：节点在配置的唤醒时隙进行载波侦听，以确定当前的信道状态，以及根据所侦听到的信道状态，所述节点判定监听邻居节点发送的信标或者发送用于邻居发现的信标。
在一个实施例中，所述唤醒时隙由多种类型的区段组成，每一区段包括一个或多个子区间，每个子区间的持续时间相同并且在所述唤醒时隙占据不同的位置，该方法包括以下步骤：
第一次载波侦听步骤：在所述唤醒时隙的第一载波侦听区段进行第一次载波侦听，如果侦听到信道处于空闲状态，则进入所述唤醒时隙的第一随机等待区段进行信标监听，如果侦听到信道处于非空闲状态，则进入所述唤醒时隙的第一监听信标区段进行信标监听。
在一个实施例中，该方法还包括在所述第一次随机等待区段结束之后，执行以下步骤：
第二次载波侦听步骤：在所述唤醒时隙的第二载波侦听区段进行第二次载波侦听，如果侦听到信道处于空闲状态，则发送信标，如果侦听到信道处于非空闲状态，则进入第二监听信标区段进行信标监听。
在一个实施例中，该方法还包括以下步骤：
第三次载波侦听步骤：在所述唤醒时隙的第三载波侦听区段进行第三次载波侦听，如果侦听到信道处于空闲状态，则进入第二随机等待区段进行信标监听，如果侦听到信道处于非空闲状态，则进入第三监听信标区段进行信标监听。
在一个实施例中，还包括在所述第二随机等待区段结束之后，执行以下步骤：
第四次载波侦听步骤：在所述唤醒时隙的第四载波侦听区段进行第四次载波侦听，如果侦听到信道处于空闲状态，则发送信标，如果侦听到信道处于非空闲状态，则进入第四监听信标区段进行信标监听。
在一个实施例中，在第一次载波侦听步骤中，所述第一随机等待区段包含的子区间数服从(rs，rl)上的均匀分布，其中，rs、rl为整数，并且满足n为所述唤醒时隙包含的子区间总数。
在一个实施例中，在第三次载波侦听步骤中，如果侦听到信道处于空闲状态并且在所述第二次载波侦听步骤中没有发送信标的情况下，所述第二随机等待区段包含的子区间数服从(0，rs)上的均匀分布；如果侦听到信道处于非空闲状态并且在所述第二次载波侦听步骤中成功发送信标的情况下，所述第二随机等待区段包含的子区间数服从(rs，rl)上的均匀分布。
在一个实施例中，还包括在所述唤醒时隙的第一监听信标区段和所述唤醒时隙的第二监听信标区段进行信标监听的过程中，判断当前是否处于所述唤醒时隙的尾部，如果判断为否，则继续进行信标监听，如果判断为是则进行载波侦听。
在一个实施例中，该方法还包括在所述唤醒时隙未能成功发送信标的情况下，将该所述唤醒时隙的下一个时隙动态设置为唤醒时隙。
在一个实施例中，所述唤醒时隙呈周期性分布，并且根据以下子步骤配置自组织网络中一个节点的唤醒时隙：
步骤101：确定该节点的占空比cd，表示为
步骤102：选择素数对(p1，p2)，素数对的选择满足
步骤103：将满足以下条件的时隙i设置为该节点的唤醒时隙，i mod p1=0或i modp2=0，其中，i为从0开始编号的整数。
在一个实施例中，在步骤101中，所述占空比根据该节点的能量、覆盖范围和是否具有可移动性因素确定。
在一个实施例中，所述唤醒时隙包含的子区间总数n取值为50，(rs，rl)取值为(5，10)或者n取值为100，(rs，rl)取值为(10，20)。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在确定性邻居发现协议中，通过引入冲突避免和唤醒模式动态调整机制，使确定性邻居发现协议更好的应对实际的拓扑网络，从而避免冲突，加大节点对互相发现的概率，进而起到加快邻居发现过程的作用。并且，在多个节点的环境中，使节点能在有限的时间内以更快的速度找到周围的邻居节点或被邻居节点发现，减少邻居发现时延，提高邻居发现效率。
附图说明
以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的时隙-区间模型的结构示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的邻居发现方法的流程图；
图3示出了根据本发明另一个实施例的邻居发现方法的流程图
图4示出了根据本发明一个实施例的多节点各自时隙与参考时隙的对比图；
图5示出了根据本发明一个实施例的邻居发现中无冲突的时隙图；
图6示出了根据本发明一个实施例的邻居发现中存在冲突时的时隙图；
图7(a)示出了根据本发明一个实施例的邻居发现方法的仿真效果图；
图7(b)示出了根据本发明另一个实施例的邻居发现方法的仿真效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下将参照图1描述本发明的自组织网络的邻居发现方法，在图1示意的节点i和节点j的时隙-区间模型中，将连续时间分为等长的间隔，每个间隔称为一个时隙，这些时隙分为休眠时隙和唤醒时隙两种类型，在休眠时隙，节点处于低耗休眠状态，不能发送信标并且也不能监听信道，在唤醒时隙，节点处于活跃状态，能够监听信道或者发送信标等。例如，对于节点i，示意了时隙0-5，其中时隙0、3为唤醒时隙，时隙1、2、4、5为休眠时隙，对于节点j，示意了时隙0-4，其中时隙0、2、4为唤醒时隙，时隙1、3为休眠时隙。下文将重点介绍能够实现邻居节点发现的唤醒时隙。
进一步地，将每个唤醒时隙等分为更小的子区间，一个或多个子区间构成一个区段，根据随机等待、载波侦听等功能的要求，将这些区段分为4种不同类型，在本文中分别称为：载波侦听区段、监听信标区段、随机等待区段和发送信标区段。在载波侦听区段，能够侦听信道上是否有其他节点正在发送信标，从而判断信道是否处于空闲状态，如果信道上无载波，即没有被占用，则信道处于空闲状态，否则，如果侦听到信道上有载波，则判断信道处于非空闲状态或称占用状态；在监听信标区段，监听信道上是否有其他节点广播的信标消息；在随机等待区段，进行一个随机等待过程，节点也处于监听信标的状态；对于发送信标区段，是在信道处于空闲状态时，广播节点的信标消息，以用于邻居发现。
具体地，对于图1节点i的唤醒时隙0，划分成了15个子区间，其中第1个子区间构成载波侦听区段(即第一部分载波侦听区间，可进行第一次载波侦听)，第2-3子区间构成随机等待区段(第一次随机等待)，第4子区间构成载波侦听区段(第二次载波侦听)，第5子区间构成信标发送区段(第一次信标发送)，第6-10子区间为监听信标区段(第一次监听信标)，第11子区间为载波侦听区段(第三次载波侦听)，第12-13子区间为随机等待区段(第二次随机等待)，第14子区间为载波侦听区段(第四次载波侦听)，第15子区间为信标发送区段(第二次信标发送)，可见，对于该唤醒时隙0，可进行4次载波侦听、2次随机等待、2次信标发送和1次信标监听。例如，在实际的邻居发现过程中，节点j在唤醒时隙0的监听信标区段监听到了节点i在唤醒时隙3的发送信标区段发送的信标，同理，节点i在唤醒时隙3的监听信标区段监听到了由节点j在唤醒时隙0的发送信标区段发送的信标，因此，节点i和节点j完成了相互发现。
需要说明的是，图1的示例仅是示意性，本邻域的技术人员在不违背本发明的精神和范围的情况下，根据自组织网络的实际部署情况，可对唤醒时隙的具体构成作适当的改变或变型，例如，每一唤醒时隙可以划分为更多或更少的子区间，每一唤醒时隙可以包括更多或更少的载波侦听次数、信标发送次数和随机等待次数等，或者每一个载波侦听区段、信标发送区段和随机等待区段可以包含更多或更少的子区间数量。例如，对于图1节点i的唤醒时隙3，也划分为15个子区间，其中，子区间1为载波侦听区段，子区间2-3为随机等待区段，子区间4为载波侦听区段，子区间5为信标发送区段，子区间6-9为监听信标区段，子区间10为载波侦听区段，子区间，子区间11-15为监听信标区段，即唤醒时隙3包含三次载波侦听、1次随机等待、1次信标发送和2次信标监听。
在一个实施例中，对于每个节点，可静态预配置唤醒时隙的位置、唤醒时隙包含的总的子区间数量、每种类型区段的数量以及每个区段包含的子区间数(例如，当节点密度大时，唤醒时隙预配置两个信标发送区段，其中第一次信标发送发生在唤醒时隙的前半部分，第二次信标发送发生在唤醒时隙的后半部分)。在另外的实施例中，也可将静态预配置和动态调整相结合，例如，预配置每个唤醒时隙包含的部分区段的数量和/或该部分区段包含的子区间数量，而对于其它部分区段采用动态配置方式，具体可参见下文的描述。
以下结合图1的唤醒时隙0，介绍本发明的邻居发现方法，简言之，该方法通过在唤醒时隙加入载波侦听过程和随机等待过程，在信道忙时，延迟信标发送，从而减少多个节点同时发送信标的概率以控制信标冲突。具体地，参见图2所示，该方法包括以下步骤：
第一步，确定节点的唤醒周期
唤醒时隙可静态预配置和/或动态配置，可以周期性呈现或非周期呈现，对于周期性的唤醒时隙，每个节点可配置相同或不同的唤醒周期，在本文中，唤醒周期采用时隙数来衡量，例如，唤醒周期为3，表示每隔3个时隙出现一个唤醒时隙。
在一个实施例中，不同的节点设置不同的唤醒周期，例如，首先根据节点自身的条件确定占空比，将占空比定义为其中，根据节点的能量、覆盖范围和是否具有可移动性等因素可为不同的节点确定不同的占空比，例如，占空比可以为5％、8％、10％和23％等(例如，如果节点能量高、覆盖范围大、移动频繁，则设置较大的占空比)；然后，再根据cd选择各个节点的唤醒周期(具体请参见下文关于确定唤醒时隙周期的说明)。在另一个实施例中，在确定了节点的唤醒周期的情况下，可以根据节点在唤醒时隙是否成功发送信标来动态地增加唤醒时隙(具体请参见下文关于确定唤醒时隙周期的说明)。
第二步，进入唤醒时隙并进行第一次载波侦听
当节点进入唤醒时隙时，在唤醒时隙开始部分的载波侦听区段，首先进行第一次载波侦听，查看信道是否空闲，如果信道处于空闲状态，则进入第一次随机等待区段，该随机等待区段能够监听信标的状态，如果信道处于非空闲状态，则跳过以下第三步的第2次载波侦听，直接进入监听信标区间。
在该步骤中，随机等待区段包含的子区间数服从(rs，rl)上的均匀分布(即随机等待区段的子区间数落在(rs，rl)范围内任一整数值的可能性相等)，其中，rs和rl为任意整数，并且为了保证在一个唤醒时隙中包括最基本的4次载波侦听区段和2次可能的信标发送区段， n为一个唤醒时隙包含的子区间数量。
第三步，第二次载波侦听
在第一次随机等待区段结束之后，进行第2次载波侦听，查看信道是否空闲，如果信道处于空闲状态，则立即发送信标，否则，如果信道处于非空闲状态，则直接进入监听信标区段。
第四步，监听信标区段并判断是否为唤醒时隙尾部
在监听信标区段中，监听信标的同时判断当前是否为唤醒时隙尾部，若是，则进入以下第五步的第三次载波监听，若不是，则继续保持监听信标状态。
在本文中，尾部是指唤醒时隙中间的稍后位置，例如，如果在唤醒时隙的前面部分已经完成一次信标发送，即在第二次载波侦听后完成信标发送，则第(n-(rl+3))区间开始判断为处于时隙尾部。如果在第二次载波侦听后没有成功发送信标，则在第(n-(rs+3))区间开始判断为处于时隙尾部。
第五步，第三次载波侦听
监听信标区间结束之后，进行第3次载波侦听，查看信道是否空闲，如果信道处于空闲状态，则进入第二次随机等待区段，如果信道处于非空闲状态，则跳过以下第六步的第4次载波侦听，直接进入监听信标区间，一直持续到唤醒时隙结束。
在该步骤中，如果侦听到信道处于空闲状态并且在上述第二次载波侦听过程中没有发送信标的情况下，该第二次随机等待区段包含的子区间数服从(0，rs)上的均匀分布；如果侦听到信道处于非空闲状态并且在上述第二次载波侦听过程中成功发送信标的情况下，该第二次随机等待区段包含的子区间数服从(rs，rl)上的均匀分布。由于服从(rs，rl)的均匀分布时，随机等待时间较长，服从(0，rs)上的均匀分布时，随机等待时间相对较短，在没有成功发送信标的情况下，通过缩短随机等待的时间能够增大发送信标的概率。
第六步，第四次载波侦听
在第二次随机等待区段结束之后，进行第4次载波侦听，查看信道是否空闲，如果信道处于空闲状态，则立即发送信标(即在图1的唤醒时隙0的子区间15)；否则，如果信道处于非空闲状态，则直接进入监听信标区段(即此时图1的唤醒时隙0的子区间15为监听信标区段)，也就是说最后一个子区间或者是发送信标区段或者是监听信标区段。至此，一个唤醒时隙结束。
在上述实施例中，首先确定了每个唤醒时隙总的子区间数，并且可预先配置信标发送区段和载波侦听区段包含的子区间数，例如，固定设置为包含一个子区间，而对于载波侦听次数、信标发送次数、随机等待次数以及随机等待区间包含的子区间数等可根据信道状态等因素动态确定。这种将静态预配置和动态配置相结合的方法，能够兼顾邻居发现的效率和概率。在上述实施例中，在唤醒时隙的前半部分(例如第5子区间)发送信标，能够在邻居节点时隙不对齐的情况下，增大相互发现的概率，并且在唤醒时隙的后半部分(例如最后一个子区间)还可能再次发送信标，进一步提高了邻居节点相互发现的概率。此外，通过增加随机等待过程，使不同的节点能够尽量避免在相同的时刻发送信标以减少信标冲突，能够提高邻居节点之间相互发现的概率，并且根据是否成功发送过信标来动态调整随机等待区段包含的子区间数能够进一步有效控制信标冲突并加快发现邻居节点的速度。
1)关于确定唤醒时隙周期的说明
在本发明的一个优选实施例中，不同节点可设置不同的唤醒调度周期，即每个节点在不同的周期时隙内进行唤醒。例如，唤醒周期(仍以时隙数计)选择为不同的素数对(根据中国剩余原理，对两两互质的数，可以在若干个周期后相遇)来确保每2个节点都会有重叠的时隙，从而保证2个节点之间可以实现相互发现。
具体地，采用中国剩余理论确定2个节点的唤醒周期的计算公式为：
x≡a1(mod n1) (1)
x≡a2(mod n2) (2)
其中，x表示节点1和节点2共同的参考时隙的时隙标号，a1和a2为余数，分别理解为节点1和节点2的时隙标号同参考时隙标号x的偏移量，n1和n2互质，且分别为节点1和节点2的唤醒周期。从上面的公式可以得到，在共同的参考时隙标号x同时满足公式(1)和(2)的情况下，节点1、2都有各自的唤醒时隙，这意味着节点1，2能相互发现。
进一步地，为了有效地减少信标冲突，考虑唤醒时隙的动态变化，即在遇到信标冲突时，动态增加唤醒时隙。
根据本发明的一个实施例，唤醒时隙动态增加过程包括以下步骤：
步骤S210，基于节点的占空比选择唤醒时隙的周期。
假设节点的占空比为cd，根据节点选择唤醒周期的素数对为(p1，p2)，并且满足
步骤S220，确定唤醒时隙。
假设节点在第i个时隙，若i mod p1＝0(i对p1取余为0，即p1能被i整除)或i modp2＝0(i对p2取余为0，即p2能被i整除)，则第i个时隙为唤醒时隙。
步骤S230，动态增加唤醒时隙
如果在步骤S220中的唤醒时隙按照例如图2所示流程执行后，未成功发送1次信标，则动态增加下一个时隙为唤醒时隙，例如在时隙0为配置的唤醒时隙的情况下，将时隙1动态增加为唤醒时隙，以继续进行信标的侦听和发送。
为了进一步理解本发明，下面将介绍根据本发明一个实施例的邻居发现方法的完整过程中，参见图3所示，具体包括以下步骤：
步骤S310，各节点根据参考时隙图获得各自的时隙图。
在本文中，参考时隙图是为了便于理解而加入的概念，不需要在本发明的节点发现方法的实现中加入，参见图4所示，示意了0-13参考时隙，假设选取参考时隙图的时隙长度为lms，每个节点根据参考时隙图得到自己的时隙图，例如，节点i和节点j根据参考时隙图得到各自相应的时隙图，节点i、j等分各自的时间轴并选取lms为一个时隙，示意了节点i的0-10时隙，节点j的0-11时隙。
在图4中，节点i、j的时隙图与参考时隙有偏移，这是因为在实际情况中需要考虑到节点间时钟异步以及时隙未对齐的情况。
步骤S311，根据占空比选取唤醒时隙周期。
由于每个节点的实际情况，例如不同的能量、覆盖范围、所处环境等特点，所以，对不同的节点分别选择不同的占空比cd，再根据占空比的大小选取不同的素数对(p1，p2)作为其唤醒周期，素数对的选择需满足
步骤S312，将各节点的每个唤醒时隙划分为多个子区间。
根据本发明的时隙-区间模型，把每个节点的每个唤醒时隙等分为n个子区间，下面的描述是基于一个唤醒时隙内，即在这n个子区间内。n的取值与自组织网络的节点密度有关，对于节点密度大网络，选取相对大的n的取值以增大邻居发现概率，例如，n可取50、100等。
步骤S313，确定唤醒时隙的随机等待区段包含的子区间数。
选取rs和rl为步骤S314-S317中确定随机等待区间数所用，rs和rl为任意整数，并且例如满足能够满足最坏的情况。例如，n取值50时，(rs，rl)可取(5，10)，n取值100时，(rs，rl)可取(10，20)。
步骤S314，进行第一次载波侦听。
进入唤醒时隙时，首先进入这n个区间中第1个子区间(即载波侦听区段)，进行载波侦听，查看信道是否空闲。如果信道空闲则进行包含k1个子区间的第一次随机等待区段，k1服从(rs，rl)上的均匀分布；如果信道忙，则跳过步骤S315的第2次载波侦听，直接进入监听信标区段。
步骤S315，进行第二次载波侦听。
在结束了S314的随机等待区段之后，进行第2次载波侦听，如果第2次载波侦听到信道空闲，则立即发送信标，否则，进入监听信标区段。
步骤S316，监听信标区段并判断是否为唤醒时隙尾部。
监听信标区段中会进行一个判断，判断是否为时隙尾部，如果是时隙尾部则进入S317的第三次载波侦听，否则继续保持在监听信标区段。
步骤S317，进行第三次载波侦听。
监听信标区段结束之后，进行第3次载波侦听。如果载波侦听到信道空闲并且在S315中没有完成发送信标，则进行包含k2个子区间的第二次随机等待区段，k2服从(0，rs)上均匀分布；如果载波侦听到信道空闲并且在S315中已经完成发送信标，则k2服从(rs，rl)上均匀分布；如果载波侦听到信道忙，则跳过S318中的第4次载波侦听，直接进入监听信标区段，这里的信标监听区段会一直持续到这个唤醒时隙结束。
步骤S318，进行第四次载波侦听。
在结束了S317中的第二次随机等待区段之后，进行第4次载波侦听。如果第4次载波侦听到信道空闲，则立即发送信标后，结束该唤醒时隙；否则，进行1个监听信标区段之后，结束唤醒时隙。
步骤S319，动态增加唤醒时隙。
如果从S314到S318整个唤醒时隙中，未成功发送1次信标，并且，这个唤醒时隙为节点自身唤醒周期对应的时隙(非动态增加的时隙)，则动态增加下一个时隙为唤醒时隙，回到S314，以继续在新增加的唤醒时隙执行上述过程。
在上述描述中，节点间相互在自己的监听区段收到对方节点在信标发送区段发送的信标，即说明节点相互发现结束，退出邻居发现过程。
需要说明的是，在上述实施例中，一个唤醒时隙包含的总的子区间数是预先确定的，载波侦听区段和信标发送区段均只固定占用了一个子区间，而随机等待区段所包含的子区间数是根据载波侦听情况和信标发送情况动态确定的，发送信标区段也是根据实际发送过程动态确定，可能存在一个信标发送区段，也可能存在两个信标发送区段，甚至不存在信标发送区段。
例如，图5示出了唤醒时隙内未检测到冲突的时隙图和时隙0的详图，在图5中，节点的唤醒周期为3，第0、第3和第6时隙为唤醒时隙。参见时隙0详图，第一次载波侦听后，信道处于空闲状态，进行了k1(k1服从(rs，rl)上的均匀分布)个随机等待子区间，在第2次载波侦听后得知信道依旧空闲，则立即发送信标；同理，可看出第3次载波侦听后信道处于空闲状态，则进行了k2(k2服从(rs，rl)上的均匀分布)个随机等待子区间，第4次载波侦听后，在得知信道处于空闲状态后进入信标发送子区间。
图6示意了在一个唤醒时隙内未发送1个信标的情况下，动态增加时隙后的时隙0和时隙1的详图，在图6中，节点的唤醒周期为3，而时隙1为唤醒时隙，其是由于整个时隙0未进入成功进行信标发送，即未完成1次信标发送，所以动态增加时隙1为唤醒时隙。根据图6的时隙0详图可知，在第1次监听到信道忙之后，直接进入到监听信标区段，在结束监听信标区段之后，直接进行了第3次载波侦听，得知信道处于忙的状态，则进入监听信标区段直到时隙结束。然而，整个时隙0没有进入信标发送区段。同理，在时隙1中，由于第1次载波侦听到信道依旧忙时，节点跳过第2次载波侦听直接进入监听区段，第3次载波侦听后信道处于空闲状态，进入随机等待区段，随机等待区段包含的子区间数为图5中的k3。(k3服从(0，rs)上均匀分布)，结束随机等待区段之后，进行第4次载波侦听，侦听到信道空闲后，立即进入信标发送区段发送信标。
为了进一步验证本发明的效果，发明人进行了仿真，参见图7(a)和图7(b)所示，其中纵坐标为发现邻居节点的概率，横坐标为以时隙数计的发现时延，图中的虚线表示传统方法，实线表示本发明采用的方法(即改进后的邻居节点发现方法)，图7(a)为3个节点间的相互发现概率分布图，3个节点的占空比cd分别设置为23％、10％、9％，选择的素数对分别为(7，11)、(17，23)、(19，29)；图7(b)同样是3个节点间的相互发现概率分布图，3个节点的占空比cd分别为10％、8％、5％，选择的素数对分别为(17，23)、(19，37)、(37，43)。由图7(a)和图7(b)中可以看出本发明的邻居发现方法相比现有技术的方法能够更快实现邻居节点的全部发现。
综上所述，本发明通过将冲突避免和唤醒模式动态调整两种机制引入到确定性邻居发现协议中，十分有效地解决了确定性邻居发现协议在实践中遇到的冲突问题，从而使确定性邻居发现协议更好的应对实际的拓扑网络。在唤醒时隙内，通过载波监听实现冲突避免，同时一个唤醒时隙内未能成功发送时，在该唤醒时隙后增加一个唤醒时隙，从而避免冲突，加大节点对互相发现的概率，进而起到加快邻居发现过程的作用。
本发明的邻居节点发现方法，结合确定性邻居发现协议和随机发现协议各自的特点，在多个节点的环境中，使节点能在有限的时间内以更快的速度找到周围的邻居节点或被邻居节点发现，减少邻居发现时延，提高邻居发现效率。
需要说明的是，虽然上文按照特定顺序描述了各个步骤，但是并不意味着必须按照上述特定顺序来执行各个步骤，实际上，这些步骤中的一些可以并发执行，甚至改变顺序，只要能够实现所需要的功能即可。
本发明可以是***、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以包括但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (14)
1.一种自组织网络的邻居发现方法，包括：
节点在配置的唤醒时隙进行载波侦听，以确定当前的信道状态，以及根据所侦听到的信道状态，所述节点判定监听邻居节点发送的信标或者发送用于邻居发现的信标。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述唤醒时隙由多种类型的区段组成，每一区段包括一个或多个子区间，每个子区间的持续时间相同并且在所述唤醒时隙占据不同的位置，该方法包括以下步骤：
第一次载波侦听步骤：在所述唤醒时隙的第一载波侦听区段进行第一次载波侦听，如果侦听到信道处于空闲状态，则进入所述唤醒时隙的第一随机等待区段进行信标监听，如果侦听到信道处于非空闲状态，则进入所述唤醒时隙的第一监听信标区段进行信标监听。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，还包括在所述第一次随机等待区段结束之后，执行以下步骤：
第二次载波侦听步骤：在所述唤醒时隙的第二载波侦听区段进行第二次载波侦听，如果侦听到信道处于空闲状态，则发送信标，如果侦听到信道处于非空闲状态，则进入第二监听信标区段进行信标监听。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，还包括以下步骤：
第三次载波侦听步骤：在所述唤醒时隙的第三载波侦听区段进行第三次载波侦听，如果侦听到信道处于空闲状态，则进入第二随机等待区段进行信标监听，如果侦听到信道处于非空闲状态，则进入第三监听信标区段进行信标监听。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，还包括在所述第二随机等待区段结束之后，执行以下步骤：
第四次载波侦听步骤：在所述唤醒时隙的第四载波侦听区段进行第四次载波侦听，如果侦听到信道处于空闲状态，则发送信标，如果侦听到信道处于非空闲状态，则进入第四监听信标区段进行信标监听。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，在第一次载波侦听步骤中，所述第一随机等待区段包含的子区间数服从(rs，rl)上的均匀分布，其中，rs、rl为整数，并且满足n为所述唤醒时隙包含的子区间总数。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在第三次载波侦听步骤中，如果侦听到信道处于空闲状态并且在所述第二次载波侦听步骤中没有发送信标的情况下，所述第二随机等待区段包含的子区间数服从(0，rs)上的均匀分布；如果侦听到信道处于非空闲状态并且在所述第二次载波侦听步骤中成功发送信标的情况下，所述第二随机等待区段包含的子区间数服从(rs，rl)上的均匀分布。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，还包括在所述唤醒时隙的第一监听信标区段和所述唤醒时隙的第二监听信标区段进行信标监听的过程中，判断当前是否处于所述唤醒时隙的尾部，如果判断为否，则继续进行信标监听，如果判断为是则进行载波侦听。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括在所述唤醒时隙未能成功发送信标的情况下，将该所述唤醒时隙的下一个时隙动态设置为唤醒时隙。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述唤醒时隙呈周期性分布，并且根据以下子步骤配置自组织网络中一个节点的唤醒时隙：
步骤101：确定该节点的占空比cd，表示为
步骤102：选择素数对(p1,p2)，素数对的选择满足
步骤103：将满足以下条件的时隙i设置为该节点的唤醒时隙，i mod p1＝0或i mod p2＝0，其中，i为从0开始编号的整数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在步骤101中，所述占空比根据该节点的能量、覆盖范围和是否具有可移动性因素确定。
12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述唤醒时隙包含的子区间总数n取值为50，(rs，rl)取值为(5，10)或者n取值为100，(rs，rl)取值为(10，20)。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现根据权利要求1至12中任一项所述方法的步骤。
14.一种计算机设备，包括存储器和处理器，在所述存储器上存储有能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至12中任一项所述的方法的步骤。
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