泛在末梢环境中的节点选择方法
【专利摘要】本发明涉及一种泛在末梢环境中的节点选择方法，包括：计算源节点和服务节点间基于能量的可靠性水平RSE以及基于移动性的可靠性水平RSM，计算服务节点的可靠性RS＝RSM*RSE，则服务节点的选择权重值R＝w*RS/delay，计算源节点和目标服务节点间通信链路基于能量的可靠性水平为RRE以及源节点和目标服务节点间通信链路基于移动性的可靠性水平为RRM，源节点和目标服务节点间通信链路的可靠性水平为RR，选取源节点和目标服务节点间通信链路中RR最大的通信链路进行数据传输。通过本发明的技术方案，通过预测节点的移动性及节点有效时间，建立可靠性高的簇结构以完成服务发现，同时计算服务提供节点及路径的可靠性，选取可靠性最高的服务提供节点及路径，从而完成服务选择。
【专利说明】泛在末梢环境中的节点选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信【技术领域】，具体而言，涉及一种泛在末梢环境中的节点选择方法。【背景技术】
[0002] 泛在网络，能够使用户在任何时间任何地点可以享有所需服务，随着泛在网络的 不断发展，越来越多的智能终端、传感器设备、便携式设备等可以进行通信为用户提供服 务，各种能提供不同业务的终端设备分布于用户周边形成了智能空间即泛在末梢环境（例 如：智能家居、协同办公、智慧校园）。在泛在末梢环境中，节点间可通过无线通信组成无中 心MNET网络，通过协作提供丰富的泛在业务，因此节点需查找到其他节点所能提供的服 务，查找到多个匹配的服务后，需选择其中之一协作完成服务。因此在泛在末梢网络中协作 完成服务需要服务发现与选择方法。
[0003] 泛在末梢环境中若每个节点都存储整个网络的服务，节点存储的信息将过于巨 大，若节点只在需要协作完成服务时广播查找匹配服务，则会在短暂时间内造成网络拥塞， 若选择特定节点来存储小区域内的节点服务，形成基于簇的服务发现结构，则服务发现能 快速有效的实现，因此在服务发现方法中，构建簇结构能有效提高发现成功率，降低网络拥 塞。服务发现的可靠性高低是指查找到匹配服务的概率大小，若能在较短时间内查找到匹 配的服务，则用户等待时间短，用户体验好。服务选择的可靠性高低是指服务执行时中断的 难易程度，中间路由节点的移动性和能量有限性会造成路径失效，从而造成服务中断，服务 提供节点的失效更会造成服务中断。若能预测节点及路径的可靠性水平，并选择可靠性高 的节点及路径，则可有效减少服务中断次数，增强用户体验。因此泛在末梢环境下基于可靠 性预测的服务发现与选择方法具有重要的研究价值。
[0004] 现有技术中主要存在以下几种方式实现节点或路径的选取来进行通信：
[0005] 1、通过广播服务发现请求的方式查找匹配的服务，但是限制广播服务请求信息的 跳数，从而达到减少服务发现负载的目的。但只在有限跳数内寻找服务，可能出现匹配的服 务全在查找范围外的情况，其服务发现成功率并不高，同时广播服务发现请求的方式可能 会造成短时间内网络拥塞的发生；
[0006] 2、跨层以及分簇的思路，但是簇头节点的选择方案并不能保证该簇的稳定性，同 时没有提出查找到多个匹配的服务时如何选择服务提供节点的问题；
[0007] 3、选择能使网络生命周期最长的服务提供节点，但网络中提供服务或转发消息消 耗的能量并不是减小其网络生命周期的最重要因素，同时，用户体验到的服务质量高低比 网络生命周期长短更重要，同时，该方式中还订了Cost函数：Cost=ΣiepathnumService (Ni)XEt+numService(SPselected)XEexe其中，Ni是从服务发起节点到服务执行节点路 径上的中间节点，Et是服务中继节点传递服务请求所需要的能量，Eexe是服务执行节点执 行该服务所需要的能量，SPselected是选取来执行服务的节点，服务发起节点依据Cost函 数的定义计算每个节点的Cost值，选取Cost最小的节点作为服务执行节点，但对于每个不 同的请求服务而言，服务提供节点和中间路由节点需消耗的能量都具有差异性，该方案并 不能精确估算具体的能量消耗值。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是本发明的目的在于如何构建泛在末梢环境下基于 可靠性预测的服务发现与选择方法，通过预测节点的移动性及节点有效时间，建立可靠性 高的簇结构以完成服务发现，同时计算服务提供节点及路径的可靠性，选取可靠性最高的 服务提供节点及路径，采用双路径机制增强路径可靠性，从而完成服务选择。
[0009] 为此目的，本发明提出了一种泛在末梢环境中的节点选择方法，包括：S4,计算所 述源节点的速度在水平方向和垂直方向上的分解量Vxtl和Vyci,以及当前时刻的与服务节点 的距离d，根据当前时刻的距离d与T时间后两节点之间距离的比值计算两节点间基于移动 性的可靠性水平R,m，
【权利要求】
1. 一种泛在末梢环境中的节点选择方法，其特征在于，包括： 54, 计算所述源节点的速度在水平方向和垂直方向上的分解量Vxt^P Vytl，以及当前时刻 的与服务节点的距离d，根据当前时刻的距离d与T时间后两节点之间距离的比值计算两节 点间基于移动性的可靠性水平Rsm，
其中，T为完成服务所需时间，获取所述源节点剩余能量所能持续的时间tN，计算两节 点间基于能量的可靠性水平Rse，
计算所述服务节点的可靠性Rs = Rsm*Rse， 则所述服务节点的选择权重值R = w*Rs/delay, 其中，delay两节点间传输数据的时间延迟量，w为调节因子； 55, 每个服务节点向所述源节点回复消息包Reply (Uj, Iiii, s, Rs, Path)，其中，Uj为服务 请求的源节点标识，s为请求服务名称，Hii为服务节点的标识，Path为列表，用于记录服务 节点Hii到所述源节点的通信链路上每个节点的速度和剩余能量所能持续的时间，所述源节 点计算每个服务节点的R，并选取R最大的服务节点为目标服务节点； 56, 针对位于所述源节点和所述目标服务节点通信链路上的第一节点和第二节点，获 取两节点当前时刻的距离Cltl和两节点中通信半径较小的节点的通信半径r，设两节点间链 路的可维持时间则在经过在\时长后，两节点的距离由Cltl变为r，计算所述第二节点相 对于所述第一节点的速度在水平方向和垂直方向上的分量Vx和vy，则根据方程组
获取所述源节点和目标服务节点通信链路上的节点数量pn，节点i的剩余能量所能持 续的时间为h，则所述源节点和目标服务节点间通信链路基于能量的可靠性水平为Rke， Rke = min (h/T，t2/T... tpn/T) * [ (ti/T+tj/T+…+tpn/T)/pn], 所述源节点和目标服务节点间通信链路基于移动性的可靠性水平为Rkm， R履=min (M1, M2-Mpiri) * [ (MjM2+...+Mpiri) / (pn-1)], 所述源节点和目标服务节点间通信链路的可靠性水平为rk， Rr - Rre*Rrm ; 选取所述源节点和目标服务节点间通信链路中Rk最大的通信链路进行数据传输。
2. 根据权利要求1所述泛在末梢环境中的节点选择方法，其特征在于，在所述步骤S4 之前还包括： Sl，预测计算节点在n时刻的移动速度
其中，a为随机性调节因子，Vlri为所述节点在第n-1时刻的移动速度，Vxiri为节点的移 动速度符合高斯分布的随机速度变量，v为节点的历史平均速度。
3. 根据权利要求2所述泛在末梢环境中的节点选择方法，其特征在于，在所述步骤Sl 之后还包括： S2,检测所述目标节点u的剩余能量所能持续的时间u. st，邻节点数u. d和计算能力 U. CC，计算所述目标节点在泛在末梢环境中作为簇头节点的可能性值U. W = W1*!!. St+W2*U.
u. V根据所述目标节点所处的时刻和Vn确定， 所述目标节点向其邻节点发送U. W，并接收每个邻节点作为簇头节点的可能性值Z1. W，Z2. W，…，Zi. W，其中，Zi为所述目标节点第i个邻节点的标识，比较u. W与Zi. W，在u. W大于每 个Zi. W时将所述目标节点设置为簇头节点。
4. 根据权利要求3所述泛在末梢环境中的节点选择方法，其特征在于，在所述步骤S2 之后还包括： S3，在以所述目标节点为簇头节点的簇中，当簇成员节点Uj接到服务请求时，建立消息 包Request (Uj, s, D, vs)发送至簇头节点,其中，Vs为所述源节点的速度，D为请求服务的细 节列表，簇头节点所在簇中查询能够提供该请求服务的服务节点，若存在，则进入步骤S4， 若不存在，则将消息包Request转发至与所述目标节点存在通信路径的相邻簇头节点，在 相邻簇头节点所在簇中查询能够提供该请求服务的服务节点，并进入步骤S4。
5. 根据权利要求4所述泛在末梢环境中的节点选择方法，其特征在于，所述步骤S4还 包括：服务节点根据消息包Request中的D获取完成服务所需时间T和源节点剩余能量所 能持续的时间tN，并计算Rse和Rs。
6. 根据权利要求3所述泛在末梢环境中的节点选择方法，其特征在于，所述步骤S2还 包括：若u. W小于zm. W，则将所述目标节点的第m个邻节点设置为簇头，所述目标节点加入 Zi. W最大的邻节点为簇头的簇。
7. 根据权利要求3所述泛在末梢环境中的节点选择方法，其特征在于，所述步骤S2还 包括：检测所述目标节点的邻节点Zi的邻节点中是否存在相邻簇头节点，若存在，则建立所 述目标节点与相邻簇头节点之间的通信路径，若不存在，则检测邻节点Zi的邻节点的邻节 点中是否存在相邻簇头节点，直至检测到相邻簇头节点，并建立所述目标节点与相邻簇头 节点之间的通信链路。
8. 根据权利要求3所述泛在末梢环境中的节点选择方法，其特征在于，所述步骤S2还 包括：所述目标节点周期性向其所在簇中的成员节点发送验证信息，以验证成员节点是否 有效，若验证存在失效的成员节点，则在服务列表中删除失效成员节点的对应项， 以及，在所有成员节点都失效的情况下，重新选择簇头节点，在部分成员节点失效的情 况下，则为失效的成员节点查询中间节点，以使失效的成员节点重新加入簇。
9. 根据权利要求1至7中任一项所述泛在末梢环境中的节点选择方法，其特征在于，还 包括：选取所述源节点和目标服务节点间通信链路中Rk第二大的通信链路作为备用链路， 在Rk最大的通信链路失效的情况下选取所述备用链路进行数据传输。
10. 根据权利要求1至7中任一项所述泛在末梢环境中的节点选择方法，其特征在于， 还包括：所述源节点周期性判断所述目标服务节点是否失效，若失效，则重新发起服务。
【文档编号】H04W40/10GK104363625SQ201410568106
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】芮兰兰, 郭少勇, 江枫, 邱雪松, 李文璟 申请人:北京邮电大学