邻居节点发现方法及系统与流程
本发明涉及网络技术领域，具体而言，涉及一种邻居节点发现方法及系统。
背景技术：
在无线传感网络中，邻居发现是网络构建的第一步，但是邻居节点的发现需要在节点都为苏醒状态时才能够实现发现数据的传输与接收。但是传感网中的节点一般是由电池供电，但是电池的容量有限，且更换麻烦，导致节点能量十分有限，因此节点一般不能采用一直保持苏醒的状态以实现邻居节点的发现。但是节点在多数时间中保持休眠状态会导致节点的发现效率低下。因此，一种在能耗较低的条件下实现邻居节点发现是迫切需求的。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种邻居节点发现方法及系统。
本发明实施例提供的一种邻居节点发现方法，应用于传感网中，所述传感网包括多个节点，所述邻居节点发现方法包括：
设定每个节点的时间周期，所述时间周期包括一个或多个子周期，所述子周期中包括第一苏醒时隙、多个第二苏醒时隙和休眠时隙，所述第一苏醒时隙和第二苏醒时隙的长度不同，所述第一苏醒时隙分布在所述子周期的起始位置，所述第二苏醒时隙分布在所述子周期的前半周期，所述第一苏醒时隙的长度不小于所述第二苏醒时隙的长度与半周期内的任意两个相邻的第二苏醒时隙之间的休眠时隙长度之和；
每个所述节点按照所述时间周期规定的模式工作，在时间周期中的第一苏醒时隙和第二苏醒时隙节点苏醒，在所述时间周期的其它时隙中保持休眠；
第一节点和第二节点在其中一个时间周期内实现第一节点的第一苏醒时隙与第二节点的第一苏醒时隙交叉，或第一节点的第一苏醒时隙与第二节点的第二苏醒时隙交叉，所述第一节点与第二节点在苏醒时隙交叉期间实现节点发现，其中所述第一节点是指传感网中的其中一个节点，第二节点是指传感网中的另一个节点。
本发明实施例还提供一种邻居节点发现系统，所述邻居节点发现系统为传感网，所述传感网包括多个节点；
每个所述节点按照预设时间周期规定的模式工作，在时间周期中的第一苏醒时隙和第二苏醒时隙节点苏醒，在所述时间周期的其它时隙中保持休眠，所述时间周期包括一个或多个子周期，所述子周期中包括第一苏醒时隙、多个第二苏醒时隙和休眠时隙，所述第一苏醒时隙和第二苏醒时隙的长度不同，所述第一苏醒时隙分布在所述子周期的起始位置，所述第二苏醒时隙分布在所述子周期的前半周期，所述第一苏醒时隙的长度不小于所述第二苏醒时隙的长度与半周期内的任意两个相邻的第二苏醒时隙之间的休眠时隙长度之和；
第一节点和第二节点在其中一个时间周期内实现第一节点的第一苏醒时隙与第二节点的第一苏醒时隙交叉，或第一节点的第一苏醒时隙与第二节点的第二苏醒时隙交叉，所述第一节点与第二节点在苏醒时隙交叉期间实现节点发现，其中所述第一节点是指传感网中的其中一个节点，第二节点是指传感网中的另一个节点。
与现有技术相比，本发明实施例的邻居节点发现方法及系统，通过设置节点的工作周期，以使传感网中的两个节点在一周期内能实现苏醒时隙的交叉，以为邻居节点的发现提供条件。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的邻居节点发现方法的流程图。
图2为本发明较佳实施例提供的邻居节点发现方法中的时间周期的示意图。
图3a为本发明较佳实施例提供的邻居节点发现方法中的两个节点苏醒时隙交叉的示意图。
图3b为本发明较佳实施例提供的邻居节点发现方法中的两个节点苏醒时隙交叉的示意图。
图4为本发明另一较佳实施例提供的邻居节点发现方法中的时间周期的示意图。
图5为本发明再一较佳实施例提供的邻居节点发现方法中的时间周期的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例提供一种邻居节点发现方法，应用于传感网中，所述传感网包括多个节点。请参阅图1，是本发明较佳实施例提供的邻居节点发现方法的流程图。下面将对图1所示的具体流程进行详细阐述。
步骤s101，设定每个节点的时间周期，所述时间周期包括一个或多个子周期，所述子周期中包括第一苏醒时隙、多个第二苏醒时隙和休眠时隙。
本实施例中，当所述传感网中任意一个节点处于时间周期中的苏醒时隙时，该节点可以执行接收数据或发送数据。
本实施例中，所述节点可以是传感器、数据处理单元、通信单元等节点。
本实施例中，所述第一苏醒时隙和第二苏醒时隙的长度不同，所述第一苏醒时隙分布在所述子周期的起始位置，所述第二苏醒时隙分布在所述子周期的前半周期，所述第一苏醒时隙的长度不小于所述第二苏醒时隙的长度与半周期内的任意两个相邻的第二苏醒时隙之间的休眠时隙长度之和。
步骤s102，每个所述节点按照所述时间周期规定的模式工作，在时间周期中的第一苏醒时隙和第二苏醒时隙节点苏醒，在所述时间周期的其它时隙中保持休眠。
本实施例中，第一节点和第二节点在其中一个时间周期内实现第一节点的第一苏醒时隙与第二节点的第一苏醒时隙交叉，或第一节点的第一苏醒时隙与第二节点的第二苏醒时隙交叉，其中所述第一节点是指传感网中的其中一个节点，第二节点是指传感网中的另一个节点。
步骤s103，所述传感网的第一节点在第一苏醒时隙的开始和结束以及所述时间周期内的每个第二苏醒时隙的前半段时间向所述传感网中发送数据，传感网的每个节点在其余苏醒时隙中处于侦听状态。
本实施例中，所述第一节点与第二节点在苏醒时隙交叉期间实现节点发现。
本实施例中，所述第一节点发送的数据中包括该节点的设备id，所述设备id可以唯一标识该节点。
步骤s104，所述传感网中的第二节点在接收到第一节点发送的数据包后向该第一节点发送一个数据包以通知该第一节点。
通过上述时隙的布局可以使传感网中任意两个节点在一个时间周期内能够有苏醒时隙的交叉。当两个节点在交叉的苏醒时隙时，刚好一个节点正在发送数据，另一个节点处理可以接收数据的状态，则两个几点可以实现发现。
本实施例中，接收到数据的节点可以在接收到数据后向发送数据的节点发送一帧数据，以使两个节点实现互相发现。
在一种实施方式中，如图2所示，所述时间周期包括一个子周期，所述第一苏醒时隙设置在所述时间周期的起始位置，所述第二苏醒时隙均匀地设置在所述时间周期的前半周期，且相邻两个第二苏醒时隙的偏移为所述第一苏醒时隙与预设值之差。所述预设值可以是所述第二苏醒时隙的长度，也可以是发送两帧数据所需时间。例如，发送一帧数据或接收一帧数据所需时间为δ，则相邻两个第二苏醒时隙的偏移为所述第一苏醒时隙与2δ之差。所述预设值还可以是本领域的技术人员根据其它需求设置的一个值。
在一个实例中，所述第一苏醒时隙用a时隙表示，第二苏醒时隙用p时隙表示，时间周期用t表示，一个子周期包括t个逻辑时隙l，一个子周期用t表示。下面都以上述符号表示所述时间周期、子周期、第一苏醒时隙及第二苏醒时隙。
如图2所示，本实施例中所述时间周期仅包括一个子周期，则子周期t与所述时间周期t相同。在一个实例中，一个时间周期可以仅包括一个子周期，一个子周期包括九个逻辑时隙l。每个节点在一个周期t内有两种苏醒时隙，a时隙和p时隙，a时隙和p时隙的长度不相等。每个时间周期t有一个a时隙，a时隙位于时间周期的起始位置。每个时间周期t有多个p时隙，p时隙分布在时间周期的前半周期，在一种实施方式中，p时隙均匀地分布在时间周期的前半周期。
在一种实施方式中，图2所示的时间周期包括九个长度为τ的逻辑时隙，包括一个长度为τ+2δ的a时隙，四个长度为2δ的p时隙。相邻两个p时隙的相对偏移为τ。在一个实例中，所述δ表示发送或者接收一帧数据所需时间。
在另一种实施方式中，所述时间周期的a时隙的长度为(k+2)δ，其中k为不小于1的整数。相邻两个p时隙的相对偏移是la-2δ＝kδ。
如图3a和3b所示，对于任意的两个邻居节点x和y，设
本实施例中，多个p时隙都被分配到一个时间周期t之内。在一个实例中，可以用m(c)来代表在一个节点在时间周期内的第c个δ时间，节点所处状态。c的取值范围是从0到mt-1，因为一个周期总共有t个逻辑时隙。
其中，其中％表示取模操作，m＝τ/δ。
其中，图3a示出的x的a时隙到y的a时隙的偏移
在一个实例中，若
在上述实施方式中，将每个p时隙设置成2δ，同时将每个a时隙设置成相邻两个p时隙的偏移与2δ之和。可以使用传感网中的两个节点在一个时间周期能至少有2δ的苏醒时隙的交叉以方便节点之间的相互发现。
本实施例中，所述时间周期t可包括多个子周期t，所述第一苏醒时隙设置在每个子周期的起始位置；所述第二苏醒时隙平均分配给每个子周期，且所述第二苏醒时隙设置在每个子周期的前半周期，且相邻两个第二苏醒时隙的偏移为所述第一苏醒时隙与预设值之差。所述预设值可以是所述第二苏醒时隙的长度，也可以是发送两帧数据所需时间。例如，发送一帧数据或接收一帧数据所需时间为δ，则相邻两个第二苏醒时隙的偏移为所述第一苏醒时隙与2δ之差。所述预设值还可以是本领域的技术人员根据其它需求设置的一个值。
具体地，当子周期不是第一个子周期时，该子周期中的第一个第二苏醒时隙所处位置与上一子周期的最后一个第二苏醒时隙所处位置的距离为所述第一苏醒时隙与第二苏醒时隙之差；当该子周期为第一个子周期时，该子周期的第一个第二苏醒时隙所处位置与所述第一苏醒时隙尾部位置的距离为第一苏醒时隙与第二苏醒时隙之差。
本实施例中，a时隙的长度可按照需求进行设置，假设a时隙的长度是(k+2)δ，其中k是一个不小于1整数。每个子周期中设置一个a时隙，a时隙位于每个子周期的起始位置。当所有行被投影到一行时，为了保证p时隙被均匀地分布在投影行除a时隙外的前半个周期：
其中，两个相邻p时隙的相对偏移是la-2δ＝kδ；
所述时间周期t所有的p时隙的数量为
图4给出了一个时间周期的实例，其中，图4所示的实例中，n＝2，la＝12δ。其中la表示a时隙的长度。在所述时间周期t中包含了四个p时隙，四个p时隙被均匀地分配到两个子周期中。
图5给出了一个时间周期的例子，其中，图5所示的实例中，n＝2，la＝7δ。其中la表示a时隙的长度。在所述时间周期t中包含了八个p时隙，八个p时隙被均匀地分配到两个子周期中。
本实施例中，通过上述设置，在一个时间周期t内至少有一个重叠长度大于2δ的a-a或者a-p苏醒时隙的交叉以方便节点之间的相互发现。
在一种实施方式中，在a时隙的开始和结尾各发一个hello数据包，其余时间处于侦听状态。所述p时隙在第一个δ发送一个hello数据包，然后在第二个δ转到接收模式。当一节点接收到一个hello数据包后，为了使得它的发送节点能够发现该节点，该节点再回发一个hello数据包。因此，在两个节点在苏醒时隙交叉时，节点能够实现双向发现能够实现。
本实施例中，所述时间周期中的子周期的数量和第一苏醒时隙的长度根据所述占空比进行确定。下面关于子周期的数量与所述第一苏醒时隙的长度的关系进行详细描述。
当n和k变化时，最坏发现延迟的最小值也随着改变，下面在几个实例中进行分析最坏发现延迟与参数n和k的关系。本实例中，占空比dc为：在一段时间内的总的苏醒时间除以这段总时间。在一个时间周期t＝nt内，有两种苏醒时隙，a时隙和p时隙。其中，时间周期t中有n个a时隙，每个a时隙的长度为(k+2)δ，
其中：
因此，最坏发现延迟可表示为：
本实例中，当w(n,k)对n求偏导。当
然后，k的最优值是2/d。但是由于，
根据本发明实施例的邻居节点发现方法，通过设置节点的工作周期，以使传感网中的两个节点在一周期内能实现苏醒时隙的交叉，以为邻居节点的发现提供条件。
本发明实施例还提供一种邻居节点发现系统，所述邻居节点发现系统为传感网，所述传感网包括多个节点；
每个所述节点按照预设时间周期规定的模式工作，在时间周期中的第一苏醒时隙和第二苏醒时隙节点苏醒，在所述时间周期的其它时隙中保持休眠，所述时间周期包括一个或多个子周期，所述子周期中包括第一苏醒时隙、多个第二苏醒时隙和休眠时隙，所述第一苏醒时隙和第二苏醒时隙的长度不同，所述第一苏醒时隙分布在所述子周期的起始位置，所述第二苏醒时隙分布在所述子周期的前半周期，所述第一苏醒时隙的长度不小于所述第二苏醒时隙的长度与半周期内的任意两个相邻的第二苏醒时隙之间的休眠时隙长度之和；
第一节点和第二节点在其中一个时间周期内实现第一节点的第一苏醒时隙与第二节点的第一苏醒时隙交叉，或第一节点的第一苏醒时隙与第二节点的第二苏醒时隙交叉，所述第一节点与第二节点在苏醒时隙交叉期间实现节点发现，其中所述第一节点是指传感网中的其中一个节点，第二节点是指传感网中的另一个节点。
本实施例中，所述时间周期包括一个子周期，所述第一苏醒时隙设置在所述时间周期的起始位置，所述第二苏醒时隙均匀地设置在所述时间周期的前半周期，且相邻两个第二苏醒时隙的偏移为所述第一苏醒时隙与预设值之差。所述预设值可以是所述第二苏醒时隙的长度，也可以是发送两帧数据所需时间。例如，发送一帧数据或接收一帧数据所需时间为δ，则相邻两个第二苏醒时隙的偏移为所述第一苏醒时隙与2δ之差。
本实施例中，所述时间周期包括多个子周期，所述第一苏醒时隙设置在每个子周期的起始位置；所述第二苏醒时隙平均分配给每个子周期，且所述第二苏醒时隙设置在每个子周期的前半周期，且相邻两个第二苏醒时隙的偏移为所述第一苏醒时隙与预设值之差。所述预设值可以是所述第二苏醒时隙的长度，也可以是发送两帧数据所需时间。例如，发送一帧数据或接收一帧数据所需时间为δ，则相邻两个第二苏醒时隙的偏移为所述第一苏醒时隙与2δ之差。
本实施例中，当子周期不是第一个子周期时，该子周期中的第一个第二苏醒时隙所处位置与上一子周期的最后一个第二苏醒时隙所处位置的距离为所述第一苏醒时隙与第二苏醒时隙之差；当该子周期为第一个子周期时，该子周期的第一个第二苏醒时隙所处位置与所述第一苏醒时隙尾部位置的距离为第一苏醒时隙与第二苏醒时隙之差。
本实施例中，所述传感网的第一节点在第一苏醒时隙的开始和结束以及所述时间周期内的每个第二苏醒时隙的前半段时间向所述传感网中发送数据，传感网的每个节点在其余苏醒时隙中处于侦听状态；
所述传感网中的第二节点在接收到第一节点发送的数据包后向该第一节点发送一个数据包以通知该第一节点。
关于本实施例的其它细节还可以进一步地参考上述方法实施例中的描述，在此不再赘述。
根据本发明实施例的邻居节点发现系统，通过设置节点的工作周期，以使传感网中的两个节点在一周期内能实现苏醒时隙的交叉，以为邻居节点的发现提供条件。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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