泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，包括：計(jì)算源節(jié)點(diǎn)和服務(wù)節(jié)點(diǎn)間基于能量的可靠性水平RSE以及基于移動(dòng)性的可靠性水平RSM，計(jì)算服務(wù)節(jié)點(diǎn)的可靠性RS＝RSM*RSE，則服務(wù)節(jié)點(diǎn)的選擇權(quán)重值R＝w*RS/delay，計(jì)算源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)間通信鏈路基于能量的可靠性水平為RRE以及源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)間通信鏈路基于移動(dòng)性的可靠性水平為RRM，源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)間通信鏈路的可靠性水平為RR，選取源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)間通信鏈路中RR最大的通信鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性及節(jié)點(diǎn)有效時(shí)間，建立可靠性高的簇結(jié)構(gòu)以完成服務(wù)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)計(jì)算服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)及路徑的可靠性，選取可靠性最高的服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)及路徑，從而完成服務(wù)選擇。
【專(zhuān)利說(shuō)明】泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 泛在網(wǎng)絡(luò)，能夠使用戶(hù)在任何時(shí)間任何地點(diǎn)可以享有所需服務(wù)，隨著泛在網(wǎng)絡(luò)的 不斷發(fā)展，越來(lái)越多的智能終端、傳感器設(shè)備、便攜式設(shè)備等可以進(jìn)行通信為用戶(hù)提供服 務(wù)，各種能提供不同業(yè)務(wù)的終端設(shè)備分布于用戶(hù)周邊形成了智能空間即泛在末梢環(huán)境（例 如：智能家居、協(xié)同辦公、智慧校園）。在泛在末梢環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)間可通過(guò)無(wú)線通信組成無(wú)中 心MNET網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)協(xié)作提供豐富的泛在業(yè)務(wù)，因此節(jié)點(diǎn)需查找到其他節(jié)點(diǎn)所能提供的服 務(wù)，查找到多個(gè)匹配的服務(wù)后，需選擇其中之一協(xié)作完成服務(wù)。因此在泛在末梢網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作 完成服務(wù)需要服務(wù)發(fā)現(xiàn)與選擇方法。
[0003] 泛在末梢環(huán)境中若每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存儲(chǔ)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的信息將過(guò)于巨 大，若節(jié)點(diǎn)只在需要協(xié)作完成服務(wù)時(shí)廣播查找匹配服務(wù)，則會(huì)在短暫時(shí)間內(nèi)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞， 若選擇特定節(jié)點(diǎn)來(lái)存儲(chǔ)小區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)服務(wù)，形成基于簇的服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，則服務(wù)發(fā)現(xiàn)能 快速有效的實(shí)現(xiàn)，因此在服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法中，構(gòu)建簇結(jié)構(gòu)能有效提高發(fā)現(xiàn)成功率，降低網(wǎng)絡(luò)擁 塞。服務(wù)發(fā)現(xiàn)的可靠性高低是指查找到匹配服務(wù)的概率大小，若能在較短時(shí)間內(nèi)查找到匹 配的服務(wù)，則用戶(hù)等待時(shí)間短，用戶(hù)體驗(yàn)好。服務(wù)選擇的可靠性高低是指服務(wù)執(zhí)行時(shí)中斷的 難易程度，中間路由節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性和能量有限性會(huì)造成路徑失效，從而造成服務(wù)中斷，服務(wù) 提供節(jié)點(diǎn)的失效更會(huì)造成服務(wù)中斷。若能預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)及路徑的可靠性水平，并選擇可靠性高 的節(jié)點(diǎn)及路徑，則可有效減少服務(wù)中斷次數(shù)，增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)。因此泛在末梢環(huán)境下基于可靠 性預(yù)測(cè)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)與選擇方法具有重要的研究?jī)r(jià)值。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中主要存在以下幾種方式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)或路徑的選取來(lái)進(jìn)行通信：
[0005] 1、通過(guò)廣播服務(wù)發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求的方式查找匹配的服務(wù)，但是限制廣播服務(wù)請(qǐng)求信息的 跳數(shù)，從而達(dá)到減少服務(wù)發(fā)現(xiàn)負(fù)載的目的。但只在有限跳數(shù)內(nèi)尋找服務(wù)，可能出現(xiàn)匹配的服 務(wù)全在查找范圍外的情況，其服務(wù)發(fā)現(xiàn)成功率并不高，同時(shí)廣播服務(wù)發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求的方式可能 會(huì)造成短時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生；
[0006] 2、跨層以及分簇的思路，但是簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇方案并不能保證該簇的穩(wěn)定性，同 時(shí)沒(méi)有提出查找到多個(gè)匹配的服務(wù)時(shí)如何選擇服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題；
[0007] 3、選擇能使網(wǎng)絡(luò)生命周期最長(zhǎng)的服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)，但網(wǎng)絡(luò)中提供服務(wù)或轉(zhuǎn)發(fā)消息消 耗的能量并不是減小其網(wǎng)絡(luò)生命周期的最重要因素，同時(shí)，用戶(hù)體驗(yàn)到的服務(wù)質(zhì)量高低比 網(wǎng)絡(luò)生命周期長(zhǎng)短更重要，同時(shí)，該方式中還訂了Cost函數(shù)：Cost=ΣiepathnumService (Ni)XEt+numService(SPselected)XEexe其中，Ni是從服務(wù)發(fā)起節(jié)點(diǎn)到服務(wù)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)路 徑上的中間節(jié)點(diǎn)，Et是服務(wù)中繼節(jié)點(diǎn)傳遞服務(wù)請(qǐng)求所需要的能量，Eexe是服務(wù)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)執(zhí) 行該服務(wù)所需要的能量，SPselected是選取來(lái)執(zhí)行服務(wù)的節(jié)點(diǎn)，服務(wù)發(fā)起節(jié)點(diǎn)依據(jù)Cost函 數(shù)的定義計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的Cost值，選取Cost最小的節(jié)點(diǎn)作為服務(wù)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)，但對(duì)于每個(gè)不 同的請(qǐng)求服務(wù)而言，服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)和中間路由節(jié)點(diǎn)需消耗的能量都具有差異性，該方案并 不能精確估算具體的能量消耗值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是本發(fā)明的目的在于如何構(gòu)建泛在末梢環(huán)境下基于 可靠性預(yù)測(cè)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)與選擇方法，通過(guò)預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性及節(jié)點(diǎn)有效時(shí)間，建立可靠性 高的簇結(jié)構(gòu)以完成服務(wù)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)計(jì)算服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)及路徑的可靠性，選取可靠性最高的 服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)及路徑，采用雙路徑機(jī)制增強(qiáng)路徑可靠性，從而完成服務(wù)選擇。
[0009] 為此目的，本發(fā)明提出了一種泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，包括：S4,計(jì)算所 述源節(jié)點(diǎn)的速度在水平方向和垂直方向上的分解量Vxtl和Vyci,以及當(dāng)前時(shí)刻的與服務(wù)節(jié)點(diǎn) 的距離d，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的距離d與T時(shí)間后兩節(jié)點(diǎn)之間距離的比值計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)間基于移動(dòng) 性的可靠性水平R,m，

【權(quán)利要求】
1. 一種泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，包括： 54, 計(jì)算所述源節(jié)點(diǎn)的速度在水平方向和垂直方向上的分解量Vxt^P Vytl，以及當(dāng)前時(shí)刻 的與服務(wù)節(jié)點(diǎn)的距離d，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的距離d與T時(shí)間后兩節(jié)點(diǎn)之間距離的比值計(jì)算兩節(jié) 點(diǎn)間基于移動(dòng)性的可靠性水平Rsm，
其中，T為完成服務(wù)所需時(shí)間，獲取所述源節(jié)點(diǎn)剩余能量所能持續(xù)的時(shí)間tN，計(jì)算兩節(jié) 點(diǎn)間基于能量的可靠性水平Rse，
計(jì)算所述服務(wù)節(jié)點(diǎn)的可靠性Rs = Rsm*Rse， 則所述服務(wù)節(jié)點(diǎn)的選擇權(quán)重值R = w*Rs/delay, 其中，delay兩節(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間延遲量，w為調(diào)節(jié)因子； 55, 每個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)向所述源節(jié)點(diǎn)回復(fù)消息包Reply (Uj, Iiii, s, Rs, Path)，其中，Uj為服務(wù) 請(qǐng)求的源節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)，s為請(qǐng)求服務(wù)名稱(chēng)，Hii為服務(wù)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，Path為列表，用于記錄服務(wù) 節(jié)點(diǎn)Hii到所述源節(jié)點(diǎn)的通信鏈路上每個(gè)節(jié)點(diǎn)的速度和剩余能量所能持續(xù)的時(shí)間，所述源節(jié) 點(diǎn)計(jì)算每個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)的R，并選取R最大的服務(wù)節(jié)點(diǎn)為目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)； 56, 針對(duì)位于所述源節(jié)點(diǎn)和所述目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)通信鏈路上的第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)，獲 取兩節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻的距離Cltl和兩節(jié)點(diǎn)中通信半徑較小的節(jié)點(diǎn)的通信半徑r，設(shè)兩節(jié)點(diǎn)間鏈 路的可維持時(shí)間則在經(jīng)過(guò)在\時(shí)長(zhǎng)后，兩節(jié)點(diǎn)的距離由Cltl變?yōu)閞，計(jì)算所述第二節(jié)點(diǎn)相 對(duì)于所述第一節(jié)點(diǎn)的速度在水平方向和垂直方向上的分量Vx和vy，則根據(jù)方程組
獲取所述源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)通信鏈路上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量pn，節(jié)點(diǎn)i的剩余能量所能持 續(xù)的時(shí)間為h，則所述源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)間通信鏈路基于能量的可靠性水平為Rke， Rke = min (h/T，t2/T... tpn/T) * [ (ti/T+tj/T+…+tpn/T)/pn], 所述源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)間通信鏈路基于移動(dòng)性的可靠性水平為Rkm， R履=min (M1, M2-Mpiri) * [ (MjM2+...+Mpiri) / (pn-1)], 所述源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)間通信鏈路的可靠性水平為rk， Rr - Rre*Rrm ; 選取所述源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)間通信鏈路中Rk最大的通信鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，在所述步驟S4 之前還包括： Sl，預(yù)測(cè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)在n時(shí)刻的移動(dòng)速度
其中，a為隨機(jī)性調(diào)節(jié)因子，Vlri為所述節(jié)點(diǎn)在第n-1時(shí)刻的移動(dòng)速度，Vxiri為節(jié)點(diǎn)的移 動(dòng)速度符合高斯分布的隨機(jī)速度變量，v為節(jié)點(diǎn)的歷史平均速度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，在所述步驟Sl 之后還包括： S2,檢測(cè)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)u的剩余能量所能持續(xù)的時(shí)間u. st，鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)u. d和計(jì)算能力 U. CC，計(jì)算所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在泛在末梢環(huán)境中作為簇頭節(jié)點(diǎn)的可能性值U. W = W1*!!. St+W2*U.
u. V根據(jù)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所處的時(shí)刻和Vn確定， 所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)向其鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送U. W，并接收每個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)的可能性值Z1. W，Z2. W，…，Zi. W，其中，Zi為所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)第i個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，比較u. W與Zi. W，在u. W大于每 個(gè)Zi. W時(shí)將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為簇頭節(jié)點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，在所述步驟S2 之后還包括： S3，在以所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為簇頭節(jié)點(diǎn)的簇中，當(dāng)簇成員節(jié)點(diǎn)Uj接到服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，建立消息 包Request (Uj, s, D, vs)發(fā)送至簇頭節(jié)點(diǎn),其中，Vs為所述源節(jié)點(diǎn)的速度，D為請(qǐng)求服務(wù)的細(xì) 節(jié)列表，簇頭節(jié)點(diǎn)所在簇中查詢(xún)能夠提供該請(qǐng)求服務(wù)的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，若存在，則進(jìn)入步驟S4， 若不存在，則將消息包Request轉(zhuǎn)發(fā)至與所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)存在通信路徑的相鄰簇頭節(jié)點(diǎn)，在 相鄰簇頭節(jié)點(diǎn)所在簇中查詢(xún)能夠提供該請(qǐng)求服務(wù)的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)入步驟S4。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，所述步驟S4還 包括：服務(wù)節(jié)點(diǎn)根據(jù)消息包Request中的D獲取完成服務(wù)所需時(shí)間T和源節(jié)點(diǎn)剩余能量所 能持續(xù)的時(shí)間tN，并計(jì)算Rse和Rs。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，所述步驟S2還 包括：若u. W小于zm. W，則將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的第m個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)設(shè)置為簇頭，所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)加入 Zi. W最大的鄰節(jié)點(diǎn)為簇頭的簇。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，所述步驟S2還 包括：檢測(cè)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)Zi的鄰節(jié)點(diǎn)中是否存在相鄰簇頭節(jié)點(diǎn)，若存在，則建立所 述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與相鄰簇頭節(jié)點(diǎn)之間的通信路徑，若不存在，則檢測(cè)鄰節(jié)點(diǎn)Zi的鄰節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié) 點(diǎn)中是否存在相鄰簇頭節(jié)點(diǎn)，直至檢測(cè)到相鄰簇頭節(jié)點(diǎn)，并建立所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與相鄰簇頭 節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，所述步驟S2還 包括：所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)周期性向其所在簇中的成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送驗(yàn)證信息，以驗(yàn)證成員節(jié)點(diǎn)是否 有效，若驗(yàn)證存在失效的成員節(jié)點(diǎn)，則在服務(wù)列表中刪除失效成員節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)項(xiàng)， 以及，在所有成員節(jié)點(diǎn)都失效的情況下，重新選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，在部分成員節(jié)點(diǎn)失效的情 況下，則為失效的成員節(jié)點(diǎn)查詢(xún)中間節(jié)點(diǎn)，以使失效的成員節(jié)點(diǎn)重新加入簇。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，還 包括：選取所述源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)間通信鏈路中Rk第二大的通信鏈路作為備用鏈路， 在Rk最大的通信鏈路失效的情況下選取所述備用鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述泛在末梢環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于， 還包括：所述源節(jié)點(diǎn)周期性判斷所述目標(biāo)服務(wù)節(jié)點(diǎn)是否失效，若失效，則重新發(fā)起服務(wù)。
【文檔編號(hào)】H04W40/10GK104363625SQ201410568106
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】芮蘭蘭, 郭少勇, 江楓, 邱雪松, 李文璟 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)