本發(fā)明涉及機會移動網(wǎng)絡應用領域，具體是一種占空比機會移動網(wǎng)絡中基于預期的接觸值的自適應工作方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著裝備有wi-fi接口或者藍牙接口的無線便攜設備，如：ipad，智能手機等的普及和流行，基于機會移動網(wǎng)絡方面的應用得到了蓬勃的發(fā)展。機會移動網(wǎng)絡(opportunisticmobilenetworks,omns)泛指由于節(jié)點的稀疏分布、快速移動和無線通信技術(shù)的限制等原因，造成的源節(jié)點和目的節(jié)點之間不存在完整的端到端連接的一類特殊的移動自組織網(wǎng)絡。目前，機會移動網(wǎng)絡已經(jīng)在智能交通、惡劣環(huán)境下組網(wǎng)和野生動物追蹤等方面得到了廣泛的應用，是無線網(wǎng)絡中一個新興的研究熱點。

為了實現(xiàn)節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸，機會移動網(wǎng)絡中的節(jié)點必須保持監(jiān)聽模式，從而發(fā)現(xiàn)在其周圍的鄰居節(jié)點。機會移動網(wǎng)絡中節(jié)點間接觸很稀疏，節(jié)點間的接觸時間間隔要遠遠大于節(jié)點間的接觸時長，因此如果網(wǎng)絡中的節(jié)點時刻保持監(jiān)聽狀態(tài)，節(jié)點的大部分能量都將消耗在節(jié)點之間沒有接觸時的監(jiān)聽模式中。實驗結(jié)果表明，網(wǎng)絡中節(jié)點超過95％的能量消耗在空閑監(jiān)聽過程中(參見n.banerjee,m.corner,b.levine.designandfieldexperimentationofanenergyefficientarchitecturefordtnthrowboxes.ieee/acmtransactionsonnetworking,2010,18(2):554–567.)。上面的結(jié)果說明，盡可能地提高能量的有效利用率，對于由一些能量有限的便攜設備組成的機會移動網(wǎng)絡來說是極其重要的問題。

眾所周知，占空比操作是一個有效的節(jié)省能量的方法，它允許網(wǎng)絡中的節(jié)點交替地在喚醒狀態(tài)和休眠狀態(tài)之間切換。占空比操作可以分為兩大類：同步和異步。因為同步的占空比操作需要全局的時間同步，而實現(xiàn)全局的時間同步會帶來很大的通信開銷，所以異步的占空比操作在機會移動網(wǎng)絡中更受歡迎。雖然利用占空比操作可以大大地降低網(wǎng)絡中節(jié)點的能量消耗，但是也會大大降低網(wǎng)絡的性能。造成這個結(jié)果的主要原因是，當網(wǎng)絡中的節(jié)點切換到休眠狀態(tài)去節(jié)省能量時，它們會錯失和其它節(jié)點的接觸，從而錯失數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C會。因此，在機會移動網(wǎng)絡中研究占空比操作對網(wǎng)絡性能的影響是一個很重要的問題。

目前，已經(jīng)有相關的文獻對機會移動網(wǎng)絡中的占空比操作進行了研究。o.trullols-cruces等(參見o.trullols-cruces，j.morillo-pozo，j.m.barcelo-ordinas，etal.powersavingtradeoffsindelay/disruptivetolerantnetworks，inproceedingsofieeewowmom2011.)研究了在占空比機會移動網(wǎng)絡中以喚醒時長和休眠時長以及接觸時長為函數(shù)的能量節(jié)省折衷。文中給出了占空比機會移動網(wǎng)絡中能量節(jié)省和接觸發(fā)現(xiàn)概率之間的折衷，以及延時容忍對象(delaytolerantobject，dto)和能量節(jié)省之間的折衷。s.yang等(參見s.yang，c.yeo，b.lee.cooperativedutycyclingforenergy-efficientcontactdiscoveryinpocketswitchednetworks[j].ieeetransactionsonvehiculartechnology，2013，62(4)：1815-1826.)提出了一種能量有效的鄰居發(fā)現(xiàn)方法，叫做協(xié)作占空比方法(cooperativedutycycling，cdc)。該方法利用網(wǎng)絡中的節(jié)點會定期地聚集在某些熱點，從而形成一些連接的簇?；谶@樣的移動模式，節(jié)點之間的合作被利用在文中的鄰居發(fā)現(xiàn)設計中。但是，現(xiàn)有的研究工作都旨在研究當占空比操作下的工作方法是隨機選擇時，占空比操作對網(wǎng)絡性能的影響，卻沒有考慮工作方法對于網(wǎng)絡性能的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種占空比機會移動網(wǎng)絡中基于預期的接觸值的自適應工作方法，不僅可以大大降低節(jié)點的能量消耗，而且可以盡可能地最小化降低網(wǎng)絡性能。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種占空比機會移動網(wǎng)絡中基于預期的接觸值的自適應工作方法，包括以下步驟：步驟一：每個節(jié)點都利用自己的緩存記錄與其它節(jié)點的歷史接觸時間間隔，節(jié)點i和j之間記錄的歷史接觸時間間隔用集合表示；其中代表第k次記錄的節(jié)點i和j之間的歷史接觸時間間隔，hij則代表節(jié)點i和j之間記錄的歷史接觸時間間隔的總個數(shù)，在每個周期的開始時間，每個節(jié)點將周期長度t分為np個時隙，并且更新與其它節(jié)點在上一個周期內(nèi)的最后一次接觸時間。

步驟二：在更新完與其它節(jié)點在上一個周期內(nèi)的最后一次接觸時間后，利用存儲的接觸歷史記錄，每個節(jié)點計算在當前周期內(nèi)每個時隙的預期的接觸值；

以節(jié)點i為例描述在當前周期內(nèi)每個時隙的預期的接觸值的步驟：

節(jié)點i和j之間記錄的歷史接觸時間間隔為集合hij，j∈θ，假設節(jié)點i和j之間的下一個接觸時間間隔tij，節(jié)點i和j之間最后的一次接觸發(fā)生在時間并且某一個周期的開始時間為可以得到節(jié)點i會在這個周期內(nèi)的第m個時隙和節(jié)點j接觸的概率為：因此，節(jié)點i在該周期內(nèi)的第m個時隙的預期的接觸值evi(m)可以表示為：

考慮

其中并且uij＝|uij|，其中然后，就可以得到：

綜合以上式子，可以得到節(jié)點i在該周期內(nèi)的第m個時隙的預期的接觸值evi(m)為：

步驟三：網(wǎng)絡中的每個節(jié)點將會選擇nw個時隙喚醒，并且這nw個時隙有更大的預期的接觸值；如：節(jié)點i計算當前周期內(nèi)每個時隙的預期的接觸值evi(m)，從而得到當前周期內(nèi)np個時隙的預期的接觸值，對這np個時隙的預期的接觸值按照從大到小進行排序，取前nw個對應的時隙喚醒。

步驟四：上述的過程在每個周期的開始時間重復進行，這樣網(wǎng)絡中的每個節(jié)點就可以在每個周期的開始時間自適應地設定自己的工作方法。

本發(fā)明一種占空比機會移動網(wǎng)絡中基于預期的接觸值的自適應工作方法，技術(shù)效果如下：

1)：本發(fā)明所提出的自適應工作方法能夠有效地提高節(jié)點的能量利用率，同時降低占空比操作對網(wǎng)絡性能的影響。

2)：本發(fā)明所提出的自適應工作方法(adaptive)相比已有的隨機工作方法(random)和周期性工作方法(periodical)，取得了更多的有效的接觸數(shù)，如圖4所示。

3)：本發(fā)明所提出的自適應工作方法(adaptive)相比已有的隨機工作方法(random)和周期性工作方法(periodical)，取得了較高的數(shù)據(jù)包傳輸成功率以及較低的傳輸延時，如圖5和6所示。

4)：本發(fā)明所提出的自適應工作方法算法簡單，易于實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為節(jié)點i在某個周期將會在第m個時隙和節(jié)點j接觸的示意圖。

圖2為占空比機會移動網(wǎng)絡中節(jié)點間的接觸示意圖。

圖3為本發(fā)明所提出的自適應工作方法和隨機工作方法比較示意圖。

圖4本發(fā)明所提出的自適應工作方法(adaptive)和已有的隨機工作方法(random)和周期性工作方法(periodical)在不同占空比時的有效的接觸數(shù)比較示意圖。

圖5本發(fā)明所提出的自適應工作方法(adaptive)和已有的隨機工作方法(random)和周期性工作方法(periodical)在不同占空比時的數(shù)據(jù)包傳輸成功率比較示意圖。

圖6為本發(fā)明所提出的自適應工作方法(adaptive)和已有的隨機工作方法(random)和周期性工作方法(periodical)在不同占空比時的數(shù)據(jù)包傳輸延時比較示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明一種占空比機會移動網(wǎng)絡中基于預期的接觸值的自適應工作方法，主要是針對具有n個移動節(jié)點的機會移動網(wǎng)絡，其中θ＝{i＝1，2，...，n}，并且每個節(jié)點i∈θ都周期性地運行一個自己選定的由一個元組表示的工作方法。節(jié)點i的工作方法表示為si＝＜ωi，t，δt＞，其中ωi是節(jié)點i的位圖，每一位代表休眠狀態(tài)或者喚醒狀態(tài)，t代表周期的時長，δt代表在ωi中的每一位的時長。簡化起見，網(wǎng)絡中的所有的節(jié)點都有相同的周期時長，這里直接用t代表周期的時長。因此，節(jié)點i的工作方法可以表示為si＝＜ωi，t，δt＞。網(wǎng)絡中的所有節(jié)點都有相同的占空比d＝nw/np，其中nw代表每個周期t內(nèi)喚醒的時隙數(shù)，而np則代表每個周期t內(nèi)總共的時隙數(shù)，這里

具體而言，本發(fā)明所提出的自適應工作方法，主要包括四個步驟：

步驟一：每個節(jié)點都利用自己的緩存記錄與其它節(jié)點的歷史接觸時間間隔。例如：節(jié)點i和j之間記錄的歷史接觸時間間隔可以用集合表示，其中代表第k次記錄的節(jié)點i和j之間的歷史接觸時間間隔，hij則代表節(jié)點i和j之間記錄的歷史接觸時間間隔的總個數(shù)。在每個周期的開始時間，每個節(jié)點將周期長度t分為np個時隙，并且更新與其它節(jié)點在上一個周期內(nèi)的最后一次接觸時間。

步驟二：在更新完與其它節(jié)點在上一個周期內(nèi)的最后一次接觸時間后，利用存儲的接觸歷史記錄，每個節(jié)點計算在當前周期內(nèi)每個時隙的預期的接觸值。如圖1所示，以節(jié)點i為例介紹在當前周期內(nèi)每個時隙的預期的接觸值的步驟。節(jié)點i和j之間記錄的歷史接觸時間間隔為集合hij，j∈θ。假設節(jié)點i和j之間的下一個接觸時間間隔tij，節(jié)點i和j之間最后的一次接觸發(fā)生在時間并且某一個周期的開始時間為可以得到節(jié)點i會在這個周期內(nèi)的第m個時隙和節(jié)點j接觸的概率為：

這里δt代表每個時隙時長，np代表每個周期t內(nèi)總共的時隙數(shù)。

因此，節(jié)點i在該周期內(nèi)的第m個時隙的預期的接觸值evi(m)可以表示為：

考慮

其中并且uij＝|uij|，其中然后，可以得到：

這里tij代表節(jié)點i和j之間的下一個接觸時間間隔，代表第k次記錄的節(jié)點i和j之間的歷史接觸時間間隔，hij則代表節(jié)點i和j之間記錄的歷史接觸時間間隔的總個數(shù)，代表集合中元素的數(shù)量。

這里uij代表集合uij中元素的數(shù)量。

綜合以上式子，可以得到節(jié)點i在該周期內(nèi)的第m個時隙的預期的接觸值evi(m)為：

這里代表集合中元素的數(shù)量，uij代表集合uij中元素的數(shù)量。

步驟三：網(wǎng)絡中的每個節(jié)點將會選擇nw個時隙喚醒，并且這nw個時隙有更大的預期的接觸值。例如：節(jié)點i計算當前周期內(nèi)每個時隙的預期的接觸值evi(m)，從而得到當前周期內(nèi)np個時隙的預期的接觸值。對這np個時隙的預期的接觸值按照從大到小進行排序，取前nw個對應的時隙喚醒。

步驟四：上述的過程在每個周期的開始時間重復進行，這樣網(wǎng)絡中的每個節(jié)點就可以在每個周期的開始時間自適應地設定自己的工作方法。

現(xiàn)結(jié)合附圖2和3說明本發(fā)明的具體實施例為：

圖2給出了一個在占空比機會移動網(wǎng)絡中節(jié)點i和j之間接觸的例子。用t0代表某一個周期的開始時間，然后節(jié)點i和j會在每個周期t內(nèi)根據(jù)它們的工作方法去周期性地休眠和喚醒。如圖1所示，節(jié)點i和j的一次接觸隨機地發(fā)生在某一個周期內(nèi)，并且持續(xù)了一段時間td，也就是兩個節(jié)點之間的接觸時長。如果節(jié)點i和j的這次接觸發(fā)生在它們同時處于喚醒狀態(tài)時，那么這次接觸就會被檢測到。例如，如圖2(a)所示，如果這次接觸發(fā)生在時間點t1或者t2，那么這次接觸就就會被檢測到，也就是有效的接觸。如果節(jié)點i和j的這次接觸不是發(fā)生在它們同時處于喚醒狀態(tài)時，那么這次接觸就不會被檢測到。例如，如圖2(b)所示，如果這次接觸發(fā)生在時間點t3或者t4，那么這次接觸就不能被彼此發(fā)現(xiàn)，也就是錯失的接觸。

如圖3(a)所示，如果節(jié)點i和j在時間t0到t+t0分別隨機地選擇工作方法<101000，180s，30s>和<100010，180s，30s>，那么發(fā)生在時間t5的一次節(jié)點i和j之間的接觸就會被錯失。但是，如果節(jié)點i和j能夠預測未來的接觸信息，并且選擇合適的時隙去喚醒，那么這次接觸就有可能變?yōu)橛行У慕佑|。如圖3(b)所示，如果節(jié)點i和j在時間t0到t+t0分別選擇工作方法<000101,180s,30s>和<000110,180s,30s>，那么發(fā)生在時間t5的節(jié)點i和j之間的這次接觸就被變?yōu)橛行У慕佑|。

圖4給出了本發(fā)明所提出的自適應工作方法(adaptive)和已有的隨機工作方法(random)和周期性工作方法(periodical)在不同占空比時的有效的接觸數(shù)比較示意圖。如圖所示，不同工作機制下的有效的接觸數(shù)都隨著占空比的增加而增加，但是相比隨機工作機制和周期性工作機制，自適應工作機制在有效的接觸數(shù)方面明顯占優(yōu)。其主要原因是自適應工作機制利用過去的接觸歷史記錄去預測未來的接觸信息，從而自適應地設置節(jié)點在每個周期內(nèi)的休眠和喚醒狀態(tài)。因此，很多在隨機工作機制和周期性工作機制中錯失掉的接觸都被變?yōu)橛行У慕佑|。

圖5和圖6分別給出了本發(fā)明所提出的自適應工作方法(adaptive)和已有的隨機工作方法(random)和周期性工作方法(periodical)在不同占空比時的數(shù)據(jù)包傳輸成功率和傳輸延時的比較示意圖。如圖所示，當占空比從10％增加到100％時，不同工作機制下的數(shù)據(jù)包傳輸成功率都在增加，而傳輸延時則在相應地減小，特別是當占空比小于50％時。其主要原因是當占空比增加時，錯失的接觸的數(shù)量將會減少，或者可以用來交換數(shù)據(jù)的有效的接觸的數(shù)量增加，從而導致數(shù)據(jù)包傳輸成功率的增加，以及傳輸延時的減小。自適應工作機制在數(shù)據(jù)包傳輸成功率和傳輸延時方面都要優(yōu)于隨機工作機制和周期性工作機制，特別是當占空比小于50％時。其主要原因是和隨機工作機制以及周期性工作機制相比，自適應工作機制中將會有較少的接觸被錯失掉，如圖4所示。在這種情況下，自適應工作機制將會有更多的可以用來傳遞數(shù)據(jù)的有效接觸，從而導致數(shù)據(jù)包傳輸成功率的增加，以及傳輸延時的減小。

上述具體實施例用來解釋本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)力要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。