[发明专利]基于跨层的移动Ad Hoc网络服务发现方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动Ad Hoc网络的服务发现领域，特别是涉及一种基于跨层的移动Ad Hoc网络服务发现方法。

背景技术

移动Ad Hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的多跳、临时性自治系统。当结点加入到一个新的Ad Hoc网络中时，对网络所提供的服务是一无所知的。由于无法预先给结点配置使用新网络服务所必须的服务信息，因此高效、可靠的服务发现协议对于网络可靠性差、结点移动性大的移动Ad Hoc网络而言尤其重要。

近年来，为了解决移动Ad Hoc网络环境下的服务发现问题，研究人员从多个方面展开研究，所取得的成果主要有：

(1)以广播式服务请求分组转发为基础的服务发现方法：

当采用该方法时，服务请求者将自己的对目标服务的描述封装为服务请求报文，向网络中广播。为了保证服务请求报文的覆盖范围，网络中的所有结点都要继续转发所收到的非重复服务请求报文，直到命中目标服务。

(2)以边界广播式服务请求转发为基础的服务发现方法：

当采用该方法时，移动结点负责缓存所有其网络距离在R跳以内的节点所提供的服务描述文件。与结点之间的网络距离恰为R跳的结点被称为该结点的边界结点。在服务发现过程中，服务请求结点根据自己的缓存内容，查找R跳区域内的所有服务信息。若没有命中目标服务，则向所有边界结点广播服务请求报文。此过程重复直至命中目标服务。

(3)以组播式服务请求转发为基础的服务发现方法：

当采用该方法时，Ad Hoc网络中的一组结点被选举为目录结点。此选举过程保证网络中的所有移动结点或成为目录结点，或与目录结点的网络距离不大于d跳(d为预先设置的固定值)；而当选的目录结点则负责维护网络距离在d跳范围内的所有结点所提供的服务描述文件。选举过程结束后，目录节点在应用层组织并维护骨干网，负责服务请求报文的分发和处理。服务请求报文在骨干网中以组播方式转发，直至目标服务命中。

根据所采取的服务请求报文转发方式的不同，可将(1)和(2)归纳为网络层服务发现方法，而(3)则属于应用层服务方法。以上三种方法的设计以传统网络体系结构中各层独立的原则为基础，与其它各层间的接口是静态的，并与网络的约束和应用的需求无关。然而，移动Ad Hoc网络是为特定目的和临时场合构建的。在不同的应用环境中，结点的数量、移动速度等各不相同，这些因素严重制约了以上方法在移动Ad Hoc网络环境下的可用性。

移动性是移动Ad Hoc网络的一个重要特性，这种移动性对协议栈中的各层都具有一定影响。在链路层，移动性决定了链路特性的变化速率和链路连通性的持续时间。在网络层，结点的移动性对分组转发的效率起着决定性的作用。结点移动性对网络性能的综合影响最终决定了该网络的健壮性和可用性。为了适应移动Ad Hoc网络的动态环境，有必要综合地对网络体系结构各层进行设计，利用各层之间的相关性力图将各层协议集成到一个综合的分级框架中。因此，跨层设计对提高网络的整体性能、合理有效地使用网络资源具有非常重要的意义。

发明内容

本发明以提高网络资源的利用率为目标，以跨层设计为核心思想，解决移动Ad Hoc网络环境下的服务发现问题。具体包括：

1.在链路层，以仿真领域广泛采用的网络模型和移动模型为基础，推导移动Ad Hoc网络的链路稳定性模型，预测给定链路在未来某一时间段内始终连通的概率。

2.在网络层和应用层组织和维护可动态伸缩的簇结构。分簇方法的核心原则为，使簇成员到簇首领的路径在未来某一时间段内始终连通的概率大于某一预先设定的阀值。即，使簇半径由底层的链路稳定性模型直接决定。簇结构形成后，移动结点通过周期性的一跳广播交换拓扑信息及相邻链路状态，并以此信息为基础建立所属簇的网络视图，更新和维护所属簇结构。

3.簇首领在应用层组织簇间结构；簇成员和所属簇首领在网络层组织簇内结构。簇间结构采用Mesh结构，采用现有的面向移动Ad Hoc网络的应用层组播协议转发服务请求。簇内组织采用以所属簇首领为根结点的树结构，采用单播方式转发服务请求。在服务发现过程中，结点为以其为根结点的子树提供服务索引(即，结点负责缓存隶属于其子树的所有节点所提供的服务的描述文件)。特别地，簇首领为其所在簇提供服务索引。以上全部索引通过以Bloom过滤器数据结构为基础的服务摘要实现。

与现有技术相比，本发明的创新之处在于：以跨层设计为核心思想设计移动Ad Hoc网络环境下的服务发现方法，使网络开销得到有效控制。具体体现在：