一种在无线移动自组织网络中基于节点生命周期的服务选择方法

摘要

本发明属于自组织网络技术领域，涉及一种无线移动自组织网络中的服务选择方法。本方法通过Cost函数综合考虑网络中节点的服务数量、中继节点传输服务请求包耗费的能量、服务执行节点执行服务耗费的能量三个因素，选取最合适的服务提供节点来执行服务请求，保证网络生命周期的最大化，以解决采用基于跳数的选择方法中网络生命周期较短的技术问题以及改进的基于跳数的服务选择方法中的局限性问题。

说明书

技术领域

本发明属于自组织网络技术领域，具体涉及一种无线移动自组织网络中的服务选择方法。

背景技术

无线移动自组织网络是当今的研究热点之一，也是一个具有广阔发展前景的技术领域，服务计算也是当前的研究热点，目前的服务计算都是应用在有线网络领域，本发明所涉及的正是以上两个领域的交叉。

在无线移动自组织网络中，服务选择就是选择网络上现存的服务，来执行服务发起方的服务请求。当前在无线移动自组织网络中的服务选择方法是块空白，针对于此人们提出了一种简单的、基于跳数的服务选择方法，但该方法会带来一系列的问题，例如，对于某些Web服务，它所需的执行时间大大高于所需的通信时间，从而造成服务响应速度慢的问题。该方法应用在无线移动自组织网络中时，在服务选择的时候倾向于选择距离服务发起节点近的节点，这样会造成这些节点因为频繁的执行服务而能量迅速消耗，带来整个网络生命周期短的问题。

在无线移动自组织网络中很重要的一个参数是，网络中节点的可用能量。在无线网络的服务选择中也需要考虑能量的问题，基于这种考虑，在基于跳数服务选择方法的基础上提出了一种考虑能量的改进的基于跳数的服务选择方法，例如，一个节点A上有S₁、S₂、S₃三个服务，另外一个节点B上只有S₁服务，服务请求R请求S₁服务，这个时候选择节点B来执行S₁服务，因为A节点上S₁、S₂、S₃三个服务，为了保证这三个服务的可用性，需要考虑节省A节点的能量，也即是在有多个可用服务的情况下，选取含有服务数量少的节点来执行服务，延长含有服务数量较多节点的生命周期，从而改善整个网络生命周期。本方法在一定程度上改进了基于跳数方法的网络生命周期的问题，但是这种改进是相当有限的，当对于某个服务请求可用服务只有一个的时候，本方法和基于跳数的方法完全相同。

综合上述情况分析，改进的基于跳数的服务选择方法只能在特定的条件下才能在一定程度上改善网络的生命周期，因此亟需要提出一种全新的服务选择方法，能摆脱改进的基于跳数的服务选择方法的在改善网络生命周期上的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种增加网络中服务可用性的服务选择方法，以解决采用基于跳数的选择方法中网络生命周期较短的技术问题以及改进的基于跳数的服务选择方法中的局限性问题。

本发明的目的通过下述方法和步骤实现：

在本发明的实施步骤提出前，需要引入一个参数Cost来定义选取SP(服务提供节点)的优先级，Cost可以通过一个函数来定义：

Cost＝∑_i∈pathnumService(N_i)×E_t+numService(SP_selected)×E_exe

其中，N_i是从服务发起节点到服务执行节点路径上的中间节点，E_t是服务中继节点传递服务请求所需要的能量，E_exe是服务执行节点执行该服务所需要的能量，SP_selected是选取来执行服务的节点。

本发明所述的服务选择方法，基于以下三点原则：

1.选取Cost值最小的节点来执行服务发起节点发起的服务。

2.若服务传递中继节点的剩余能量为零，并且没有其他节点能提供该节点上的服务，则停止整个网络。

3.若服务执行节点的剩余能量为零，并且没有其他节点能提供该节点上的服务，则停止整个网络。

根据上述原则，本发明所述的服务选择步骤如下可分为三个部分：

1.服务请求发起节点的处理过程：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。

2.服务传递中继节点的处理过程：将服务请求包传递给服务执行路径上的下一跳节点，同时判断节点剩余能量是否为零，进而继续判断是否应该停止整个网络。

3.服务执行节点的处理过程：执行服务请求包中的服务并产生应答，同时判断节点剩余能量是否为零，进而继续判断是否应该停止整个网络。

本发明所述的服务选择的具体步骤如下：

1.服务请求发起端的处理过程：

a)对每个可用的SP(服务提供节点)，依据Cost函数的定义计算其Cost值。

b)选取Cost最小的SP作为SP_selected。

c)将服务请求发送给SP_selected来执行服务请求。

2.服务传递中继节点的处理过程：

a)将服务请求传递给服务执行路径上的下一结点。

b)将该节点的剩余能量E_r标记为E_r＝E_r-E_t(E_r是节点的剩余能量)。

c)判断Er是否小于等于零，如果小于等于零则：

i.将该节点能量标记为零。

ii.如果该节点上拥有服务，则对该节点上每个服务，都进行下述操作

1)检查全网是否有其他的节点能提供该服务。

2)如果没有其他的节点能提供该服务则停止整个网络，同时记录该时刻为网络生命周期。

3.服务执行节点的处理过程

a)执行服务请求数据包中的服务，并产生服务应答。

b)将该节点的剩余能量E_r标记为E_r＝E_r-E_exe(E_r是节点的剩余能量)。

c)判断E_r是否小于等于零，如果小于等于零则：

i.将该节点能量标记为零。

ii.如果该节点上拥有服务，则对该节点上每个服务，都进行下述操作

1)检查全网是否有其他的节点能提供该服务。

2)如果没有其他的节点能提供该服务则停止整个网络，同时记录该时刻为网络生命周期。

本发明提出的服务选择方法，综合考虑网络中节点的服务数量、中继节点传输服务请求包耗费的能量、服务执行节点执行服务耗费的能量三个因素，选取最合适的服务提供节点来执行服务请求，来保证网络生命周期的最大。

将实验模拟得到的数据绘制成四幅图(见说明书附图)，通过附图可以很清楚地验证本发明相比于背景技术在优化网络生命周期上性能的提高，以及克服考虑能量方法中的局限性问题。

附图说明

图1是在节点移动速度为5m/s的时候，随着服务密度(Service density)增加的时候三种方法在延长网络生命周期性能上的对比。

图2是在服务密度在25％的时候，随着节点移动速度(Velocity)在1m/s～9m/s的时候三种方法在延长网络生命周期性能上的对比。

图3是在节点移动速度为5m/s的时候，随着服务密度增加的时候三种方法在服务平均响应时间(从服务发起节点发出服务请求到服务执行节点执行完服务并产生应答的一段时间)性能上的对比。

图4是在服务密度在25％的时候，随着节点移动速度在1m/s～9m/s的时候三种方法在服务平均响应时间性能上的对比。

具体实施方案

以下结合具体的实施例，对本发明做进一步的阐述。实施例仅用于对本发明做说明而不是对本发明的限制。

实施例：

首先介绍本实验的实验环境：本实验采用的网络环境是著名的无线移动自组织网络模拟器Glomosim，利用该网络模拟器可以模拟出无线移动自组织网络的环境，在该环境下分别对于基于跳数的方法、改进的基于跳数的方法以及本发明所述的考虑节点生命周期的方法进行了评估。

在模拟实验中，设定网络中的每个节点在初始的时候有相同的能量，并且每个节点传输服务请求数据包以及执行服务所消耗的能量也是相同的，同时每个节点在执行服务的时间也是相同，并且网络中的每个节点都知道到某个特定服务提供节点的路径。实验中的一些参数可见下表1。

表1

 参数  取值  说明 Area  500×500m²  模拟实验中网络物理范围 N  100  网络中节点数量

 参数  取值  说明 R  125  服务传输半径 Expiry time  6s  执行服务失败阀值 Velocity  1～20m/s  网络中节点移动速度范围 Service density  10％～50％  网络中服务提供节点占总节点数量百  分比

通过实验模拟得到的数据，可以绘制成四幅图，以下就是对于这四幅图的份分析。

图1显示了在节点移动速度为5m/s的时候，随着服务密度(Service density)增加的时候三种方法在延长网络生命周期性能上的对比。从图中可以很明显的看出，随着服务密度的增加三种方法下的网络生命周期都增加，但是基于跳数方法的性能最差，本发明所述的考虑节点生命周期的方法性能是最好。这是由于基于跳数的方法只关注减少服务的响应时间，而忽略了对于节点能量的节省。改进的基于跳数的方法性能比基于跳数的方法要好，这是由于改进的基于跳数的方法采取了节约含有服务数量较多节点的能量的策略，这种策略在服务密度较低的时候性能同基于跳数的策略相比没有明显的提高，但是随着服务密度的增加，其性能相比于基于跳数的方法有了明显的提高，这是由于随着服务密度的增加，节点上含有的服务也随之增加，节约含有服务数量较多节点能量的策略也得到更好的体现。本发明所述的考虑节点生命周期的方法性能最好的原因，是由于本方法关注于减少从服务发起节点到服务执行节点路径上所有节点的能量消耗，这种性能上的提高在服务密度增加的时候得到更显著的体现。

图2显示了在服务密度在25％的时候，随着节点移动速度(Velocity)在1m/s～9m/s变化的时候三种方法在延长网络生命周期性能上的对比。从图中可以很明显的看出，随着节点移动速度的增加，基于跳数的方法的性能仍然是最差的，本发明所述的考虑节点生命周期的方法性能是最好，并且在基于跳数的方法中随着节点移动速度的增加，网络生命周期的变化幅度很小。本发明所述的考虑节点生命周期的方法在性能最好是由于，随着节点移动速度增加，服务执行过程中的失效率也随着增加，很多服务不能成功执行完，从而节省了服务执行节点和中继传递节点的能量，进而改善整个网络的生命周期。

图3显示了在节点移动速度为5m/s的时候，随着服务密度(Service density)增加的时候三种方法在服务平均响应时间(从服务发起节点发出服务请求到服务执行节点执行完服务并产生应答的一段时间)性能上的对比。从图中可以很明显的看出，本发明所述的考虑节点生命周期的方法是最差的，基于跳数的方法性能是最好的。本发明所述的考虑节点生命周期的方法一开始的性能是最差的，但是随着服务密度的增加，性能逐渐提高，直到服务密度达到50％的时候，同基于跳数的方法性能相近，本发明所述的方法之所以较差是由于本方法关注的是节省节点的能量，而不是响应时间，但是随着服务密度增加，节点所拥有的服务增加，产生服务应答的时间也相应的缩短。

图4显示了在服务密度在25％的时候，随着节点移动速度(Velocity)在1m/s～9m/s变化的时候三种方法在服务平均响应时间性能上的对比。从图中可以很明显的看出，本发明所述的考虑节点生命周期的方法是最差的，基于跳数的方法与改进的基于跳数的方法性能相近，并且随着节点移动速度的变化，服务平均响应时间变化很小。本发明所述的考虑节点生命周期的方法性能是最差的原因是由于，采用本发明所述的方法，选取的服务提供节点一般距离服务发起节点较远，随着节点移动速度的增加，服务执行的失效率也随着增加，响应时间也相应的增大，但是这个响应时间是在可接受的范围内的。基于跳数的方法与改进的基于跳数的方法性能相近的原因是由于，尽管节点的移动速度变化，但是采用这两种方法选取的节点仍然是距离服务发起节点跳数小的节点来执行服务，对于响应时间的影响不大。

从以上四幅图的分析可以看出在网络环境发生变化的时候，本发明所述的考虑节点生命周期的方法相比于背景技术中所述的基于跳数和改进的基于跳数的服务选择方法在改善网络生命周期上性能有明显的提高。尽管本发明所述的考虑节点生命周期的方法在服务的平均响应时间上相比较于背景技术中所述的两种方法有所不足，但是这个代价相比较于网络生命周期的改善是很小的，因此可以得出结论，考虑节点生命周期的服务选择方法相比较于基于跳数和改进的基于跳数的服务选择方法在优化网络生命周期这一技术问题上的确有提高。