一種定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種定向Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法?；诠?jié)點ID的二進制編碼比特確定其天線主動探測/被動偵聽模式，并利用碼分多址(CDMA)或正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)將信道資源劃分為若干子信道，通過等概率地隨機選擇方法確定節(jié)點占用的子信道號，達(dá)到多個節(jié)點在不同信道上相互錯開發(fā)送的目的，可有效減少鄰居發(fā)現(xiàn)過程中多個節(jié)點同時向某一個節(jié)點發(fā)送消息所引發(fā)的數(shù)據(jù)碰撞沖突，并顯著提高節(jié)點鄰居發(fā)現(xiàn)的成功概率和縮短網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)時間。能夠用于解決完全采用定向波束傳輸?shù)腁dHoc網(wǎng)絡(luò)中鄰居節(jié)點之間的快速發(fā)現(xiàn)問題，并適用于網(wǎng)絡(luò)密度從稀疏到密集的所有組網(wǎng)場景。實現(xiàn)簡單，發(fā)現(xiàn)1跳范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點耗時短、可靠性高。
【專利說明】—種定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法，特別是涉及一種適用于通信領(lǐng)域的定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]定向天線利用數(shù)字信號處理技術(shù)產(chǎn)生空間定向波束，將發(fā)射信號能量集中在某一個或者某些特定的方向上進行輻射，而不會干擾到其他方向上節(jié)點收發(fā)信號，并通過增加信號傳輸速率和傳輸距離，來提高無線網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用率和網(wǎng)絡(luò)的整體性能。但定向天線相比于全向天線而言，也存在一些技術(shù)上的難點，如收發(fā)均采用定向天線的節(jié)點間能進行有效通信的條件變得更為苛刻:如圖1所示，只有當(dāng)兩個節(jié)點的定向波束相互對準(zhǔn)且收發(fā)模式相反(一個處于傳輸模式，另一個處于接收模式)時，才能正常有效通信。
[0003]另一方面，鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)作為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的基礎(chǔ)和前提，對網(wǎng)絡(luò)層的路由選擇算法、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂坪蚆AC層的動態(tài)時隙分配等都起著不可或缺的作用，是MAC層相關(guān)協(xié)議設(shè)計應(yīng)首先考慮和解決的問題。
[0004]在基于定向天線通信的網(wǎng)絡(luò)中，由于定向通信波束較窄使得鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)變得更加困難，尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在沒有其周圍鄰居節(jié)點的任何先驗信息時，如何快速發(fā)現(xiàn)其I跳范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點并建立起通信連接仍是一個十分棘手和復(fù)雜的問題。
[0005]目前，國內(nèi)外對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的研究主要集中在采用全向天線進行收發(fā)，或者采用全向天線和定向天線相結(jié)合的方式，如利用全向發(fā)送定向接收或定向發(fā)送全向接收，這些鄰居發(fā)現(xiàn)算法在鄰居發(fā)現(xiàn)過程的某一階段都不可避免地采用了全向天線，但由于全向天線通信距離較小，網(wǎng)絡(luò)自干擾嚴(yán)重且抵抗外部干擾的能力較差，致使網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)階段存在著定向和全向天線增益不匹配，未能充分利用定向天線通信的全部潛在優(yōu)勢，極大影響了網(wǎng)絡(luò)性能的改善程度。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)的完全基于定向天線波束傳輸/接收的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居掃描方法中，雖然充分利用了定向天線的優(yōu)勢，但在密集網(wǎng)絡(luò)中其鄰居發(fā)現(xiàn)過程存在嚴(yán)重的消息碰撞沖突，發(fā)現(xiàn)所有鄰居節(jié)點耗時長，同時存在孤立節(jié)點始終無法入網(wǎng)的可能。
[0007]在傳統(tǒng)的完全隨機的鄰居發(fā)現(xiàn)算法中，通信節(jié)點根據(jù)固定的或可變概率決定通信模式為收還是發(fā)，并隨機選擇發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的定向天線扇區(qū)。當(dāng)概率選擇不合理時，很可能出現(xiàn)近在咫尺的鄰居節(jié)點卻始終無法滿足定向波束相互指向?qū)Ψ角沂瞻l(fā)模式相反的有效通信條件，進而始終無法發(fā)現(xiàn)對方，導(dǎo)致某些節(jié)點始終無法入網(wǎng)、無法同鄰居節(jié)點通信，這些節(jié)點就是所謂的孤立節(jié)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種完全基于定向天線波束傳輸/接收，在I跳范圍內(nèi)快速發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點，并建立起通信連接的定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法。
[0009]本發(fā)明進一步要解決的技術(shù)問題是提供一種消除孤立節(jié)點的方法。[0010]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:具體方法步驟為:
[0011]步驟一、給入網(wǎng)節(jié)點分配全網(wǎng)唯一的節(jié)點編號，并對該編號進行二進制形式編碼；
[0012]步驟二、根據(jù)所述二進制編碼判斷該節(jié)點在每一輪掃描周期內(nèi)的探測或監(jiān)聽模式；采用動態(tài)時隙分配機制，將時間劃分為連續(xù)的、周期性重復(fù)的TDMA幀，每幀由鄰居發(fā)現(xiàn)子幀和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸子幀組成，其中鄰居發(fā)現(xiàn)子幀又由探測、相應(yīng)和確認(rèn)3個階段組成，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸子幀包括多個數(shù)據(jù)時隙；其中，
[0013]處于主動探測模式的節(jié)點，在探測階段開始時，從2個以上子信道中等概率隨機選取I個子信道，用于發(fā)送鄰居探測消息；響應(yīng)階段，在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)消息；確認(rèn)階段，在與探測階段所選擇相同編號的子信道內(nèi)，定向發(fā)送確認(rèn)消息；
[0014]處于被動偵聽模式的節(jié)點，探測階段在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的探測消息數(shù)據(jù)；響應(yīng)階段開始時，從2個以上子信道中等概率隨機選取I個子信道，用于發(fā)送鄰居響應(yīng)消息；確認(rèn)階段，在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的確認(rèn)消息。
[0015]作為優(yōu)選，所述方法還包括，在統(tǒng)一的時間和方向基準(zhǔn)前提下，按照預(yù)先定義的天線扇區(qū)掃描順序，依次遍歷所有的天線扇區(qū)。
[0016]作為優(yōu)選，所述方法還包括，采用多信道并行傳輸。
[0017]作為優(yōu)選，所述多信道并行傳輸采用碼分多址或正交頻分復(fù)用實現(xiàn)。
[0018]作為優(yōu)選，所述步驟二中，判斷節(jié)點在本輪掃描周期內(nèi)的探測或監(jiān)聽模式的具體方法步驟為:
[0019]步驟SlOl:初始化節(jié)點參數(shù)N和j，N為網(wǎng)絡(luò)中總節(jié)點數(shù)，j e {O, I,…，N_l}為節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的唯一編號ID ；
[0020]步驟S102:對節(jié)點的編號j以二進制形式編碼；
[0021]步驟S103:如果節(jié)點j的二進制編碼位數(shù)等于「log2#>轉(zhuǎn)步驟S105，否則轉(zhuǎn)步驟S104 ；
[0022]步驟S104:在二進制編碼左邊添O補位，直到「1g2.Vl位為止；
[0023]步驟S105:第i輪掃描周期內(nèi)，如果節(jié)點j的二進制編碼的第i位為0，轉(zhuǎn)至步驟S106，否則轉(zhuǎn)至步驟S107 ；
[0024]步驟S106:該輪掃描周期內(nèi)設(shè)置天線為被動偵聽模式，轉(zhuǎn)至步驟S108 ；
[0025]步驟S107:該輪掃描周期內(nèi)設(shè)置天線為主動探測模式；
[0026]步驟S108:結(jié)束。
[0027]作為優(yōu)選，所述步驟二中，處于主動探測模式的節(jié)點其鄰居發(fā)現(xiàn)的具體方法步驟為:
[0028] 步驟S201:探測階段開始時，利用偽隨機數(shù)發(fā)生器，在[1，K]之間等概率地隨機產(chǎn)生I個偽隨機整數(shù)Ki，其中K為子信道數(shù)；
[0029]步驟S202:在第Ki個子信道，定向發(fā)送其鄰居探測消息；
[0030]步驟S203:響應(yīng)階段，節(jié)點在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)消息；
[0031]步驟S204:確認(rèn)階段，節(jié)點在第Ki個子信道，針對響應(yīng)階段收到的響應(yīng)消息，定向發(fā)送其鄰居確認(rèn)消息；
[0032]步驟S205:鄰居發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束。
[0033]作為優(yōu)選，所述步驟二中，處于被動偵聽模式的節(jié)點其鄰居發(fā)現(xiàn)的具體方法步驟為:
[0034]步驟S301:探測階段，節(jié)點在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的探測消息；
[0035]步驟S302:響應(yīng)階段開始時，節(jié)點利用偽隨機數(shù)發(fā)生器，在[1，K]之間等概率地隨機產(chǎn)生I個偽隨機整數(shù)Kp其中K為子信道數(shù)；
[0036]步驟S303:在第&個子信道內(nèi)，針對探測階段收到的探測消息，定向發(fā)送其鄰居響應(yīng)消息；
[0037]步驟S304:確認(rèn)階段，節(jié)點在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的確認(rèn)消息；
[0038]步驟S305:鄰居發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明基于節(jié)點ID的二進制編碼比特確定其天線主動探測/被動偵聽模式，并利用碼分多址(CDMA)或正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)將信道資源劃分為若干子信道。通過等概率地隨機選擇方法確定節(jié)點占用的子信道號，達(dá)到多個節(jié)點在不同信道上相互錯開發(fā)送的目的，可有效減少鄰居發(fā)現(xiàn)過程中多個節(jié)點同時向某一個節(jié)點發(fā)送消息所引發(fā)的數(shù)據(jù)碰撞沖突，并顯著提高節(jié)點鄰居發(fā)現(xiàn)的成功概率和縮短網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)時間。能夠用于解決完全采用定向波束傳輸?shù)腁d Hoc網(wǎng)絡(luò)中鄰居節(jié)點之間的快速發(fā)現(xiàn)問題，并適用于網(wǎng)絡(luò)密度從稀疏到密集的所有組網(wǎng)場景。實現(xiàn)簡單，發(fā)現(xiàn)I跳范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點耗時短、可靠性高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點通信原理示意圖。
[0041]圖2為定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點密集聚集的情形。
[0042]圖3為本發(fā)明TDMA幀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖4為本發(fā)明其中一實施例的節(jié)點探測/偵聽模式選擇算法流程圖。
[0044]圖5為本發(fā)明其中一實施例的主動探測節(jié)點的鄰居發(fā)現(xiàn)流程圖。
[0045]圖6為本發(fā)明其中一實施例的被動偵聽節(jié)點的鄰居發(fā)現(xiàn)流程圖。
【具體實施方式】
[0046]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0047]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或者具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0048]一種定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法，具體方法步驟為:
[0049]步驟一、給入網(wǎng)節(jié)點分配全網(wǎng)唯一的節(jié)點編號，并對該編號進行二進制形式編碼；
[0050]步驟二、如圖3所示，根據(jù)所述二進制編碼判斷該節(jié)點在每一輪掃描周期內(nèi)的探測或監(jiān)聽模式；采用動態(tài)時隙分配機制，將時間劃分為連續(xù)的、周期性重復(fù)的TDMA幀，每幀由鄰居發(fā)現(xiàn)子幀和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸子幀組成，其中鄰居發(fā)現(xiàn)子幀又由探測、相應(yīng)和確認(rèn)3個階段組成，確定節(jié)點在探測、響應(yīng)和確認(rèn)階段占用的子信道號并完成鄰居發(fā)現(xiàn)的3步握手過程，使節(jié)點在沒有鄰節(jié)點任何先驗信息的情況下，能夠快速發(fā)現(xiàn)其I跳通信覆蓋范圍內(nèi)的所有鄰居節(jié)點。用于各節(jié)點分布式、等概率地隨機選擇發(fā)送探測和響應(yīng)消息的子信道號，實現(xiàn)多個節(jié)點在多個子信道上并行、無沖突地傳輸，從而極大地減小鄰居發(fā)現(xiàn)過程中由于多個節(jié)點同時向某一個節(jié)點發(fā)送消息所造成的消息碰撞沖突概率，大大縮短鄰居發(fā)現(xiàn)過程的時間，并確保在確定的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)I跳范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點，并完成數(shù)據(jù)通信時隙的動態(tài)預(yù)約；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸子幀包括多個(在本具體實施例中設(shè)為N個)數(shù)據(jù)時隙，用于在建立的定向鏈路上進行數(shù)據(jù)傳輸；其中，
[0051]處于主動探測模式的節(jié)點，在探測階段開始時，從2個(在本具體實施例中設(shè)為K個)以上子信道中等概率隨機選取I個子信道，用于發(fā)送鄰居探測消息；響應(yīng)階段，在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)消息；確認(rèn)階段，在與探測階段所選擇相同編號的子信道內(nèi)，定向發(fā)送確認(rèn)消息；
[0052]處于被動偵聽模式的節(jié)點，探測階段在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的探測消息數(shù)據(jù)；響應(yīng)階段開始時，從2個(在本具體實施例中設(shè)為K個)以上子信道中等概率隨機選取I個子信道，用于發(fā)送鄰居響應(yīng)消息；確認(rèn)階段，在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的確認(rèn)消息。[0053]采用分布式動態(tài)時隙分配機制，滿足了網(wǎng)絡(luò)中大量節(jié)點傳輸實時和突發(fā)業(yè)務(wù)的通
需求。
[0054]所述方法還包括，在統(tǒng)一的時間和方向基準(zhǔn)前提下，按照預(yù)先定義的天線扇區(qū)掃描順序，依次遍歷所有的天線扇區(qū)。在本具體實施例中，每個節(jié)點裝備了一套多波束天線，能夠在傳輸與接收模式之間快速切換，且均采取相同的波束編號，并在安裝時經(jīng)過精確的方向校對，使得各節(jié)點指向正東的波束編號都相同，即所有節(jié)點定向天線的基準(zhǔn)方向相同；同時，所有節(jié)點在當(dāng)前時刻都是TDMA幀同步的，即所有節(jié)點均基于統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)。
[0055]本具體實施例采用確定性掃描算法，它在統(tǒng)一的時間和方向基準(zhǔn)前提下，根據(jù)文中提出的主動探測/被動偵聽模式選擇算法確定節(jié)點工作模式，并按照預(yù)先定義的天線扇區(qū)掃描順序，依次遍歷所有的天線扇區(qū)。每兩個節(jié)點ID的二進制編碼至少有Ibit是不同的，在不考慮鄰居發(fā)現(xiàn)過程發(fā)生消息碰撞沖突的情況下，兩個節(jié)點最多需要「log^Vl次主動探測/被動偵聽后，就能發(fā)生一次有效通信并互相發(fā)現(xiàn)對方；若考慮沖突存在的情況，由于我們采用多信道并行傳輸，可極大降低這種沖突概率，也能確保在較短時間內(nèi)快速發(fā)現(xiàn)I跳范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點，因而不存在孤立節(jié)點的情況。
[0056]所述方法還包括，采用多信道并行傳輸。
[0057]所述多信道并行傳輸采用碼分多址或正交頻分復(fù)用實現(xiàn)。利用彼此正交的碼序列或彼此正交的多個子載波將信道劃分成若干子信道，在多個子信道上進行多路信號并行傳輸。節(jié)點利用碼分多址(CDMA)或正交頻分復(fù)用(OFDM)的方式將信道資源劃分為K個彼此正交的子信道，則最多同時允許有K個節(jié)點并行傳輸鄰居發(fā)現(xiàn)消息。
[0058]具體應(yīng)用場景下，根據(jù)電磁波傳播速度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大小和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度等，來共同確定TDMA幀結(jié)構(gòu)中每個時隙持續(xù)時間長度以及子信道個數(shù)。[0059]例如:網(wǎng)絡(luò)直徑為100km、通信節(jié)點數(shù)為15個時，電磁波傳播IOOkm需要0.33ms,為保證相距不同距離的的各節(jié)點之間傳輸不發(fā)生沖突，必須至少留出0.33ms的保護間隔，同時根據(jù)節(jié)點數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度和數(shù)據(jù)傳輸速度，我們可以設(shè)置每個時隙持續(xù)時間長度為Ims ；考慮15個節(jié)點密集聚集的極端情況，為減少鄰居發(fā)現(xiàn)沖突，并與實現(xiàn)復(fù)雜度進行折中考慮，可將信道資源劃分為10個子信道，以實現(xiàn)多信道并行傳輸，并在較大程度上降低發(fā)現(xiàn)過程中的沖突概率。
[0060]如圖2所示，在定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，組網(wǎng)階段可能存在部分節(jié)點密集聚集而導(dǎo)致鄰居發(fā)現(xiàn)消息碰撞沖突劇烈的情況?；诙嘈诺赖牟⑿袀鬏敺椒ǎ詼p少鄰居發(fā)現(xiàn)過程中的消息碰撞沖突概率和縮短鄰居發(fā)現(xiàn)過程的時間。本具體實施例能夠解決完全采用定向波束傳輸?shù)腁d Hoc網(wǎng)絡(luò)中鄰居節(jié)點之間的快速發(fā)現(xiàn)問題，并適用于網(wǎng)絡(luò)密度從稀疏到密集的所有組網(wǎng)場景。
[0061]每幀開始時，各節(jié)點首先根據(jù)其節(jié)點ID的二進制編碼，分布式執(zhí)行一種確定性的定向天線探測/偵聽模式選擇算法，確定其在本輪天線掃描周期內(nèi)的探測/偵聽模式。
[0062]如圖4所示，所述步驟二中，判斷節(jié)點在本輪掃描周期內(nèi)的探測或監(jiān)聽模式的具體方法步驟為:
[0063]步驟SlOl:初始化節(jié)點參數(shù)N和j，N為網(wǎng)絡(luò)中總節(jié)點數(shù)，j e {O, I,…，N_l}為節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的唯一編號ID ；
[0064]步驟S102:對節(jié)點的編號j以二進制形式編碼；
[0065]步驟S103:如果節(jié)點j的二進制編碼位數(shù)等于「log, N]，轉(zhuǎn)步驟S105，否則轉(zhuǎn)步驟S104 ；
[0066]步驟S104:在二進制編碼左邊添O補位，直到「1g2 /V]位為止；
[0067]步驟S105:第i輪掃描周期內(nèi)，如果節(jié)點j的二進制編碼的第i位為0，轉(zhuǎn)至步驟S106，否則轉(zhuǎn)至步驟S107 ；
[0068]步驟S106:該輪掃描周期內(nèi)設(shè)置天線為被動偵聽模式，轉(zhuǎn)至步驟S108 ；
[0069]步驟S107:該輪掃描周期內(nèi)設(shè)置天線為主動探測模式；
[0070]步驟S108:結(jié)束。
[0071]以圖3所示的TDMA幀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，鄰居發(fā)現(xiàn)過程分為探測、響應(yīng)和確認(rèn)3個階段。在每一幀中，處于主動探測模式的節(jié)點將順序執(zhí)行以下步驟完成其鄰居發(fā)現(xiàn)過程。
[0072]如圖5所示，所述步驟二中，處于主動探測模式的節(jié)點其鄰居發(fā)現(xiàn)的具體方法步驟為:
[0073]步驟S201:探測階段開始時，利用偽隨機數(shù)發(fā)生器，在[1，K]之間等概率地隨機產(chǎn)生I個偽隨機整數(shù)Ki (Ki即為節(jié)點從K個子信道中等概率隨機選取、用于發(fā)送鄰居探測消息的子信道號)；
[0074]步驟S202:在第Ki個子信道，定向發(fā)送其鄰居探測消息；
[0075]步驟S203:響應(yīng)階段，節(jié)點在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)消息；
[0076]步驟S204:確認(rèn)階段，節(jié)點在第Ki個子信道，針對響應(yīng)階段收到的響應(yīng)消息，定向發(fā)送其鄰居確認(rèn)消息；
[0077] 步驟S205:鄰居發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束。[0078]主動探測節(jié)點在鄰居發(fā)現(xiàn)的探測階段內(nèi)，從K個子信道中等概率地隨機選取一個子信道用于發(fā)送鄰居探測消息。多個主動探測節(jié)點隨機選取的子信道號一般不會重疊復(fù)用，達(dá)到多個節(jié)點在不同子信道上相互錯開發(fā)送的目的，從而在較大程度上避免了多個節(jié)點同時向一個節(jié)點發(fā)送探測數(shù)據(jù)包所造成的消息碰撞沖突，進一步提高了鄰居發(fā)現(xiàn)的成功率。
[0079]如圖6所示，所述步驟二中，處于被動偵聽模式的節(jié)點其鄰居發(fā)現(xiàn)的具體方法步驟為:
[0080]步驟S301:探測階段，節(jié)點在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的探測消息；
[0081]步驟S302:響應(yīng)階段開始時，節(jié)點利用偽隨機數(shù)發(fā)生器，在[1，K]之間等概率地隨機產(chǎn)生I個偽隨機整數(shù)I (Kj即為節(jié)點從K個子信道中等概率隨機選取、用于發(fā)送鄰居響應(yīng)消息的子信道號)；
[0082]步驟S303:在第Kj個子信道內(nèi)，針對探測階段收到的探測消息，定向發(fā)送其鄰居響應(yīng)消息；
[0083]步驟S304:確認(rèn)階段，節(jié)點在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的確認(rèn)消息；
[0084]步驟S305:鄰居發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束。
[0085]在每一幀中，處于被動偵聽模式的節(jié)點將順序執(zhí)行以上步驟完成其鄰居發(fā)現(xiàn)過程。
[0086]被動偵聽節(jié)點在鄰居發(fā)現(xiàn)的響應(yīng)階段，從K個子信道中等概率地隨機選取一個子信道作為其響應(yīng)消息發(fā)送時隙，多個被動偵聽節(jié)點隨機選取的子信道號一般不會重疊復(fù)用，可以達(dá)到多個節(jié)點在多個子信道上相互錯開發(fā)送的目的，從而在較大程度上避免了多個節(jié)點同時向一個節(jié)點發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包所造成的消息碰撞沖突，進一步提高了鄰居發(fā)現(xiàn)的成功率。
[0087]同時應(yīng)當(dāng)注意，上述鄰居發(fā)現(xiàn)子幀中節(jié)點發(fā)送/接收的探測、響應(yīng)和確認(rèn)數(shù)據(jù)消息中，除包含本節(jié)點的ID編號和地理位置坐標(biāo)外，同時攜帶有本節(jié)點未被分配的可用數(shù)據(jù)傳輸時隙集合等信息。因此，通過以上3次握手協(xié)商過程，節(jié)點不僅可以快速發(fā)現(xiàn)其I跳范圍內(nèi)鄰居節(jié)點，獲取鄰居節(jié)點相關(guān)信息，還可以完成數(shù)據(jù)傳輸子幀中節(jié)點間收發(fā)數(shù)據(jù)所占用時隙的動態(tài)預(yù)約。
[0088]在本具體實施例中，首先基于節(jié)點ID的二進制編碼比特確定定向天線收發(fā)模式，然后將時間劃分為連續(xù)的、周期性重復(fù)的TDMA幀，且每幀由鄰居發(fā)現(xiàn)子幀和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸子幀等2個子幀組成，其中鄰居發(fā)現(xiàn)子幀又由探測、響應(yīng)和確認(rèn)3個階段構(gòu)成。
【權(quán)利要求】
1.一種定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:具體方法步驟為: 步驟一、給入網(wǎng)節(jié)點分配全網(wǎng)唯一的節(jié)點編號，并對該編號進行二進制形式編碼； 步驟二、根據(jù)所述二進制編碼判斷該節(jié)點在每一輪掃描周期內(nèi)的探測或監(jiān)聽模式；采用動態(tài)時隙分配機制，將時間劃分為連續(xù)的、周期性重復(fù)的TDMA幀，每幀由鄰居發(fā)現(xiàn)子幀和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸子幀組成，其中鄰居發(fā)現(xiàn)子幀又由探測、相應(yīng)和確認(rèn)3個階段組成，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸子幀包括多個數(shù)據(jù)時隙；其中， 處于主動探測模式的節(jié)點，在探測階段開始時，從2個以上子信道中等概率隨機選取I個子信道，用于發(fā)送鄰居探測消息；響應(yīng)階段，在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)消息；確認(rèn)階段，在與探測階段所選擇相同編號的子信道內(nèi)，定向發(fā)送確認(rèn)消息； 處于被動偵聽模式的節(jié)點，探測階段在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的探測消息數(shù)據(jù)；響應(yīng)階段開始時，從2個以上子信道中等概率隨機選取I個子信道，用于發(fā)送鄰居響應(yīng)消息；確認(rèn)階段，在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的確認(rèn)消息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向AdHoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:所述方法還包括，在統(tǒng)一的時間和方向基準(zhǔn)前提下，按照預(yù)先定義的天線扇區(qū)掃描順序，依次遍歷所有的天線扇區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向AdHoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:所述方法還包括，采用多信道并行傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定向AdHoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:所述多信道并行傳輸采用碼分多址或正交頻分復(fù)用實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向AdHoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:所述步驟二中，判斷節(jié)點在本輪掃描周期內(nèi)的探測或監(jiān)聽模式的具體方法步驟為: 步驟SlOl:初始化節(jié)點參數(shù)N和j，N為網(wǎng)絡(luò)中總節(jié)點數(shù)， j e {0,1,..., F-1}為節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的唯一編號ID ； 步驟S102:對節(jié)點的編號j以二進制形式編碼； 步驟S103:如果節(jié)點j的二進制編碼位數(shù)等于「1明2 AtI，轉(zhuǎn)步驟S105，否則轉(zhuǎn)步驟S104 ； 步驟S104:在二進制編碼左邊添O補位，直到「log2 位為止； 步驟S105:第i輪掃描周期內(nèi)，如果節(jié)點j的二進制編碼的第i位為0，轉(zhuǎn)至步驟S106，否則轉(zhuǎn)至步驟S107 ； 步驟S106:該輪掃描周期內(nèi)設(shè)置天線為被動偵聽模式，轉(zhuǎn)至步驟S108 ； 步驟S107:該輪掃描周期內(nèi)設(shè)置天線為主動探測模式； 步驟S108:結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的定向AdHoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:所述步驟二中，處于主動探測模式的節(jié)點其鄰居發(fā)現(xiàn)的具體方法步驟為: 步驟S201:探測階段開始時，利用偽隨機數(shù)發(fā)生器，在[1，K]之間等概率地隨機產(chǎn)生I個偽隨機整數(shù)Ki ,其中K為子信道數(shù)；步驟S202:在第&個子信道，定向發(fā)送其鄰居探測消息； 步驟S203:響應(yīng)階段，節(jié)點在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)消息； 步驟S204:確認(rèn)階段，節(jié)點在第Ki個子信道，針對響應(yīng)階段收到的響應(yīng)消息，定向發(fā)送其鄰居確認(rèn)消息； 步驟S205:鄰居發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:所述步驟二中，處于被動偵聽模式的節(jié)點其鄰居發(fā)現(xiàn)的具體方法步驟為: 步驟S301:探測階段，節(jié)點在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的探測消息； 步驟S302:響應(yīng)階段開始時，節(jié)點利用偽隨機數(shù)發(fā)生器，在[1，K]之間等概率地隨機產(chǎn)生1個偽隨機整數(shù)KJ ,其中K為子信道數(shù)； 步驟S303:在第KJ個子信道內(nèi)，針對探測階段收到的探測消息，定向發(fā)送其鄰居響應(yīng)消息； 步驟S304:確認(rèn)階段，節(jié)點在所有子信道內(nèi)定向接收鄰居節(jié)點發(fā)送的確認(rèn)消息； 步驟S305:鄰居發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束。
【文檔編號】H04W48/08GK103916929SQ201410112211
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】李大雙, 景中源, 譚齊, 武明, 張雷, 隋天宇 申請人:中國電子科技集團公司第三十研究所