一種基于定向天線的新型鄰居發(fā)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于定向天線的新型鄰居發(fā)現(xiàn)方法。鄰居發(fā)現(xiàn)方法包括以下步驟：節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二進(jìn)制編號，對天線掃描方向進(jìn)行編號，節(jié)點(diǎn)根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的二進(jìn)制編號確定收發(fā)模式，并根據(jù)收發(fā)模式確定掃描序列，節(jié)點(diǎn)依照掃描序列在鄰居發(fā)現(xiàn)階段進(jìn)行掃描，一對收發(fā)節(jié)點(diǎn)若成功完成握手協(xié)議，則表示鄰居發(fā)現(xiàn)成功。它解決的是定向天線條件下無中心組網(wǎng)的鄰居發(fā)現(xiàn)問題，有利于發(fā)揮定向天線抗干擾和空間復(fù)用率高的優(yōu)勢，以及無中心組網(wǎng)自由進(jìn)入和退出網(wǎng)絡(luò)的靈活特性，擁有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于定向天線的新型鄰居發(fā)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利公開了一種基于定向天線的鄰居發(fā)現(xiàn)方法，適用于定向天線條件下的無中心自組織網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]對于定向天線應(yīng)用于無線自組織網(wǎng)中，雖然可以提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能，但也會帶來一系列問題，如隱藏終端與暴露終端問題、聾節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生、有效的鄰居發(fā)現(xiàn)問題等。這對于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計，尤其是其中的鄰居發(fā)現(xiàn)方法設(shè)計，是富有挑戰(zhàn)性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明專利所要解決的問題是提供一種適用于定向天線條件下無中心組網(wǎng)的鄰居發(fā)現(xiàn)方法。
[0004]一種基于定向天線的新型鄰居發(fā)現(xiàn)方法，是基于定向天線與無中心自組織網(wǎng)絡(luò)組成的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，包含以下步驟:
[0005](I)對無中心自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二進(jìn)制編號；
[0006](2)節(jié)點(diǎn)根據(jù)定向天線的波瓣主瓣角大小得到定向天線的波束個數(shù),確定定向天線的掃描方向數(shù)N，N為大于I的自然數(shù)，得到定向天線的掃描方向編號，定向天線轉(zhuǎn)過所有的掃描方向即為一個掃描周期；
[0007](3)節(jié)點(diǎn)根據(jù)二進(jìn)制編號確定節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)包括接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)；
[0008](4)接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)掃描方向編號生成掃描序列；
[0009](5)發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)掃描序列在一個掃描方向發(fā)射信號,接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)掃描序列在一個掃描方向接收信號；
[0010](6)若接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)三次握手成功，即發(fā)現(xiàn)鄰居，若掃描周期結(jié)束，則轉(zhuǎn)到步驟(3)，否則等待進(jìn)行下一個掃描方向的掃描，轉(zhuǎn)到步驟(5)。
[0011]其中，步驟(3)中所述的節(jié)點(diǎn)根據(jù)二進(jìn)制編號確定節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)具體包括以下步驟:
[0012](301)在鄰居發(fā)現(xiàn)掃描周期的初始時刻判定節(jié)點(diǎn)是否需要進(jìn)入靜默狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)在靜默狀態(tài)既不發(fā)送信號也不接收信號，所述的靜默狀態(tài)判斷條件為:節(jié)點(diǎn)生成范圍在O到U的隨機(jī)整數(shù)，U為大于I的自然數(shù)，根據(jù)需要的概率設(shè)定閾值U，當(dāng)生成的隨機(jī)數(shù)小于u時，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入靜默狀態(tài)，否則不進(jìn)入靜默狀態(tài)，并轉(zhuǎn)到步驟(302)；
[0013](302)節(jié)點(diǎn)獲得定向天線的掃描周期數(shù)r，r為大于O的自然數(shù)；
[0014](303)節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)二進(jìn)制編號的第r位，確定節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)。
[0015]其中，步驟(4)中所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)掃描序列均相同，接收節(jié)點(diǎn)掃描序列均相同，且均以相同步長遞增或遞減；若定向天線掃描方向數(shù)N為偶數(shù)，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的掃描序列的第一位相差N/2 ;若天線掃描方向數(shù)N為奇數(shù)，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的掃描序列的第一位相差(N-l)/2或(N+l)/2。[0016]本發(fā)明專利相比【背景技術(shù)】具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1.本發(fā)明專利中采用的定向天線主瓣輻射增益較大，在相同輻射功率的情況下，它能覆蓋更遠(yuǎn)的終端，可以減少自組織網(wǎng)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的跳數(shù)，增強(qiáng)自組織網(wǎng)的連通性，提高系統(tǒng)容量。
[0018]2.本發(fā)明專利中采用的定向天線存在低增益副瓣和零陷，能避免接收不必要的干擾，允許更多的無線設(shè)備同時工作，增加空間復(fù)用能力，提高網(wǎng)絡(luò)容量。
[0019]3.本發(fā)明專利中采用的無中心自組網(wǎng)方式，使節(jié)點(diǎn)可以自由進(jìn)入和退出網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。
[0020]4.本發(fā)明專利中節(jié)點(diǎn)以隨機(jī)概率進(jìn)入靜默狀態(tài)，解決了發(fā)送節(jié)點(diǎn)的同一發(fā)送波束中存在多個接收節(jié)點(diǎn)或接收節(jié)點(diǎn)的同一接收波束中存在多個發(fā)送節(jié)點(diǎn)情況下所產(chǎn)生的碰撞問題，保證了鄰居的有效發(fā)現(xiàn)，提高鄰居發(fā)現(xiàn)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的工作流程圖；
[0022]圖2是二次握手協(xié)議不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]參照圖1，本發(fā)明是基于定向天線與無中心自組織網(wǎng)絡(luò)組成的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，具體包括以下步驟:
[0024](I)對無中心自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二進(jìn)制編號；
[0025]編號采用二進(jìn)制編號形式，若節(jié)點(diǎn)個數(shù)為m個，則取最小位數(shù)S，使得2s > m ;若節(jié)點(diǎn)的二進(jìn)制編號位數(shù)不滿s位，則將高位補(bǔ)零，使位數(shù)等于S。
[0026]( 2)節(jié)點(diǎn)根據(jù)定向天線的波瓣主瓣角大小得到定向天線的波束個數(shù)，確定定向天線的掃描方向數(shù)N，N為大于I的自然數(shù)，得到定向天線的掃描方向編號，定向天線轉(zhuǎn)過所有的掃描方向即為一個掃描周期；
[0027]設(shè)定某扇區(qū)方向(如正北方向)為I號扇區(qū)方向，順時針旋轉(zhuǎn)依次為各扇區(qū)方向編號 1，2, 3…N。
[0028]明確天線的掃描方向數(shù)，節(jié)點(diǎn)依次給天線方向編號，并據(jù)此生成掃描序列，發(fā)送節(jié)點(diǎn)掃描序列均相同，接收節(jié)點(diǎn)掃描序列均相同，且均以相同步長遞增或遞減。若天線掃描的方向數(shù)N為偶數(shù)，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的掃描序列的第一位相差N/2;若天線掃描方向數(shù)N為奇數(shù),則第一位相差(N-1)/2或(N+l)/2。
[0029](3)節(jié)點(diǎn)根據(jù)二進(jìn)制編號確定節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)包括接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)；
[0030]其中，節(jié)點(diǎn)根據(jù)二進(jìn)制編號確定節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)具體包括以下步驟:
[0031](301)在鄰居發(fā)現(xiàn)掃描周期的初始時刻判定節(jié)點(diǎn)是否需要進(jìn)入靜默狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)在靜默狀態(tài)既不發(fā)送信號也不接收信號，所述的靜默狀態(tài)判斷條件為:節(jié)點(diǎn)生成范圍在O到U的隨機(jī)整數(shù)，U為大于I的自然·數(shù)，根據(jù)需要的概率設(shè)定閾值U，當(dāng)生成的隨機(jī)數(shù)小于u時，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入靜默狀態(tài)，否則不進(jìn)入靜默狀態(tài)，并轉(zhuǎn)到步驟(302)；
[0032](302)節(jié)點(diǎn)獲得掃描周期數(shù)r，r為大于O的自然數(shù)；
[0033](303)節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)二進(jìn)制編號的第r位，確定節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)，O表示接收狀態(tài)，I表不發(fā)送狀態(tài)；
[0034]在鄰居發(fā)現(xiàn)掃描周期的初始時刻，若節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，則按掃描序列指定的扇區(qū)方向定向發(fā)送廣播幀；若節(jié)點(diǎn)處于接收狀態(tài)，則定向等待接收；節(jié)點(diǎn)本次選擇的收發(fā)模式只在本次鄰居發(fā)現(xiàn)掃描周期有效，在下一鄰居掃描周期的初始時刻，節(jié)點(diǎn)重新按照上述步驟確定收發(fā)狀態(tài)。
[0035](4)接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)掃描方向編號生成掃描序列；
[0036]掃描序列表示的是天線掃描各扇區(qū)方向的先后順序。
[0037](5)接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)掃描序列在一個掃描方向接收信號，發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)掃描序列在一個掃描方向發(fā)射信號；
[0038](6)若接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)三次握手成功，即發(fā)現(xiàn)鄰居，若掃描周期結(jié)束，則轉(zhuǎn)到步驟(3)，否則等待進(jìn)行下一個掃描方向的掃描，轉(zhuǎn)到步驟(5)。
[0039]參考圖2，本發(fā)明采用三次握手的握手協(xié)議，首先發(fā)送節(jié)點(diǎn)a定向發(fā)送廣播幀My將自身的節(jié)點(diǎn)信息廣播至潛在鄰居。若節(jié)點(diǎn)b沒有接收到My信息，則放棄與節(jié)點(diǎn)a握手；如果節(jié)點(diǎn)b成功接收到Ma;1，它就知道了節(jié)點(diǎn)a的存在，識別到節(jié)點(diǎn)a為可能鄰居后，節(jié)點(diǎn)b向節(jié)點(diǎn)a定向發(fā)送Mm，用于預(yù)約確立下一交互時隙(預(yù)約時隙)。若節(jié)點(diǎn)a沒有接收到信息Mm,則放棄與節(jié)點(diǎn)b握手；如果節(jié)點(diǎn)a成功接收到Mb，i，則返回確認(rèn)信息，確認(rèn)預(yù)約好預(yù)約時隙。
【權(quán)利要求】
1.一種基于定向天線的新型鄰居發(fā)現(xiàn)方法，是基于定向天線與無中心自組織網(wǎng)絡(luò)組成的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，包含以下步驟: (I)對無中心自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二進(jìn)制編號； (2 )節(jié)點(diǎn)根據(jù)定向天線的波瓣主瓣角大小得到定向天線的波束個數(shù),確定定向天線的掃描方向數(shù)N，N為大于I的自然數(shù)，得到定向天線的掃描方向編號，定向天線轉(zhuǎn)過所有的掃描方向即為一個掃描周期； (3)節(jié)點(diǎn)根據(jù)二進(jìn)制編號確定節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)包括接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)； (4)接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)掃描方向編號生成掃描序列； (5)發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)掃描序列在一個掃描方向發(fā)射信號，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)掃描序列在一個掃描方向接收信號； (6)若接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)三次握手成功，即發(fā)現(xiàn)鄰居，若掃描周期結(jié)束，則轉(zhuǎn)到步驟(3)，否則等待進(jìn)行下一個掃描方向的掃描，轉(zhuǎn)到步驟(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于定向天線的新型鄰居發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:步驟(3)中所述的節(jié)點(diǎn)根據(jù)二進(jìn)制編號確定節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)具體包括以下步驟: (301)在鄰居發(fā)現(xiàn)掃描周期的初始時刻判定節(jié)點(diǎn)是否需要進(jìn)入靜默狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)在靜默狀態(tài)既不發(fā)送信號也不接收信號，所述的靜默狀態(tài)判斷條件為:節(jié)點(diǎn)生成范圍在O到U的隨機(jī)整數(shù)，U為大于I的自然數(shù)，根據(jù)需要的概率設(shè)定閾值U，當(dāng)生成的隨機(jī)數(shù)小于u時，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入靜默狀態(tài)，否則不進(jìn)入靜默狀態(tài)，并轉(zhuǎn)到步驟(302)； (302)節(jié)點(diǎn)獲得定向天線的掃描周期數(shù)r，r為大于O的自然數(shù)； (303)節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)二進(jìn)制編號的第r位，確定節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于定向天線的新型鄰居發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:步驟(4)中所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)掃描序列均相同，接收節(jié)點(diǎn)掃描序列均相同，且均以相同步長遞增或遞減；若定向天線掃描方向數(shù)N為偶數(shù)，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的掃描序列的第一位相差N/2 ;若天線掃描方向數(shù)N為奇數(shù)，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的掃描序列的第一位相差(N-1)/2 或(N+l)/2。
【文檔編號】H04W4/06GK103686611SQ201310695670
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】王昕羽, 于曉磊, 張航 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所