基于純定向天線的鄰節(jié)點(diǎn)快速發(fā)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步設(shè)及無(wú)線通信領(lǐng)域中的一種基于純定向天線 的鄰節(jié)點(diǎn)快速發(fā)現(xiàn)方法。該方法實(shí)現(xiàn)無(wú)線自組織通信網(wǎng)絡(luò)中鄰節(jié)點(diǎn)的快速發(fā)現(xiàn)和沖突避 免，可W作為純定向天線通信協(xié)議一個(gè)重要組成部分。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用定向天線進(jìn)行信息傳輸比普通全向天線具有傳輸距離更遠(yuǎn)，速率更高，安全 性更高和實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用的優(yōu)勢(shì)。目前，利用定向天線進(jìn)行信息傳輸?shù)姆绞酱笾路譃閮煞N：帶 全向天線或信道輔助的定向傳輸和定向接收定向發(fā)送的純定向傳輸。帶有全向天線或信道 輔助的定向傳輸可W簡(jiǎn)單高效地實(shí)現(xiàn)鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)信息傳輸，但是天線設(shè)備的構(gòu)造復(fù)雜不利 于移動(dòng)攜帶；純定向傳輸方式天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是發(fā)現(xiàn)機(jī)制和傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜。
[0003] ZhenshengZhang在論文"PureDirectionalTransmissionandReception AlgorithmsinWirelessAdHocNetworkswithDirectionalAntennas"(Published in:Communications, 2005.ICC2005.2005IEEEinternationalConference on, 0-7803-8938-7)中提出了一種只利用定向天線進(jìn)行接收和發(fā)送信息的鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)方 法。該方法對(duì)天線節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制求值，再根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)補(bǔ)齊二進(jìn)制序 列的長(zhǎng)度，將該二進(jìn)制序列作為天線掃描模式序列進(jìn)行鄰節(jié)點(diǎn)掃描，在一個(gè)定向天線的扇 區(qū)內(nèi)進(jìn)行=步握手交互，完成了純定向鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，但是該方法存在的不足之處是，=步握 手交互在定向天線的一個(gè)扇區(qū)內(nèi)完成，對(duì)天線配置要求較高，模式切換速度慢的定向天線 并不適用，沒有給節(jié)點(diǎn)分配更合理的掃描序列，其掃描序列會(huì)使部分節(jié)點(diǎn)在掃描周期內(nèi)接 收或發(fā)送的機(jī)會(huì)很小，并且沒有解決信號(hào)沖突的方法，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)會(huì)產(chǎn)生較 大的發(fā)送時(shí)延。
[0004] 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所在其申請(qǐng)的專利"一種基于定向天線的新 型鄰居發(fā)現(xiàn)方法"（專利申請(qǐng)?zhí)?；CN201310695670. 5,公開號(hào)；CN103686611A)中提出了一種 加入隨機(jī)靜默機(jī)制的純定向鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)方法。該方法在采用二進(jìn)制掃描序列的基礎(chǔ)上加入 了隨機(jī)靜默機(jī)制達(dá)到避免信號(hào)沖突的目的，靜默狀態(tài)為既不發(fā)送也不接收的狀態(tài)，天線節(jié) 點(diǎn)在掃描周期的初始時(shí)刻生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，該隨機(jī)數(shù)與相應(yīng)的闊值進(jìn)行比較，如果該隨機(jī) 數(shù)小于闊值就進(jìn)入靜默狀態(tài)，否則進(jìn)入掃描狀態(tài)，該方法可W避免部分信號(hào)沖突。但是，該 方法仍然存在的不足之處是，沒有對(duì)信號(hào)沖突進(jìn)行判斷，不能準(zhǔn)確地避免信號(hào)沖突，并且會(huì) 使沒有沖突的天線節(jié)點(diǎn)進(jìn)入靜默狀態(tài)導(dǎo)致不能發(fā)現(xiàn)全部的鄰節(jié)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于純定向天線的鄰節(jié) 點(diǎn)快速發(fā)現(xiàn)方法。本發(fā)明改進(jìn)了二進(jìn)制掃描序列的選取；加入了信號(hào)沖突現(xiàn)象的判斷和有 效的避免機(jī)制；改進(jìn)了=步握手機(jī)制，降低了對(duì)定向天線模式切換速度的要求。
[0006] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的思路是：選取等漢明距離的二進(jìn)制編碼作為掃描序列，通 過(guò)判斷接收信號(hào)的強(qiáng)度判讀是否發(fā)生沖突，引進(jìn)抑制發(fā)送模式避免信號(hào)沖突，在一次信息 交互過(guò)程中只進(jìn)行單向的接收或者發(fā)送信息，從而在至少=個(gè)掃描中期內(nèi)完成=步握手。
[0007] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下：
[000引 （1)選取自組織網(wǎng)絡(luò)中的掃描序列：
[0009] (la)按照下式，確定自組織網(wǎng)絡(luò)中的掃描序列的長(zhǎng)度：
[0010] 攻」含L
[0011] 其中，表示在所有長(zhǎng)度為N的二進(jìn)制編碼中漢明重量是Lf」的二進(jìn)制編碼的 個(gè)數(shù)，C表示進(jìn)行組合數(shù)操作，N表示自組織網(wǎng)絡(luò)中的掃描序列的長(zhǎng)度，L，」表示向下取整操 作，L表示自組織網(wǎng)絡(luò)中定向天線節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)的最大值；
[001引 仙）從所有長(zhǎng)度為N的二進(jìn)制編碼中選出漢明重量是Lf」的二進(jìn)制編碼，N表示 自組織網(wǎng)絡(luò)中的掃描序列的長(zhǎng)度，L，」表示向下取整操作；
[0013] (Ic)將選出的二進(jìn)制編碼按數(shù)值大小排序；
[0014] (2)分配掃描序列：
[0015] 將已排序的二進(jìn)制編碼，按照排序號(hào)等于自組織網(wǎng)絡(luò)中定向天線節(jié)點(diǎn)ID號(hào)的規(guī) 貝1J，分配給自組織網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)定向天線節(jié)點(diǎn)，每個(gè)定向天線節(jié)點(diǎn)將分配到的二進(jìn)制編碼作 為自身的掃描序列；
[0016] (3)確定定向天線節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)：
[0017]自組織網(wǎng)絡(luò)中的定向天線節(jié)點(diǎn)，按順序取出該定向天線節(jié)點(diǎn)的掃描序列中的一位 值，根據(jù)該值確定一次掃描周期內(nèi)的天線狀態(tài)，天線狀態(tài)包括接收狀態(tài)和發(fā)送狀態(tài)；
[001引 （4)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)；
[0019] 判斷定向天線節(jié)點(diǎn)是處于接收狀態(tài)還是發(fā)送狀態(tài)，如果是處于接收狀態(tài)，執(zhí)行定 向天線節(jié)點(diǎn)接收信息的步驟（17);如果是處于發(fā)送狀態(tài)，執(zhí)行定向天線節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息的步 驟巧）；
[0020] (5)讀取定向天線節(jié)點(diǎn)扇區(qū)的命令記錄；
[0021] 處于發(fā)送狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)按順序進(jìn)入該定向天線節(jié)點(diǎn)的一個(gè)扇區(qū)，讀取該扇 區(qū)的命令記錄；
[002引 做判斷定向天線節(jié)點(diǎn)扇區(qū)的命令是否存化如果存化則執(zhí)行步驟巧），否則，執(zhí) 行步驟（7);
[002引 （7)處于發(fā)送狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)在步驟做所判斷的扇區(qū)發(fā)送問候信息 肥化0 ;
[0024] (8)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)扇區(qū)的命令是否為執(zhí)行發(fā)送抑制操作，如果是，則執(zhí)行步驟 巧），否則，執(zhí)行步驟（10);
[0025] (9)處于發(fā)送狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)在步驟（8)進(jìn)行判斷的扇區(qū)執(zhí)行發(fā)送抑制操 作；
[0026] (10)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)扇區(qū)的命令是否為發(fā)送報(bào)告沖突信息RE化on,如果是，則 執(zhí)行步驟（11)，否則，執(zhí)行步驟（。）；
[0027] (11)處于發(fā)送狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)在步驟（10)所判斷的扇區(qū)發(fā)送報(bào)告沖突信息 肥化on;
[002引 （12)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)扇區(qū)的命令是否為發(fā)送第一次回復(fù)信息RE化ckl，如果 是，則執(zhí)行步驟（13)，否則，執(zhí)行步驟（14);
[0029] (13)處于發(fā)送狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)在步驟（12)所判斷的扇區(qū)發(fā)送第一次回復(fù)信 息RE化ckl;
[0030] (14)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)扇區(qū)的命令是否為發(fā)送第二次回復(fù)信息RE化ck2,如果 是，則執(zhí)行步驟（15)，否則，執(zhí)行步驟（16);
[0031] (15)處于發(fā)送狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)在步驟（14)所判斷的扇區(qū)發(fā)送第二次回復(fù)信 息RE化ck2 ;
[0032] (16)判斷處于接收狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)的發(fā)送信息扇區(qū)是否為終止扇區(qū)，如果 是，則執(zhí)行步驟（29)，否則，執(zhí)行步驟巧）；
[0033] (17)定向天線節(jié)點(diǎn)接收信息；
[0034] 處于接收狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)按順序進(jìn)入該定向天線節(jié)點(diǎn)的一個(gè)扇區(qū)接收信 息；
[003引 （18)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)接收的信息是否產(chǎn)生沖突，如果是，則執(zhí)行步驟（19)，否 貝1J，執(zhí)行步驟（20);
[0036] (19)處于接收狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)記錄步驟（18)所判斷的扇區(qū)發(fā)送報(bào)告沖突信 息RE化on的命令；
[0037] (20)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)接收的信息是否為報(bào)告沖突信息RE化on,如果是，則執(zhí)行 步驟（21)，否則，執(zhí)行步驟（22);
[003引 （21)處于接收狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)記錄步驟（20)所判斷的扇區(qū)進(jìn)入執(zhí)行發(fā)送抑 制操作；
[0039] (22)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)接收的信息是否為問候信息肥化0,如果是，則執(zhí)行步驟 (23)，否則，執(zhí)行步驟（24);
[0040] (23)第一次握手成功，處于接收狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)記錄步驟（22)所判斷的扇 區(qū)發(fā)送第一次回復(fù)信息RE化ckl的命令；
[004U (24)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)接收的信息是否為第一次回復(fù)信息RE化ckl，如果是，貝U 執(zhí)行步驟（25)，否則，執(zhí)行步驟（26);
[0042] (25)第二次握手成功，處于接收狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)記錄步驟（24)所判斷的扇 區(qū)發(fā)送第二次回復(fù)信息RE化ck2的命令；
[004引 （26)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)接收的信息是否為第二次回復(fù)信息RE化ck2,如果是，貝U執(zhí)行步驟（27)，否則，執(zhí)行步驟（28);
[0044] (27)S次握手成功，處于發(fā)送狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)一個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)；
[0045] (28)判斷處于接收狀態(tài)的定向天線節(jié)點(diǎn)的接收信息扇區(qū)是否為終止扇區(qū)，如果 是，則執(zhí)行步驟（29)，否則，執(zhí)行步驟（17);
[0046] (29)判斷定向天線節(jié)點(diǎn)的掃描序列是否按照步驟（3)中所述的順序讀取完最后 一位數(shù)值，如果是，則執(zhí)行步驟（30)，否則，執(zhí)行步驟（3);
[0047] (30)掃描結(jié)束。
[0048] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0049] 第