CN103581838B - 一种Ad Hoc网络信息共享方法 - Google Patents

Abstract

一种Ad？Hoc网络信息共享方法，包括步骤：在进网之前，为每个节点配置唯一的标示ID、相同的定向天线和相同的全向天线；将网络中的所有节点划分为多个通信小组；每个节点需要存储其全向天线可达的邻居节点信息和定向天线可达的邻居节点信息；网络中的节点将带转发的数据包插入缓存队列中；根据通信数据包目的节点和转发节点是否在同一小组内，将转发的方式分为用全向天线广播发送和用定向天线多播发送；从缓存队列中继续提取数据包进行处理。本发明在网络分组策略的基础上，保证数据包转发质量的同时，充分利用了定向天线和全向天线各自的优势，极大得提高了网络中信息共享的效率，减少了节点间共享数据所需的时间。

Description

一种Ad Hoc网络信息共享方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体是一种基于定向天线和全向天线的AdHoc(自组织对等式多跳移动通信网络)网络中节点间的信息共享方法。

背景技术

网络中的信息共享是指网络中的部分节点对特定的通信内容有共享的需求，需要通过在一定范围内广播或者多播转发信号实现。这种通信需求属于一点对多点的通信，在目前的有线和无线网络中都广泛存在。

AdHoc网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成，AdHoc网络最初应用于军事领域，由于无线通信和终端技术的不断发展，AdHoc网络在民用环境下也得到了发展。在AdHoc网络中，每个主机的通信范围有限，因此路由一般都由多跳组成，数据通过多个主机的转发才能到达目的地。故AdHoc网络也被称为多跳无线网络。

定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。定向天线可以进一步利用空间资源，增加网络的频率利用率，提高无线通信网络的容量，还可以带来如远距离通信，被探测概率低等诸多其它好处。不足之处在于其广播特性较差，使用定向天线广播消息需要控制天线旋转一周方能实现。同时，全向天线在水平方向上表现为360度的均匀辐射，可以很方便得实现广播，但是通信距离较短，容易产生冲突，通信效率不高。

现有的路由协议可以分为基于单播的路由、基于广播的路由、基于树的路由和基于转发组的路由，其中基于转发组的路由在通信效率上表现最优。其中的路由策略包括：洪泛策略、转发策略、历史预测策略、摆渡节点辅助策略、编码策略以及概率策略等。在这些路由策略中，相比较于转发策略，洪泛策略具有算法复杂度低、路由更新成本低以及更适合于广播和多播通信需求等优点；摆渡节点辅助策略更是增加了网络的通信成本，而且过分依赖摆渡节点将会降低网络中通信的安全性；编码策略对网络中的硬件支持要求较高，应用场景有限。在基于定向天线的无线网络中，大多数的研究成果都采用单播路由协议，可以很好的优化网络中的点对点传输效率。然而这种协议却不能保证网络中的一点对多点传输效率，网络中的信息共享效率很低。在论文“Knowledge-Basedopportunisticforwardinginvehicularwirelessadhocnetworks”中，作者提出基于洪泛的路由协议和基于历史的路由协议，但是该协议没有使用定向天线，网络传输效率低。针对基于定向天线的无线网络中的信息共享问题，现有的研究成果还不能满足大规模数据传输的需求，极大的限制了网络的发展。

发明内容

本发明针对现有信息共享方法存在的上述不足，对基于定向天线的无线网络中的信息共享问题，提供一种AdHoc网络信息共享方法，改善邻居节点间信息共享的效率。通过网络中的分组策略，全向天线和定向天线的结合使用机制，充分利用了定向天线和全向天线各自的优势，克服了网络中单播速度慢及广播效率低的问题，在保证节点通信质量的同时，极大地提高了网络中节点间信息共享的效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种高效的信息共享方法，包括两个部分：网络中的分组策略以及单播和多播混合的转发策略。分组策略是通过利用网络中的历史通信信息，综合考虑节点地理位置信息和节点间通信量的分组策略来优化网络的分组情况，目的是把通信需求相似且地理位置分布相对集中的节点划分在同一组内。转发策略是在同一组内用全向天线实现广播，不同组之间用定向天线实现多播的混合路由转发策略。具体包括如下步骤：

第一步，对网络中的每个节点分配唯一的标识编号；

第二步，对每个节点配备相同的全向天线和定向天线，并将定向天线的方向依次编号，每个定向天线的同一方向编号相同；

第三步，每个节点都存储其定向天线可达的邻居节点（定向一跳邻居节点）和全向天线可达的邻居节点（全向一跳邻居节点）的信息；

第四步，根据节点的地理位置信息和历史通信信息对网络中的节点进行分组，使得网络中地理位置相近且通信需求相似的节点划分在同一个组内；

第五步，在通信的过程中，周期性的动态更新网络分组的情况，,同时每个节点需要更新自己的组内成员节点信息和组外邻居节点信息，把需要转发的数据包插入缓存队列中；

第六步，在基于已经完成网络分组的情况下，对于网络中数据包的传输请求，采用混合路由策略。

混合路由策略是指，首先判断待转发数据包的目的节点与转发节点是否在同一分组内。如果不在同一分组内，则其次判断节点是否存在邻居节点与目的节点在同一组内，如果满足，则转发给满足这一条件的邻居节点，否则使用定向天线分别发送数据包给没有转发过该数据包的邻居；如果在同一分组内，则其次判断是否收到过所有全向一跳邻居节点转发的该数据包，如果满足，则停止转发，否则使用全向天线广播发送该数据包。

第七步，完成数据包的转发后从缓存队列中提取数据包，若缓存队列为空，结束。否则回到第五步。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于以下几点：

1、提高了网络中的信息共享效率；

2、提出了一种混合路由策略，充分发挥了定向天线和全向天线各自的优势；

3、提出了一种合理高效的网络分组策略；

4、适用于各种AdHoc网络规模的场景，具有广泛的应用。

附图说明

图1.本发明提供的网络分组策略流程图。

图2.本发明提供的路由转发策略流程图。

图3.本发明提供的网络分组策略示意图。

图4.本发明提供的路由转发事例。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施事例包括以下步骤：

第一步，对网络中的每个节点分配唯一的标识编号k，假设所有节点已知总的节点个数Ｎ，N_k为节点k的所有全向一跳邻居（全向天线可达的邻居节点）个数；

第二步，对每个节点配备相同的定向天线和相同的全向天线，并将定向天线的方向依次编号，每个定向天线的同一方向编号相同；

第三步，每个节点都存储其定向天线可达的邻居节点（定向一跳邻居节点）和全向天线可达的邻居节点（全向一跳邻居节点）的信息；

第四步，依据网络中节点自身和邻居节点的历史通信信息和地理位置信息，对网络中的所有节点进行分组；

设网络中的节点有i个相邻分组，每个分组中该节点的邻居节点个数分别设为n1,n2,..ni，则有n1+n2+…+ni=N_k。

在通信之初，每个节点都为一个独立小组，计算节点与每一个相邻分组的j的地理位置相关度选择最优的k使得则节点加入分组k，若存在多个分组的概率相等的情况，则随机选择一个分组。

第五步，在通信的过程中，周期性的动态更新网络分组的情况，同时每个节点需要更新自己的组内成员节点信息和组外邻居节点信息把需要转发的数据包插入缓存队列中，如图1所示，具体的通信量计算方式如下；

在通信的过程中，网络中的节点处于随机移动的状态，节点的位置移动会改变节点间的地理位置相关度。设节点的分组更新周期为T，则T时间后，节点会根据新的网络拓扑划分分组情况。随着通信过程的延伸，每个节点k记录下与其每个全向一跳邻居节点j的通信需求相似度m_k,j，设节点k在T时间内所有收到的数据包的个数为a，节点k的全向一跳邻居节点j在T时间内收到的数据包的个数为b，节点k和节点j收到的相同的数据包的个数为c，则节点k和节点j在T时间内的通信需求相似度则节点k与其相邻分组j的通信需求相关度其中t为相邻分组j中的全向一跳邻居节点，n为所有一跳邻居节点。此时，在分组更新的过程中，需要考虑两个方面的因素，计算G_j=αC_j+(1-α)P_j，(j=1,2…i)(0<α<1)，选择出分组k使得G_k最大，同时设置阈值λ，如果G_k<λ，则节点单独成组，否则节点加入分组k。如图3所示，给出了一个小型网络下的分组情况变化。如图中(a)所示，网络中的9个节点在初始入网时，按照地理位置相关度被划为三个小组，随着通信过程的延伸，节点3的地理位置发生了变化如(b)中所示，当到达分组更新的周期之后，节点分别统计出与邻居节点的通信需求相似度，如(c)中连线上的数字所示，最后，根据节点间的通信需求相似度和地理位置相似度，节点之间的分组发生了变化，如(c)中所示，网络中的节点被划分成了四个小组。

第六步，对完成分组后的网络，如图2所示，从缓存队列中提取数据包转发，根据目的节点的分组情况，采用不同的转发方法。如果目的节点与自己同组且没有收到所有其他邻居转发的该数据包，则使用全向天线广播发送该数据包，否则判断自身是否存在邻居节点与目的节点同组，如果存在则使用定向天线转发该数据包给对应的邻居节点，如果不存在则使用定向天线分别发送数据包给没有转发过该数据包的邻居。转发之后从缓存队列中移除该数据包。如图4所示给出了若干个节点间的数据包转发情况，在不同的情况下节点分别使用定向天线单播或者全向天线广播转发数据包，最终把数据包从节点S转发给节点D1，D2，D3。

第七步，完成数据包的转发后从缓存队列中提取数据包，若缓存队列为空，结束。否则回到第五步。

Claims (2)

1.一种AdHoc网络信息共享方法,其特征在于，包括以下步骤：

第一步，对AdHoc网络中的每个节点分配唯一的标识编号；

第二步，对每个节点配备相同的定向天线和相同的全向天线，并根据定向天线的方向依次编号，不同节点的定向天线在同一方向的编号相同；

第三步，每个节点都存储其定向天线可达的邻居节点的地理位置信息和全向天线可达的邻居节点的地理位置信息；

第四步，根据节点自身和邻居节点的地理位置信息以及在通信过程中记录的通信信息对网络中的节点进行分组划分，具体如下：

设网络中的节点有i个相邻分组，每个分组中该节点的邻居节点个数分别设为n1,n2,..ni，则有n1+n2+…+ni＝N_k；

在通信之初，每个节点都为一个独立小组，计算节点与每一个相邻分组的j的地理位置相关度选择最优的k使得P_k＝maxP_j(j＝1,2,…i)则节点加入分组k，若存在多个分组的概率相等的情况，则随机选择一个分组；

第五步，在通信的过程中，周期性的动态更新网络分组的情况，同时每个节点需要更新自己的组内成员节点信息和组外邻居节点信息，把需要转发的数据包插入缓存队列中；

在通信的过程中，设节点的分组更新周期为T，则T时间后，节点会根据新的网络拓扑划分分组情况；随着通信过程的延伸，每个节点k记录下与其每个全向一跳邻居节点j的通信需求相似度m_k,j，设节点k在T时间内所有收到的数据包的个数为a，节点k的全向一跳邻居节点j在T时间内收到的数据包的个数为b，节点k和节点j收到的相同的数据包的个数为c，则节点k和节点j在T时间内的通信需求相似度则节点k与其相邻分组j的通信需求相关度其中t为相邻分组j中的全向一跳邻居节点，n为所有一跳邻居节点；

计算G_j＝αC_j+(1-α)P_j，(j＝1,2…i)(0<α<1)，选择出分组k使得G_k最大，同时设置阈值λ，如果G_k<λ，则节点单独成组，否则节点加入分组k；

第六步，在路由转发的过程中，根据数据包目的节点及转发节点的分组情况，分别采用全向天线广播和定向天线多播的转发策略；

第七步，完成数据包的转发后从缓存队列中提取数据包，若缓存队列为空，结束；否则返回第五步。

2.根据权利要求1所述的AdHoc网络信息共享方法，其特征在于，所述第六步根据目的节点的分组情况，采用不同的转发方法，具体如下：

当目的节点与本节点同组且没有收到所有其他邻居转发的该数据包，则用全向天线广播发送该数据；否则判断自身是否存在邻居节点与目的节点同组，如果存在则用定向天线转发该数据包给对应的邻居节点，如果不存在则用定向天线分别发送数据包给没有转发过该数据包的邻居；

转发之后从缓存队列中移除该数据包。