CN103686611A - 一种基于定向天线的新型邻居发现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于定向天线的新型邻居发现方法。邻居发现方法包括以下步骤：节点进行二进制编号，对天线扫描方向进行编号，节点根据本节点的二进制编号确定收发模式，并根据收发模式确定扫描序列，节点依照扫描序列在邻居发现阶段进行扫描，一对收发节点若成功完成握手协议，则表示邻居发现成功。它解决的是定向天线条件下无中心组网的邻居发现问题，有利于发挥定向天线抗干扰和空间复用率高的优势，以及无中心组网自由进入和退出网络的灵活特性，拥有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本专利公开了一种基于定向天线的邻居发现方法，适用于定向天线条件下的无中心自组织网络。
背景技术
对于定向天线应用于无线自组织网中，虽然可以提高网络的整体性能，但也会带来一系列问题，如隐藏终端与暴露终端问题、聋节点的产生、有效的邻居发现问题等。这对于定向天线的无线网络协议设计，尤其是其中的邻居发现方法设计，是富有挑战性的。
发明内容
本发明专利所要解决的问题是提供一种适用于定向天线条件下无中心组网的邻居发现方法。
一种基于定向天线的新型邻居发现方法，是基于定向天线与无中心自组织网络组成的系统来实现的，包含以下步骤：
（1）对无中心自组织网络中的每个节点进行二进制编号；
（2）节点根据定向天线的波瓣主瓣角大小得到定向天线的波束个数，确定定向天线的扫描方向数N，N为大于1的自然数，得到定向天线的扫描方向编号，定向天线转过所有的扫描方向即为一个扫描周期；
（3）节点根据二进制编号确定节点的收发状态，节点包括接收节点和发送节点；
（4）接收节点和发送节点根据扫描方向编号生成扫描序列；
（5）发送节点根据扫描序列在一个扫描方向发射信号，接收节点根据扫描序列在一个扫描方向接收信号；
（6）若接收节点和发送节点三次握手成功，即发现邻居，若扫描周期结束，则转到步骤（3），否则等待进行下一个扫描方向的扫描，转到步骤（5）。
其中，步骤（3）中所述的节点根据二进制编号确定节点的收发状态具体包括以下步骤：
（301）在邻居发现扫描周期的初始时刻判定节点是否需要进入静默状态，节点在静默状态既不发送信号也不接收信号，所述的静默状态判断条件为：节点生成范围在0到U的随机整数，U为大于1的自然数，根据需要的概率设定阈值u，当生成的随机数小于u时，节点进入静默状态，否则不进入静默状态，并转到步骤（302）；
（302）节点获得定向天线的扫描周期数r，r为大于0的自然数；
（303）节点根据节点二进制编号的第r位，确定节点的收发状态。
其中，步骤（4）中所述的发送节点扫描序列均相同，接收节点扫描序列均相同，且均以相同步长递增或递减；若定向天线扫描方向数N为偶数，则发送节点和接收节点的扫描序列的第一位相差N/2；若天线扫描方向数N为奇数，则发送节点和接收节点的扫描序列的第一位相差(N-1)/2或(N+1)/2。
本发明专利相比背景技术具有如下优点：
1.本发明专利中采用的定向天线主瓣辐射增益较大，在相同辐射功率的情况下，它能覆盖更远的终端，可以减少自组织网中数据转发的跳数，增强自组织网的连通性，提高系统容量。
2.本发明专利中采用的定向天线存在低增益副瓣和零陷，能避免接收不必要的干扰，允许更多的无线设备同时工作，增加空间复用能力，提高网络容量。
3.本发明专利中采用的无中心自组网方式，使节点可以自由进入和退出网络，增强了网络的灵活性。
4.本发明专利中节点以随机概率进入静默状态，解决了发送节点的同一发送波束中存在多个接收节点或接收节点的同一接收波束中存在多个发送节点情况下所产生的碰撞问题，保证了邻居的有效发现，提高邻居发现效率。
附图说明
图1是本发明的工作流程图；
图2是三次握手协议示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明是基于定向天线与无中心自组织网络组成的系统来实现的，具体包括以下步骤：
（1）对无中心自组织网络中的每个节点进行二进制编号；
编号采用二进制编号形式，若节点个数为m个，则取最小位数s，使得2s≥m；若节点的二进制编号位数不满s位，则将高位补零，使位数等于s。
（2）节点根据定向天线的波瓣主瓣角大小得到定向天线的波束个数，确定定向天线的扫描方向数N，N为大于1的自然数，得到定向天线的扫描方向编号，定向天线转过所有的扫描方向即为一个扫描周期；
设定某扇区方向（如正北方向）为1号扇区方向，顺时针旋转依次为各扇区方向编号1,2,3…N。
明确天线的扫描方向数，节点依次给天线方向编号，并据此生成扫描序列，发送节点扫描序列均相同，接收节点扫描序列均相同，且均以相同步长递增或递减。若天线扫描的方向数N为偶数，则发送节点和接收节点的扫描序列的第一位相差N/2；若天线扫描方向数N为奇数，则第一位相差(N-1)/2或(N+1)/2。
（3）节点根据二进制编号确定节点的收发状态，节点包括接收节点和发送节点；
其中，节点根据二进制编号确定节点的收发状态具体包括以下步骤：
（301）在邻居发现扫描周期的初始时刻判定节点是否需要进入静默状态，节点在静默状态既不发送信号也不接收信号，所述的静默状态判断条件为：节点生成范围在0到U的随机整数，U为大于1的自然数，根据需要的概率设定阈值u，当生成的随机数小于u时，节点进入静默状态，否则不进入静默状态，并转到步骤（302）；
（302）节点获得扫描周期数r，r为大于0的自然数；
（303）节点根据节点二进制编号的第r位，确定节点的收发状态，0表示接收状态，1表示发送状态；
在邻居发现扫描周期的初始时刻，若节点处于发送状态，则按扫描序列指定的扇区方向定向发送广播帧；若节点处于接收状态，则定向等待接收；节点本次选择的收发模式只在本次邻居发现扫描周期有效，在下一邻居扫描周期的初始时刻，节点重新按照上述步骤确定收发状态。
（4）接收节点和发送节点根据扫描方向编号生成扫描序列；
扫描序列表示的是天线扫描各扇区方向的先后顺序。
（5）接收节点根据扫描序列在一个扫描方向接收信号，发送节点根据扫描序列在一个扫描方向发射信号；
（6）若接收节点和发送节点三次握手成功，即发现邻居，若扫描周期结束，则转到步骤（3），否则等待进行下一个扫描方向的扫描，转到步骤（5）。
参考图2，本发明采用三次握手的握手协议，首先发送节点a定向发送广播帧Ma,1将自身的节点信息广播至潜在邻居。若节点b没有接收到Ma,1信息，则放弃与节点a握手；如果节点b成功接收到Ma,1，它就知道了节点a的存在，识别到节点a为可能邻居后，节点b向节点a定向发送Mb,1，用于预约确立下一交互时隙（预约时隙）。若节点a没有接收到信息Mb,1，则放弃与节点b握手；如果节点a成功接收到Mb,1，则返回确认信息，确认预约好预约时隙。
Claims (3)
1.一种基于定向天线的新型邻居发现方法，是基于定向天线与无中心自组织网络组成的系统来实现的，其特征在于，包含以下步骤：
（1）对无中心自组织网络中的每个节点进行二进制编号；
（2）节点根据定向天线的波瓣主瓣角大小得到定向天线的波束个数，确定定向天线的扫描方向数N，N为大于1的自然数，得到定向天线的扫描方向编号，定向天线转过所有的扫描方向即为一个扫描周期；
（3）节点根据二进制编号确定节点的收发状态，节点包括接收节点和发送节点；
（4）接收节点和发送节点根据扫描方向编号生成扫描序列；
（5）发送节点根据扫描序列在一个扫描方向发射信号，接收节点根据扫描序列在一个扫描方向接收信号；
（6）若接收节点和发送节点三次握手成功，即发现邻居，若扫描周期结束，则转到步骤（3），否则等待进行下一个扫描方向的扫描，转到步骤（5）。
2.根据权利要求1所述的一种基于定向天线的新型邻居发现方法，其特征在于：步骤（3）中所述的节点根据二进制编号确定节点的收发状态具体包括以下步骤：
（301）在邻居发现扫描周期的初始时刻判定节点是否需要进入静默状态，节点在静默状态既不发送信号也不接收信号，所述的静默状态判断条件为：节点生成范围在0到U的随机整数，U为大于1的自然数，根据需要的概率设定阈值u，当生成的随机数小于u时，节点进入静默状态，否则不进入静默状态，并转到步骤（302）；
（302）节点获得定向天线的扫描周期数r，r为大于0的自然数；
（303）节点根据节点二进制编号的第r位，确定节点的收发状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于定向天线的新型邻居发现方法，其特征在于：步骤（4）中所述的发送节点扫描序列均相同，接收节点扫描序列均相同，且均以相同步长递增或递减；若定向天线扫描方向数N为偶数，则发送节点和接收节点的扫描序列的第一位相差N/2；若天线扫描方向数N为奇数，则发送节点和接收节点的扫描序列的第一位相差(N-1)/2或(N+1)/2。
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