CN104703247B - 一种基于多微时隙的网络邻居发现方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，本发明公开了一种基于多微时隙的网络邻居发现方法，其具体包括以下的步骤：步骤一、将时间划分为连续的、周期性重复的TDMA帧；步骤二、给入网节点分配节点编号，并对该节点编号进行编码；基于节点的编码，判断该节点在本轮天线扫描周期内是主动探测模式还是被动侦听模式；主动探测模式进入步骤三，被动侦听模式进入步骤四；步骤三、处于主动探测模式节点的邻居发现；步骤四、处于被动侦听模式节点的邻居发现。本发明可以达到多个节点在时间上相互错开发送的目的，可有效减少邻居发现过程中多个节点同时向某一个节点发送消息所引发的数据碰撞冲突，并显著提高节点邻居发现的成功概率和缩短网络组网时间。

Description

一种基于多微时隙的网络邻居发现方法和系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于多微时隙的网络邻居发现方法和系统。

背景技术

定向天线利用数字信号处理技术产生空间定向波束，将发射信号能量集中在某一个或者某些特定的方向上进行辐射，而不会干扰到其他方向上节点收发信号，并通过增加信号传输速率和传输距离，来提高无线网络的空间复用率和网络的整体性能。但定向天线相比于全向天线而言，也存在一些技术上的难点，如收发均采用定向天线的节点间能进行有效通信的条件变得更为苛刻：只有当两个节点的定向波束相互对准且收发模式相反时，才能正常通信。另一方面，邻居节点发现作为Ad Hoc网络组网的基础和前提，对网络层的路由选择算法、网络拓扑控制和MAC层的动态时隙分配等都起着不可或缺的作用，是MAC层相关协议设计应首先考虑和解决的问题。在基于定向天线通信的网络中，由于定向通信波束窄使得邻居节点发现变得更加复杂，尤其是当网络中的节点在没有其周围邻居节点的任何先验信息时，如何快速发现其1跳范围内所有邻居节点并建立起通信连接仍是一个十分棘手和复杂的问题。

目前，国内外对Ad Hoc网络组网的研究还主要集中在采用全向天线进行收发，或者采用全向天线和定向天线相结合的方式，如利用全向发送定向接收或定向发送全向接收，这些邻居发现算法在邻居发现过程的某一阶段都不可避免地采用了全向天线，但由于全向天线通信距离较小，网络自干扰严重且抵抗外部干扰的能力较差，致使网络组网阶段存在着定向和全向天线增益不匹配、组网时间不确定、邻居发现的时延性较差等问题，未能充分利用定向天线通信的全部潜在优势，极大影响了网络性能的改善程度。

在现有专利“一种基于定向天线的Ad Hoc网络异步邻居节点扫描方法”中，作者提出了一种完全基于定向天线的异步系统邻居发现算法，该算法充分利用了定向波束传输的优势，但在密集网络中其邻居发现过程存在严重的消息碰撞冲突，发现所有邻居节点耗时长，同时存在覆盖范围内孤立节点始终无法入网的可能，因而该专利无法适用于高密集、高速移动和网络拓扑动态变化的场景。

发明内容

针对现有技术中在高密集、高速移动和网络拓扑动态变化的场景下，没有一种邻居节点的快速发现方法，本发明公开了一种基于多微时隙的网络邻居发现方法。本发明还公开了一种基于多微时隙的网络邻居发现系统。

本发明公开了一种基于多微时隙的网络邻居发现方法，其具体包括以下的步骤：

步骤一、将时间划分为连续的、周期性重复的TDMA帧，每帧由邻居发现子帧和业务数据传输子帧组成；所述业务数据传输子帧包含M个数据时隙；所述邻居发现子帧包含探测、响应和确认3个阶段，每个阶段由K个持续时间更短的微时隙构成；其中每个时隙的时间长度为T，每个微时隙的时间长度为T/K；

步骤二、给入网节点分配节点编号，并对该节点编号进行编码；基于节点的编码，判断该节点在本轮天线扫描周期内是主动探测模式还是被动侦听模式；主动探测模式进入步骤三，被动侦听模式进入步骤四；

步骤三、处于主动探测模式节点的邻居发现过程如下：在探测阶段开始时，从K个探测微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居探测消息；响应阶段，在所有响应微时隙内定向接收邻居节点发送的响应消息；确认阶段，在与探测阶段所选择相同编号的微时隙内，定向发送确认消息；

步骤四、处于被动侦听模式节点的邻居发现过程如下：探测阶段在所有探测微时隙内定向接收邻居节点发送的探测消息数据；响应阶段开始时，从K个响应微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居响应消息；确认阶段，在所有确认微时隙内定向接收邻居节点发送的确认消息。

更进一步地，上述从K个微时隙中选取1个微时隙时采用等概率随机选取的方式。

更进一步地，上述方法还包括步骤五、节点在每一个TDMA帧中周期性依次执行步骤二、步骤三、步骤四，每一帧扫描一个波束方向，每个节点按照相同的波束方向顺序依次扫描。

更进一步地，上述节点发送/接收的探测、响应和确认数据消息中，除包含本节点的编号和地理位置坐标外，还包括本节点未被分配的可用数据传输时隙集合。

更进一步地，上述步骤二中基于节点的编码判断该节点在本轮天线扫描周期内是主动探测模式还是被动侦听模式具体包括以下的步骤：

步骤S201：初始化节点参数N和j，N为网络中总节点数，为节点在网络内的唯一编号；

步骤S202：对节点的编号j以二进制形式编码；

步骤S203：如果节点j的二进制编码位数等于，转步骤S205，否则转步骤S204；

步骤S204：在二进制编码左边添0补位，直到位为止；

步骤S205：第i轮天线扫描周期内，如果节点j的二进制编码的第i位为0，转至步骤S206，否则转至步骤S207(当i大于，则进行取模运算，并判断二进制编码的第(i%)位，若为0转至步骤S206，否则转至步骤S207)；

步骤S206：该轮扫描周期内设置天线为被动侦听模式，转至步骤S208；

步骤S207：该轮扫描周期内设置天线为主动探测模式；

步骤S208：结束。

更进一步地，上述主动探测模式节点的邻居发现过程具体为：

步骤S301：探测阶段开始时，利用伪随机数发生器，在[1，K]之间产生1个伪随机整数；即为节点从K个探测微时隙中等概率随机选取、用于发送邻居探测消息的微时隙号；

步骤S302：在第个探测微时隙内，定向发送其邻居探测消息；

步骤S303：响应阶段，节点在所有响应微时隙内定向接收邻居节点发送的响应消息；

步骤S304：确认阶段，节点在第个确认微时隙，针对响应阶段收到的响应消息，定向发送其邻居确认消息；

步骤S305：邻居发现过程结束。

更进一步地，上述被动侦听模式节点的邻居发现过程具体为:

步骤S401：探测阶段，节点在所有探测微时隙内定向接收邻居节点发送的探测消息数据；

步骤S402：响应阶段开始时，节点利用伪随机数发生器，在[1，K]之间产生1个伪随机整数；即为节点从K个响应微时隙中等概率随机选取、用于发送响应消息的微时隙号；

步骤S403：在第个响应微时隙内，根据探测阶段接收的探测消息，定向发送其邻居响应消息；

步骤S404：确认阶段，节点所有确认微时隙内定向接收邻居节点发送的确认消息数据；

步骤S405：邻居发现过程结束。

本发明还公开了一种基于多微时隙的网络邻居发现系统，其具体包括时间划分单元、节点判断单元、主动探测模式节点邻居发现单元和被动侦听模式节点邻居发现单元；

所述时间划分单元用于将时间划分为连续的、周期性重复的TDMA帧，每帧由邻居发现子帧和业务数据传输子帧组成；所述业务数据传输子帧包含M个数据时隙；所述邻居发现子帧包含探测、响应和确认3个阶段，每个阶段由K个持续时间更短的微时隙构成；其中每个时隙的时间长度为T，每个微时隙的时间长度为T/K；

所述节点判断单元用于基于节点的编码，判断该节点在本轮天线扫描周期内是主动探测模式还是被动侦听模式；

所述主动探测模式节点邻居发现单元用于在探测阶段开始时，从K个探测微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居探测消息；响应阶段，在所有响应微时隙内定向接收邻居节点发送的响应消息；确认阶段，在与探测阶段所选择相同编号的微时隙内，定向发送确认消息；

所述被动侦听模式节点邻居发现单元用于探测阶段在所有探测微时隙内定向接收邻居节点发送的探测消息数据；响应阶段开始时，从K个响应微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居响应消息；确认阶段，在所有确认微时隙内定向接收邻居节点发送的确认消息。

通过采用以上的技术方案，本发明的有益效果为：本发明通过基于微时隙划分的特殊TDMA帧结构，选择确定节点占用的微时隙号，达到多个节点在时间上相互错开发送的目的，可有效减少邻居发现过程中多个节点同时向某一个节点发送消息所引发的数据碰撞冲突，并显著提高节点邻居发现的成功概率和缩短网络组网时间。

现有文献中提出的定向邻居发现方法，大多基于随机扫描，即随机选择天线收发模式、随机选择天线扫描方向图案，导致邻居发现过程存在不确定性和随机性，邻居发现的成功率较低，甚至存在孤立节点始终无法被其他节点发现的可能，从而导致组网时间较长。

本发明提出的一种基于多微时隙的网络邻居发现方法，基于确定的天线收发模式选择算法和确定的天线扫描方向图案，消除了邻居发现过程的随机性和不确定性，能确保在一定的时间上限范围内、以较大的概率成功发现所有在网邻居节点，完成组网通信功能。

“一种定向Ad hoc网络邻居发现方法”，从空间维度出发，通过调度使多个节点在不同的频率（信道）上进行发送，实现基于多信道的并行传输，从而有效避免邻居发现过程中消息碰撞冲突；而本发明，从时间维度出发，通过调度使多个节点在不同的时隙进行发送，从而有效避免邻居发现过程中的消息碰撞冲突；二者取得的有益效果是一致的，即都是通过一定的时间/空间调度方法，使多个节点可以在邻居发现阶段成功收发消息而不产生碰撞冲突，均可极大的提高邻居发现的成功概率和缩短网络组网时间；相比之下，本发明的优点和进步体现在以下：

（1）降低了系统的硬件要求和成本。之前提出的“一种定向Ad hoc网络邻居发现方法”需将信道资源划分为若干子信道，多个节点在不同的子信道上同时传输，处于接收模式的节点需要在所有子信道上同时进行接收处理，这些对系统的DSP处理速度、内存大小等都具有较高的要求，硬件成本较高，且调度算法、处理算法也比较复杂。有鉴于此，我们进一步提出了一种基于多微时隙的网络邻居发 现方法，它基于纯软件实现的时隙调度，达到多个邻居节点在一轮邻居发现过程中的同时收发，降低了系统对硬件系统的要求和复杂度。

（2） 较好的扩展性。频谱资源相比于时隙资源而言，更加宝贵和有限，通过划分子信道的方式实现多信道并行传输的方式，在节点数较少时效果尚可，但随着节点数的增加，为达到同样的效果，则需要更多的子信道，这对硬件等要求会急剧增加，同时在很多场合下也是不切实际的（如考虑到有限的频谱带宽、子信道间必须有足够的保护间隔）。而本发明提出的一种基于多微时隙的网络邻居发现方法，基于微时隙划分的特殊TDMA帧结构，容易实现时隙数和帧结构的扩展，可随节点数的变化而相应调整，具有较好的扩展性。本发明通过将TDMA帧结构中的邻居发现子帧划分为时间长度更小的微时隙，使得各节点分布式并行地执行探测、响应以及确认过程，因此本发明主要用于解决在地面或空中完全基于定向天线的移动节点在高密集、高速移动和网络拓扑动态变化的场景下的邻居节点快速发现问题，本发明的方法实现简单，发现1跳范围内所有邻居节点耗时短、可靠性高。

附图说明

图1为本发明的TDMA帧结构图。

图2为判断节点是主动探测模式还是被动侦听模式的流程图。

图3为主动探测模式节点的邻居发现过程。

图4为被动侦听模式节点的邻居发现过程。

具体实施方式

下面结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式。

在本发明中，每个节点装备了一套多波束天线，能够在传输与接收模式之间快速切换，且均采取相同的波束编号，在安装时经过精确的方向校对，使得各节点指向正东的波束编号都相同，即所有节点定向天线的基准方向相同；同时，所有节点在当前时刻都是TDMA帧同步的，即所有节点均基于统一的时间基准。

本发明公开了一种基于多微时隙的网络邻居发现方法，其具体包括以下的步骤：

步骤一、将时间划分为连续的、周期性重复的TDMA帧，每帧由邻居发现子帧和业务数据传输子帧组成；所述业务数据传输子帧包含M个数据时隙；所述邻居发现子帧包含探测、响应和确认3个阶段，每个阶段由K个持续时间更短的微时隙构成；其中每个时隙的时间长度为T，每个微时隙的时间长度为T/K；

步骤二、给入网节点分配节点编号，并对该节点编号进行编码；基于节点的编码，判断该节点在本轮天线扫描周期内是主动探测模式还是被动侦听模式；主动探测模式进入步骤三，被动侦听模式进入步骤四；

步骤三、处于主动探测模式节点的邻居发现过程如下：在探测阶段开始时，从K个探测微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居探测消息；响应阶段，在所有响应微时隙内定向接收邻居节点发送的响应消息；确认阶段，在与探测阶段所选择相同编号的微时隙内，定向发送确认消息；

步骤四、处于被动侦听模式节点的邻居发现过程如下：探测阶段在所有探测微时隙内定向接收邻居节点发送的探测消息数据；响应阶段开始时，从K个响应微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居响应消息；确认阶段，在所有确认微时隙内定向接收邻居节点发送的确认消息。

本发明通过基于微时隙划分的特殊TDMA帧结构，选择确定节点占用的微时隙号，达到多个节点在时间上相互错开发送的目的，可有效减少邻居发现过程中多个节点同时向某一个节点发送消息所引发的数据碰撞冲突，并显著提高节点邻居发现的成功概率和缩短网络组网时间。本发明通过将TDMA帧结构中的邻居发现子帧划分为时间长度更小的微时隙，使得各节点分布式并行地执行探测、响应以及确认过程，因此本发明主要用于解决在地面或空中完全基于定向天线的移动节点在高密集、高速移动和网络拓扑动态变化的场景下的邻居节点快速发现问题，本发明的方法实现简单，发现1跳范围内所有邻居节点耗时短、可靠性高。

更进一步地，上述从K个微时隙中选取1个微时隙时采用等概率随机选取的方式。这样多个节点随机选取的微时隙号一般不会重叠复用，从而达到多个节点在时间上相互错开发送的目的，从而在较大程度上避免多个节点同时向一个节点发送数据包所造成的消息碰撞冲突，进一步提高了邻居发现的成功率。

更进一步地，本发明还包括步骤五、节点在每一个TDMA帧中周期性依次执行步骤二、步骤三、步骤四，每一帧扫描一个波束方向，每个节点按照相同的波束方向顺序依次扫描。通过上述方法，快速发现1跳范围内所有邻居节点。

更进一步地，上述节点发送/接收的探测、响应和确认数据消息中，除包含本节点的编号和地理位置坐标外，还包括本节点未被分配的可用数据传输时隙集合。上述邻居发现子帧中节点发送/接收的探测、响应和确认数据消息中，除包含本节点的ID编号和地理位置坐标外，同时携带有本节点未被分配的可用数据传输时隙集合等信息。因此，通过以上3次握手协商过程，节点不仅可以快速发现其1跳范围内邻居节点，获取邻居节点相关信息，还可以完成数据传输子帧中节点间收发数据所占用时隙的动态预约。

如图1所示的本发明的TDMA帧结构图。TDMA帧包括邻居发现子帧和业务数据传输子帧，业务数据传输子帧包含M个数据时隙。邻居发现子帧包含探测、响应和确认3个阶段，每个阶段又由K个持续时间更短的微时隙构成，用于各节点分布式并行地执行探测、响应以及确认过程，以快速发现1跳范围内的所有邻居节点，并完成数据通信时隙的动态预约；业务数据传输子帧包含M个数据时隙，用于在建立的定向链路上进行数据传输。

图1中，如果每个时隙长度为T个ms，则微时隙长度为T/K个ms。具体应用场景下，根据电磁波传播速度、网络覆盖范围大小和网络节点密度等，共同确定TDMA帧结构中每个时隙持续时间长度以及微时隙个数。如本发明中描述的一种场景为移动节点在半径30km的网络覆盖范围内作高速运动，且网络节点密度随节点移动而剧烈地动态变化，则可将帧结构中的每个时隙长度设定为2ms，并将探测、响应和确认时隙进一步划分为10个持续时间更短、分配更灵活的微时隙，每个微时隙长度为200us。

更进一步地，上述基于节点的编码判断该节点在本轮天线扫描周期内是主动探测模式还是被动侦听模式的具体过程如图2所示，其具体包括以下的步骤：

步骤S201：初始化节点参数N和j，N为网络中总节点数，为节点在网络内的唯一编号（ID）；

步骤S202：对节点的编号j以二进制形式编码；

步骤S203：如果节点j的二进制编码位数等于，转步骤S205，否则转步骤S204；

步骤S204：在二进制编码左边添0补位，直到位为止；

步骤S205：第i轮扫描周期内，如果节点j的二进制编码的第i位为0，转至步骤S206，否则转至步骤S207(当i大于，则进行取模运算，并判断二进制编码的第(i%)位，若为0转至步骤S206，否则转至步骤S207)；

步骤S206：该轮扫描周期内设置天线为被动侦听模式，转至步骤S208；

步骤S207：该轮扫描周期内设置天线为主动探测模式；

步骤S208：结束。

以图1所示的TDMA帧结构为基础，邻居发现过程分为探测、响应和确认3个阶段。

在每一帧中，处于主动探测模式的节点将顺序执行如图3所示的其邻居发现过程。

更进一步地，上述主动探测模式节点的邻居发现过程具体为：

步骤S301：探测阶段开始时，利用伪随机数发生器，在[1，K]之间产生1个伪随机整数（即为节点从K个探测微时隙中等概率随机选取、用于发送邻居探测消息的微时隙号）；

步骤S302：在第个探测微时隙内，定向发送其邻居探测消息；

步骤S303：响应阶段，节点在所有响应微时隙内定向接收邻居节点发送的响应消息；

步骤S304：确认阶段，节点在第个确认微时隙，针对响应阶段收到的响应消息，定向发送其邻居确认消息；

步骤S305：邻居发现过程结束。

主动探测模式节点在邻居发现的探测阶段内，从K个探测微时隙中等概率地随机选取一个微时隙作为其消息发送时隙。多个主动探测模式节点随机选取的微时隙号一般不会重叠复用，达到多个节点在时间上相互错开发送的目的，从而在较大程度上避免多个节点同时向一个节点发送探测数据包所造成的消息碰撞冲突，进一步提高了邻居发现的成功率。

图4为被动侦听模式节点的邻居发现过程。

在每一帧中，处于被动侦听模式的节点将顺序执行以下步骤完成其邻居发现过程：

步骤S401：探测阶段，节点在所有探测微时隙内定向接收邻居节点发送的探测消息数据；

步骤S402：响应阶段开始时，节点利用伪随机数发生器，在[1，K]之间产生1个伪随机整数（即为节点从K个响应微时隙中等概率随机选取、用于发送响应消息的微时隙号）；

步骤S403：在第个响应微时隙内，根据探测阶段接收的探测消息，定向发送其邻居响应消息；

步骤S404：确认阶段，节点所有确认微时隙内定向接收邻居节点发送的确认消息数据；

步骤S405：邻居发现过程结束。

被动侦听模式节点在邻居发现的响应阶段，从K个响应微时隙中等概率地随机选取一个微时隙作为其响应消息发送时隙，多个被动侦听模式节点随机选取的微时隙号一般不会重叠复用，可以达到多个节点在时间上相互错开发送的目的，从而在较大程度上避免多个节点同时向一个节点发送响应数据包所造成的消息碰撞冲突，进一步提高了邻居发现的成功率。

本发明还公开了一种基于多微时隙的网络邻居发现系统，其具体包括时间划分单元、节点判断单元、主动探测模式节点邻居发现单元和被动侦听模式节点邻居发现单元；所述时间划分单元用于将时间划分为连续的、周期性重复的TDMA帧，每帧由邻居发现子帧和业务数据传输子帧组成；所述业务数据传输子帧包含M个数据时隙；所述邻居发现子帧包含探测、响应和确认3个阶段，每个阶段由K个持续时间更短的微时隙构成；其中每个时隙的时间长度为T，每个微时隙的时间长度为T/K；所述节点判断单元用于基于节点的编码，判断该节点在本轮天线扫描周期内是主动探测模式还是被动侦听模式；所述主动探测模式节点邻居发现单元用于在探测阶段开始时，从K个探测微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居探测消息；响应阶段，在所有响应微时隙内定向接收邻居节点发送的响应消息；确认阶段，在与探测阶段所选择相同编号的微时隙内，定向发送确认消息；所述被动侦听模式节点邻居发现单元用于探测阶段在所有探测微时隙内定向接收邻居节点发送的探测消息数据；响应阶段开始时，从K个响应微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居响应消息；确认阶段，在所有确认微时隙内定向接收邻居节点发送的确认消息。

本发明公开的面向Ad Hoc组网的、基于完全定向窄波束多微时隙并行传输/接收的分布式快速邻居发现方法，通过统一的方向和时间基准，基于节点ID二进制编码比特确定定向窄波束收发模式，采用TDMA帧结构划分微时隙的方法，并等概率地随机选择节点发送探测和响应消息的微时隙号，能够极大地减少邻居发现过程中的消息碰撞冲突概率和缩短邻居发现过程的时间，能保证在确定的时间内发现1跳范围内所有邻居节点。本发明用于解决完全基于定向波束通信的节点在高密集、高速移动和网络拓扑动态变化的场景下邻居节点的快速发现问题。

所述基于多微时隙的网络邻居发现方法，不仅适用于单波束收发（每个节点只有单波束和单射频信道，即同一时刻只有一个定向波束处于发送/接收状态）的情形，也支持多波束同时收发（每个节点处有多个波束和多个射频信道，即有多个定向波束同时处于发送/接收状态）的情形。为了叙述的方便，本专利在介绍原理和具体实施方法时，主要针对单波束收发的情形，但应当注意它仍然适用于多波束同时收发的情形。

上述的实施例中所给出的系数和参数，是提供给本领域的技术人员来实现或使用发明的，发明并不限定仅取前述公开的数值，在不脱离发明的思想的情况下，本领域的技术人员可以对上述实施例作出种种修改或调整，因而发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (8)

1.一种基于多微时隙的网络邻居发现方法，其具体包括以下的步骤：

步骤一、将时间划分为连续的、周期性重复的TDMA帧，每帧由邻居发现子帧和业务数据传输子帧组成；所述业务数据传输子帧包含M个数据时隙；所述邻居发现子帧包含探测、响应和确认3个阶段，每个阶段由K个持续时间更短的微时隙构成；其中每个时隙的时间长度为T，每个微时隙的时间长度为T/K；

步骤二、给入网节点分配节点编号，并对该节点编号进行编码；基于节点的编码，判断该节点在本轮天线扫描周期内是主动探测模式还是被动侦听模式；主动探测模式进入步骤三，被动侦听模式进入步骤四；

步骤三、处于主动探测模式节点的邻居发现过程如下：在探测阶段开始时，从K个探测微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居探测消息；响应阶段，在所有响应微时隙内定向接收邻居节点发送的响应消息；确认阶段，在与探测阶段所选择相同编号的微时隙内，定向发送确认消息；

步骤四、处于被动侦听模式节点的邻居发现过程如下：探测阶段在所有探测微时隙内定向接收邻居节点发送的探测消息数据；响应阶段开始时，从K个响应微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居响应消息；确认阶段，在所有确认微时隙内定向接收邻居节点发送的确认消息。

2.如权利要求1所述的基于多微时隙的网络邻居发现方法，其特征在于所述从K个微时隙中选取1个微时隙时采用等概率随机选取的方式。

3.如权利要求1所述的基于多微时隙的网络邻居发现方法，其特征在于所述方法还包括步骤五、节点在每一个TDMA帧中周期性依次执行步骤二、步骤三、步骤四，每一帧扫描一个波束方向，每个节点按照相同的波束方向顺序依次扫描。

4.如权利要求1或者3所述的基于多微时隙的网络邻居发现方法，其特征在于所述节点发送/接收的探测、响应和确认数据消息中，除包含本节点的编号和地理位置坐标外，还包括本节点未被分配的可用数据传输时隙集合。

5.如权利要求4所述的基于多微时隙的网络邻居发现方法，其特征在于所述步骤二中基于节点的编码判断该节点在本轮天线扫描周期内是主动探测模式还是被动侦听模式具体包括以下的步骤：

步骤S201：初始化节点参数N和j，N为网络中总节点数，j∈{0，1，…，N-1}为节点在网络内的唯一编号；

步骤S202：对节点的编号j以二进制形式编码；

步骤S203：如果节点j的二进制编码位数等于转步骤S205，否则转步骤S204；

步骤S204：在二进制编码左边添0补位，直到位为止；

步骤S205：第i轮扫描周期内，判断节点j的二进制编码的第i位：当i不大于时，判断第i位是否为0，若第i位为0转至步骤S206，否则转至步骤S207；当i大于则进行取模运算，并判断二进制编码的第位是否为0，若第位为0转至步骤S206，否则转至步骤S207；

步骤S206：该轮扫描周期内设置天线为被动侦听模式，转至步骤S208；

步骤S207：该轮扫描周期内设置天线为主动探测模式；

步骤S208：结束。

6.如权利要求5所述的基于多微时隙的网络邻居发现方法，其特征在于主动探测模式节点的邻居发现过程具体为：

步骤S301：探测阶段开始时，利用伪随机数发生器，在[1，K]之间产生1个伪随机整数K_i；K_i即为节点从K个探测微时隙中等概率随机选取、用于发送邻居探测消息的微时隙号；

步骤S302：在第K_i个探测微时隙内，定向发送其邻居探测消息；

步骤S303：响应阶段，节点在所有响应微时隙内定向接收邻居节点发送的响应消息；

步骤S304：确认阶段，节点在第K_i个确认微时隙，针对响应阶段收到的响应消息，定向发送其邻居确认消息；

步骤S305：邻居发现过程结束。

7.如权利要求6所述的基于多微时隙的网络邻居发现方法，其特征在于被动侦听模式节点的邻居发现过程具体为:

步骤S401：探测阶段，节点在所有探测微时隙内定向接收邻居节点发送的探测消息数据；

步骤S402：响应阶段开始时，节点利用伪随机数发生器，在[1，K]之间产生1个伪随机整数K_j；K_j即为节点从K个响应微时隙中等概率随机选取、用于发送响应消息的微时隙号；

步骤S403：在第K_j个响应微时隙内，根据探测阶段接收的探测消息，定向发送其邻居响应消息；

步骤S404：确认阶段，节点所有确认微时隙内定向接收邻居节点发送的确认消息数据；

步骤S405：邻居发现过程结束。

8.一种基于多微时隙的网络邻居发现系统，其特征在于具体包括时间划分单元、节点判断单元、主动探测模式节点邻居发现单元和被动侦听模式节点邻居发现单元；

所述时间划分单元用于将时间划分为连续的、周期性重复的TDMA帧，每帧由邻居发现子帧和业务数据传输子帧组成；所述业务数据传输子帧包含M个数据时隙；所述邻居发现子帧包含探测、响应和确认3个阶段，每个阶段由K个持续时间更短的微时隙构成；其中每个时隙的时间长度为T，每个微时隙的时间长度为T/K；

所述节点判断单元用于基于节点的编码，判断该节点在本轮天线扫描周期内是主动探测模式还是被动侦听模式；

所述主动探测模式节点邻居发现单元用于在探测阶段开始时，从K个探测微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居探测消息；响应阶段，在所有响应微时隙内定向接收邻居节点发送的响应消息；确认阶段，在与探测阶段所选择相同编号的微时隙内，定向发送确认消息；

所述被动侦听模式节点邻居发现单元用于探测阶段在所有探测微时隙内定向接收邻居节点发送的探测消息数据；响应阶段开始时，从K个响应微时隙中选取1个微时隙，用于发送邻居响应消息；确认阶段，在所有确认微时隙内定向接收邻居节点发送的确认消息。