CN110493893A - 一种自适应动态组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应动态组网方法，该方法包括以下步骤：步骤1：节点上电启动后侦听空域范围内有无网络，若无网络，进行步骤2，若有网络，跳至步骤4；步骤2：侦听不到网络后成为主节点，建立网络；步骤3：主节点发送广播消息，通知空域范围内的其他节点；步骤4：未入网节点侦听到广播消息，完成与主节点的粗时间同步后，发送入网请求消息，主节点接收入网请求消息；步骤5：主节点回复入网请求消息，并为某个节点分配网络编号；步骤6：从节点按照主节点分配的编号，按时隙与主节点进行精时间同步；步骤7：全网节点按节点编号进行传输业务数据。本发明实现了在多个通信节点间建立一个自适应、高效、自愈性强的自组织网络的目的。

Description

一种自适应动态组网方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种自适应动态组网方法。
背景技术
无线自组网不依赖基站等基础通信设备，能够快速的建立网络拓扑，是一种临时网络，其具有无中心或虚拟中心、自组织、自愈性强等特点，网络内的节点地位平等，高速移动，在一段时间里网络拓扑结构往往是动态的，且快速和不可预测的变化。
无线自组网通常包括物理层、媒介接入控制层(MAC层)、网络层、路由层等，在媒介接入控制层，有竞争型的接入协议和调度型的接入协议，IEEE802.11中的分布式方案采用带有冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方式，是节点对时间的竞争，其在WLAN、无线MESH领域得到广泛的应用，而基于TDMA的时间调度协议给每个节点确定了其接入信道的时刻，可以有效的避免数据冲突，在军事领域得到广泛应用，如Link16、Link22数据链，人们针对不同的应用场景，研究了各种各样的自组织网络，其目的就是提高信道利用率、改善网络稳定性、提高网络容量、自愈性及接入效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种自适应动态组网方法，在多个通信节点间建立一个自适应、高效、自愈性强的自组织网络。
为达到上述目的，本发明提供了一种自适应动态组网方法，其包括以下步骤：
步骤1：节点上电启动后侦听空域范围内有无网络，若无网络，进行步骤2，若有网络，跳至步骤4；
步骤2：侦听不到网络后成为主节点，建立网络；
步骤3：主节点发送广播消息，通知空域范围内的其他节点；
步骤4：未入网节点侦听到广播消息，完成与主节点的粗时间同步后，发送入网请求消息，主节点接收入网请求消息；
步骤5：主节点回复入网请求消息，并为某个节点分配网络编号；
步骤6：从节点按照主节点分配的编号，按时隙与主节点进行精时间同步；
步骤7：全网节点按节点编号进行传输业务数据。
上述的自适应动态组网方法，其中，步骤1中，侦听时间按照多于一个指令周期的随机数设定。
上述的自适应动态组网方法，其中，步骤4中，规划8对一问一答时隙，节点随机选择3个时隙发起请求，只要有一个时隙请求成功，则不再发送入网请求，若节点的3个入网请求与其它节点完全碰撞，则等待下一个指令周期重新请求。
上述的自适应动态组网方法，其中，步骤6中，主节点在精同步时隙侦听从节点的精同步请求，若未侦听到，则认为该从节点有脱离网络的可能，将该节点的网络编号收回，不再向其发送精同步应答报文，若2个指令周期内没有从节点加入该网络，则主节点删除此网络，重新返回单机状态，开始新一轮的入网流程。
上述的自适应动态组网方法，其中，步骤6中，从节点在精同步实际侦听主节点的精同步应答报文，若未侦听到，则认为主节点有脱离网络的可能，若2个指令周期内都没有收到主节点的精同步应答报文，则认为主节点已经不存在，退出网络重新返回单机状态，开始新一轮的入网流程。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所提供的自适应动态组网方法，实现了在多个通信节点间建立一个自适应、高效、自愈性强的自组织网络的目的。
附图说明
图1为本发明指令周期时隙图；
图2为本发明网络建立、维持、重建流程框图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
本发明提出的一种自适应动态组网方法，在多个通信节点间建立一个自适应、高效、自愈性强的自组织网络。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
采用TDMA模式，所有节点地位平等，自适应选择成为主节点或从节点，主节点的作用是管理网络节点的接入、退出，并为网络提供时间基准，任何节点都有成为主节点的可能，具体包括如下步骤：
1)节点上电启动后侦听空域范围内有无网络，若无网络，进行步骤2)，若有网络，跳至步骤4)；
2)侦听不到网络后成为主节点，建立网络；
3)主节点发送广播消息，通知空域范围内的其他节点；
4)未入网节点侦听到广播消息，完成与主节点的粗时间同步后，发送入网请求消息，主节点接收入网请求消息；
5)主节点回复入网请求消息，并为某个节点分配网络编号；
6)从节点按照主节点分配的编号，按时隙与主节点进行精时间同步；
7)全网节点按节点编号进行传输业务数据。
本发明对通信节点物理层的具体形式不做要求，但其要能按照网络层的时隙控制进行收发数据。
本发明的指令周期时隙划分如图1所示，包括广播时隙、勤务时隙、精同步时隙、业务时隙，是一种时分网络。
各时隙的作用是：
(1)广播时隙：主节点发送广播时隙以示网络的存在，未入网节点侦听主节点发送的广播消息，确定网络是否存在，若存在，根据广播消息与主节点进行粗时间同步。
(2)勤务时隙：用于未入网节点与主节点交互入网请求信息，采用一问一答的交互方式。
(3)精同步时隙：用于已入网的从节点与主节点间进行精确时间同步，采用一问一答的交互方式。
(4)业务时隙：用于已入网的节点按照各自的网络编号发送数据业务信息。
现结合附图2对网络的建立、入网、维持的实施过程作以说明。
每个节点开机后，地位平等，首先对当前空域进行一段随机时间侦听，侦听时间按照多于一个指令周期的随机数设定，确保在有网络的情况下能确认网络的存在。若在设定的这个随机时间内没有收到广播消息，则认为空域无网络，设定自己为主机，按指令周期建立网络时隙，执行主节点流程。若侦听到广播消息，则与该网络的主节点进行粗时间同步，进入该网络的指令周期，准备在勤务时隙进行入网请求。
在勤务时隙，已完成粗时间同步的未入网节点向主节点发送入网请求消息，并等待其回应，主节点收到后入网请求后，根据当前网络节点占有情况，决定是否回告入网许可消息，入网许可消息中包含了主节点为某从节点分配的节点编号，收到入网许可消息的节点确认已加入网络，并以主机分配的节点编号获得网络的时隙使用权。需要说明的是，为了防止多个待入网节点同时发送的入网请求消息发生碰撞，勤务时隙规划了8对一问一答时隙，节点随机选择3个时隙发起请求，只要有一个时隙请求成功，则不再发送入网请求，若节点的3个入网请求与其它节点完全碰撞，则等待下一个指令周期重新请求。
精同步时隙的作用是从节点与主节点消除由于距离产生的粗同步时间差、晶振漂移时间差，并完成主从节点的距离测量，使全网节点在长时间运行下仍能保持精确的时间同步，已获得节点编号的从节点向主节点发送精同步请求，主节点收到发送请求后，回复精同步应答报文，从机收到后，利用其中的时间信息校准自身时间，与主节点进行精确时间同步。
业务时隙用于全网节点发送业务数据信息，每个节点按照自身节点编号在对应的业务时隙1～N发送业务数据信息。
网络重建过程：
主节点在精同步时隙侦听从节点的精同步请求，若未侦听到，则认为该从节点有脱离网络的可能，将该节点的网络编号收回，不再向其发送精同步应答报文，若2个指令周期内没有从节点加入该网络，则主节点删除此网络，重新返回单机状态，开始新一轮的入网流程。
从节点在精同步实际侦听主节点的精同步应答报文，若未侦听到，则认为主节点有脱离网络的可能，若2个指令周期内都没有收到主节点的精同步应答报文，则认为主节点已经不存在，退出网络重新返回单机状态，开始新一轮的入网流程。
综上所述，本发明所提供的自适应动态组网方法，实现了在多个通信节点间建立一个自适应、高效、自愈性强的自组织网络的目的。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种自适应动态组网方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：节点上电启动后侦听空域范围内有无网络，若无网络，进行步骤2，若有网络，跳至步骤4；
步骤2：侦听不到网络后成为主节点，建立网络；
步骤3：主节点发送广播消息，通知空域范围内的其他节点；
步骤4：未入网节点侦听到广播消息，完成与主节点的粗时间同步后，发送入网请求消息，主节点接收入网请求消息；
步骤5：主节点回复入网请求消息，并为某个节点分配网络编号；
步骤6：从节点按照主节点分配的编号，按时隙与主节点进行精时间同步；
步骤7：全网节点按节点编号进行传输业务数据。
2.如权利要求1所述的自适应动态组网方法，其特征在于，步骤1中，侦听时间按照多于一个指令周期的随机数设定。
3.如权利要求1所述的自适应动态组网方法，其特征在于，步骤4中，规划8对一问一答时隙，节点随机选择3个时隙发起请求，只要有一个时隙请求成功，则不再发送入网请求，若节点的3个入网请求与其它节点完全碰撞，则等待下一个指令周期重新请求。
4.如权利要求1所述的自适应动态组网方法，其特征在于，步骤6中，主节点在精同步时隙侦听从节点的精同步请求，若未侦听到，则认为该从节点有脱离网络的可能，将该节点的网络编号收回，不再向其发送精同步应答报文，若2个指令周期内没有从节点加入该网络，则主节点删除此网络，重新返回单机状态，开始新一轮的入网流程。
5.如权利要求1所述的自适应动态组网方法，其特征在于，步骤6中，从节点在精同步实际侦听主节点的精同步应答报文，若未侦听到，则认为主节点有脱离网络的可能，若2个指令周期内都没有收到主节点的精同步应答报文，则认为主节点已经不存在，退出网络重新返回单机状态，开始新一轮的入网流程。
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