專利名稱：一種基于定向天線的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)異步鄰居節(jié)點掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于定向天線的Ad Hoc (自組織對等式多跳移動通信網(wǎng)絡(luò))異步網(wǎng)絡(luò)鄰居節(jié)點掃描方法。
背景技術(shù)：
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施支持的移動網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點均由移動主機構(gòu)成，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最初應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，由于無線通信和終端技術(shù)的不斷發(fā)展，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在民用環(huán)境下也得到了發(fā)展。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個主機的通信范圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數(shù)據(jù)通過多個主機的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達目的地。故Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也被稱為多跳無線網(wǎng)絡(luò)。定向天線是指在某一個或某幾個特定方向上發(fā)射及接受電磁波特別強，而在其他的方向上發(fā)射及接收電磁波則為零或極小的一種天線。定向天線可以進一步利用空間資源，增加網(wǎng)絡(luò)的頻率利用率，提高無線通信網(wǎng)絡(luò)的容量，還可以帶來如遠距離通信，被探測概率低等諸多其它好處。鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)中最重要的一部分。特別在基于定向天線的通信網(wǎng)絡(luò)中。鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)是指每個節(jié)點開機后，在沒有鄰節(jié)點先驗信息的條件下，通過基于一定的互盲或自盲方法協(xié)議迅速找到其通信覆蓋范圍內(nèi)的所有其他節(jié)點(同時被其他節(jié)點所發(fā)現(xiàn))，并建立基本通信連接的過程。鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法在使用定向天線和全向天線不同選擇的情況下，需要解決的問題也不相同，而且，其方法的優(yōu)劣直接影響節(jié)點通信距離、網(wǎng)絡(luò)建立時間等指標(biāo)。雖然定向天線給系統(tǒng)帶來了很大的性能提升，然而定向天線卻給鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)帶來了更多的挑戰(zhàn)，兩個節(jié)點要想成功通信，必須在同一個時間段指向相對的方向，這就使得基于定向天線的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)策略顯得尤其重要，低效的節(jié)點掃描方法會降低系統(tǒng)性能，有效得方法則會極大的發(fā)揮出定向天線的優(yōu)勢。從現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中鄰居節(jié)點的掃描機制并沒有一致的方法，大多為盲目性的掃描，還有一部分掃描機制假設(shè)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)下，這種假設(shè)在很多應(yīng)用場景中都是不合理的。而在論文“SAND :Sectored-Antenna NeighborDiscovery Protocol for Wireless Networks”中，作者提出了一種異步系統(tǒng)中的掃描算法，但是該系統(tǒng)的掃描方法過于復(fù)雜，只適用于小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中的效率非常低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)協(xié)議存在的上述不足，對基于定向天線的異步掃描模式，提供一種高效的掃描協(xié)議及使用方法，改善鄰居節(jié)點掃描的效率。通過快速發(fā)射，緩慢掃描接收等機制，充分利用了定向天線的優(yōu)勢，克服了異步帶來的時隙問題，在保證節(jié)點能夠掃描出所有的鄰居節(jié)點的同時，極大地提高了鄰居節(jié)點掃描的效率。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明提供一種快發(fā)慢收的掃描協(xié)議，包括兩個部分基于掃描的發(fā)射機制(Scan-based Transmitting Mechanism)和回復(fù)機制(Reply Mechanism)。在基于掃描的發(fā)射機制中，發(fā)射節(jié)點在某一個方向上發(fā)射連續(xù)的數(shù)據(jù)包，接收節(jié)點則快速掃描所有的方向，直到收到有效的數(shù)據(jù)包為止。在回復(fù)機制中，收包的一方停留在一個固定的方向上，等待回復(fù)，發(fā)包的一方會加上隨機的延時來避免與其他的回復(fù)包發(fā)生沖突。具體包括如下步驟第一步,對準(zhǔn)備進入定向天線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點分配唯一的標(biāo)識ID ；第二步，對每個節(jié)點配備相同的定向天線，并將天線的方向依次編號，每個天線的同一方向編號相同。第三步，節(jié)點通信的基本單元為時隙，再定義一個周期由若干個時隙組成。
第四步，將通信的時間以周期為單位劃分，節(jié)點進入網(wǎng)絡(luò)后，在每個周期開始時進行收/發(fā)模式選擇處理，隨機確定天線在每個周期的收/發(fā)模式。第五步，開始鄰居節(jié)點掃描，首先進入基于掃描的發(fā)射機制，然后進入回復(fù)機制。在基于掃描的發(fā)射機制中，處于發(fā)模式的節(jié)點隨機選擇一個方向，在該方向上連續(xù)發(fā)包。處于收模式的節(jié)點快速掃描，在每個方向上停留一段時間，等待接收數(shù)據(jù)包。在回復(fù)機制中，發(fā)模式的節(jié)點在原來發(fā)射的方向上等待接收回復(fù)數(shù)據(jù)。收模式的節(jié)點隨機選擇時隙回復(fù)數(shù)據(jù)包給之前收到包的節(jié)點。第六步，節(jié)點完成本周期的掃描工作，返回第五步，進入下一個周期。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于以下幾點1、提聞了節(jié)點掃描的效率；2、沒有假設(shè)全網(wǎng)的時鐘同步，在異步環(huán)境下做鄰居節(jié)點掃描；3、可靠全面的掃描出全部的鄰居節(jié)點；4、適用于各種Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的場景，具有廣泛的應(yīng)用。
圖1.本發(fā)明提供的通信模式示意圖。圖2.本發(fā)明提供的基于掃描的發(fā)射機制示意圖。圖3.本發(fā)明提供的回復(fù)機制示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例本實施例包括以下步驟第一步，對準(zhǔn)備進入定向天線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點分配唯一的標(biāo)識ID，假設(shè)所有節(jié)點已知總的節(jié)點個數(shù)N；第二步，對每個節(jié)點配備相同的定向天線。第三步，時隙長度為T，每個周期都由T個時隙組成，每個周期的長度為T*T。第四步，將通信的時間以周期為單位劃分，節(jié)點進入網(wǎng)絡(luò)后，在每個周期開始時進行收/發(fā)模式選擇處理，確定天線每個時隙的收/發(fā)模式。所有節(jié)點都以pt(0〈pt〈l)的概率處于發(fā)模式，以(Ι-pt)的概率處于收模式。第五步，開始鄰居節(jié)點掃描，所有節(jié)點都首先進入基于掃描的發(fā)射機制，然后進入回復(fù)機制?；趻呙璧陌l(fā)射機制占用時長I\*T，回復(fù)機制占用時長T2*T，其中TJT2=T，如圖1所示。如圖2所不,在基于掃描的發(fā)射機制中，處于發(fā)模式的節(jié)點隨機選擇一個方向,在該方向上連續(xù)發(fā)包，包長小于Τ。處于收模式的節(jié)點快速掃描，在每個方向上停留時長2Τ，以確?？梢允盏揭粋€完整的數(shù)據(jù)包，收到數(shù)據(jù)包后，記錄信源的I D和方向信息。如圖3所示，在回復(fù)機制中，發(fā)模式的節(jié)點在原來發(fā)射的方向上等待接收回復(fù)數(shù)據(jù)。收模式的節(jié)點在T2個時隙中隨機選擇時隙回復(fù)數(shù)據(jù)包給之前收到包的節(jié)點，注意調(diào)整對應(yīng)自己發(fā)包的方向信息。 第六步，節(jié)點完成本周期的掃描工作，返回第五步，進入下一個周期。
權(quán)利要求
1.一種基于定向天線的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)異步鄰居節(jié)點掃描方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，對準(zhǔn)備進入定向天線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點分配唯一的標(biāo)識ID ； 第二步，對每個節(jié)點配備相同的定向天線； 第三步，節(jié)點通信的基本單元為時隙，定義一個周期由若干個時隙組成； 第四步，將通信的時間以周期為單位劃分，節(jié)點進入網(wǎng)絡(luò)后，在每個周期開始時進行收/發(fā)模式選擇； 第五步，開始鄰居節(jié)點掃描，首先進入基于掃描的發(fā)射機制，然后進入回復(fù)機制。
第六步，節(jié)點完成本周期的掃描工作，返回第五步，進入下一個周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于定向天線的AdHoc網(wǎng)絡(luò)異步鄰居節(jié)點掃描方法，其特征在于，所述第三步是將時間以時隙為基本單位劃分，并由若干個時隙組成周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于定向天線的AdHoc網(wǎng)絡(luò)異步鄰居節(jié)點掃描方法，其特征在于，第三步所述的收/發(fā)模式選擇 將時間以時隙為基本單位劃分，并由若干個時隙組成周期，以周期為單位選擇節(jié)點的收/發(fā)模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于定向天線的AdHoc網(wǎng)絡(luò)異步鄰居節(jié)點掃描方法，其特征在于，第四步所述的收模式是先收后發(fā)，所述的發(fā)模式是先發(fā)后收。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于定向天線的AdHoc網(wǎng)絡(luò)異步鄰居節(jié)點掃描方法，其特征在于，第五步所述的基于掃描的發(fā)射機制 發(fā)射節(jié)點在一定時間內(nèi)停留在一個方向上連續(xù)發(fā)包，同時接收節(jié)點在各個不同的方向上掃描接收。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于定向天線的AdHoc網(wǎng)絡(luò)異步鄰居節(jié)點掃描方法，其特征在于，第五步所述的回復(fù)機制 發(fā)射節(jié)點在某個特定的方向上停留，同時接收節(jié)點根據(jù)存儲信息在各個不同的方向上回復(fù)掃描，并隨機延時發(fā)包。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的基于定向天線的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)異步鄰居節(jié)點掃描方法，包括以下步驟在進網(wǎng)之前，為每個節(jié)點配置唯一的標(biāo)示ID和相同的定向天線；將通信的時間以周期為單位進行劃分，每個周期又劃分為若干個時隙，所有節(jié)點的周期和時隙長度都是相同的；每個周期開始前，每個節(jié)點隨機選擇自己的收發(fā)模式；處于收發(fā)模式的節(jié)點分別按照基于掃描的發(fā)射機制和回復(fù)機制進行工作；完成本周期的工作后，節(jié)點進入下一個周期。本發(fā)明在異步通信的基礎(chǔ)上，保證掃描到所有的鄰居節(jié)點，并充分利用了定向天線的優(yōu)勢，極大得提高了節(jié)點掃描的效率，減少了節(jié)點掃描所需的時間。
文檔編號H04W48/16GK103002525SQ20121057604
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者王洋, 劉勃, 歸琳, 熊箭, 田豐 申請人:上海交通大學(xué)