可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)效率低的問題，包括如下步驟：計算節(jié)點各方向可能的鄰節(jié)點數(shù)量；判斷節(jié)點各方向是否查找結(jié)束；選取節(jié)點鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方向；判斷該方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)是否結(jié)束；選擇節(jié)點執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的模式；選擇第一種模式的節(jié)點先傳輸后接收信息；選擇第二種模式的節(jié)點先接收后傳輸信息；節(jié)點根據(jù)接收到的信息判斷鄰節(jié)點信息，準備下次鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)。本發(fā)明根據(jù)節(jié)點在每個方向發(fā)現(xiàn)的鄰節(jié)點信息調(diào)整下一次在該方向的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的執(zhí)行，同時根據(jù)事件驅(qū)動鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的方向變化和調(diào)整鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的信息傳輸功率，降低了鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時間和信息沖突概率。
【專利說明】
可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點的發(fā)現(xiàn)方法，具體設(shè) 及一種可切換波束天線的自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，可實現(xiàn)無線自組織網(wǎng)絡(luò)中鄰節(jié)點的 快速發(fā)現(xiàn)，用于純定向天線物理層通信協(xié)議。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線自組織網(wǎng)絡(luò)是一個采用無線通信方式的、動態(tài)組網(wǎng)的多跳的移動性對等網(wǎng) 絡(luò)，可W不利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)節(jié)點間的相互通信，在傳感器網(wǎng)絡(luò)和探險救災(zāi)等 方面有著廣泛的應(yīng)用。隨著天線技術(shù)的發(fā)展，定向天線能夠?qū)⑿盘柧奂絾我环较?，比起?向天線，定向天線傳輸距離更遠，安全性更高和同一發(fā)射功率時信號福射范圍更大，可切換 波束天線作為定向天線的一種，在各種無線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。目前，在無線自組織網(wǎng)絡(luò) 中利用定向天線進行信息傳輸能夠更好地利用定向天線的優(yōu)勢，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，但是 無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在傳輸信息相互通信之前，需要自組織自配置完成鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)， 運就需要準確快速的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法。
[0003] 目前，可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)主要分為兩種方式:采 用時間驅(qū)動鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)和采用事件驅(qū)動鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)。
[0004] 采用時間驅(qū)動鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)是指，節(jié)點在執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的過程中，依次在每個方 向執(zhí)行信息發(fā)射和接收，然后根據(jù)時間的變化調(diào)整鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的方向，直到所有方向均完 成鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)，運種時間驅(qū)動方式?jīng)]有考慮鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的執(zhí)行過程中一些方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn) 速度快一些方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)速度慢的現(xiàn)象，沒有根據(jù)實時的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)情況判定節(jié)點在該 方向的鄰節(jié)點信息，僅僅靠時間的變化改變鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的方向，運就使得鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時間 車交長。例女曰，Yan邑 Wan邑在i侖文"AdaptiveScan-based Asynchronous Nei邑hbor Discovery in wireless networks using directional antennas,"(published in Wireless Communications&Signal Processing(WCSP),2013International Conference on, 化ngzhou，2013，pp. 1-6.)中提出的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法SBAN是一種典型的采用時間驅(qū)動鄰 節(jié)點發(fā)現(xiàn)的方法。該方法使用一個慢速發(fā)包機制和一個快速回復(fù)機制。運兩個機制區(qū)分了 發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點的行為，發(fā)射節(jié)點進行慢速發(fā)射，在一個方向上發(fā)送hello信息，然后 在同樣的方向等待一定時隙接收ack信息，直到時間結(jié)束轉(zhuǎn)到下個方向執(zhí)行相同的操作;接 收節(jié)點進行快速掃描，天線在整個360°方向掃描hello信息，掃描結(jié)束后節(jié)點在接收到 hello信息的方向上回復(fù)ack，完成鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)。該方法的不足之處是，僅僅靠時間變化改變 鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的方向，不是根據(jù)一定的事件觸發(fā)節(jié)點的方向變化，運就使得鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時間 較長。
[0005] 采用事件驅(qū)動鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)是指，節(jié)點在執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的過程中，在選擇一個方 向后，首先根據(jù)相應(yīng)的事件判斷該方向已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鄰節(jié)點情況，如果該方向發(fā)現(xiàn)的鄰節(jié)點 情況能滿足通信，就驅(qū)動節(jié)點轉(zhuǎn)向下個方向執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)，本方向不再執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)， 運種方式不需要依次在每個方向執(zhí)行信息發(fā)射和接收。事件驅(qū)動方式充分考慮鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn) 過程中一些方向發(fā)現(xiàn)速度快一些方向發(fā)現(xiàn)速度慢的現(xiàn)象，能夠根據(jù)實時的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)情況 判定節(jié)點在該方向的鄰節(jié)點情況，運就有效地降低了鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時間。例如，Mir, Z.Η等人 在論文"Continuous Neighbor Discovery Protocol in Wireless Ad Hoc Networks with Sectored-Antennas,"(published in Advanced Information Networking and Applications(AINA),2015IEEE 29th International Conference on,Gwangiu,2015, pp.54-61.)中提出的NDSA是一個采用事件驅(qū)動鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的方法。NDSA將信道接入時間分 成一個個超帖CY化E，運個帖包括Ξ個狀態(tài)部分:LISTEN，TRANSMIT，SLEEP。節(jié)點進行鄰節(jié)點 發(fā)現(xiàn)時，可W在CYCLE過程的Ξ個狀態(tài)間任意切換。在LISTEN狀態(tài)時，節(jié)點全向接收hello信 息；在TRANSMIT狀態(tài)時，節(jié)點在各個方向廣播hello信息，同時在傳輸之前先監(jiān)聽信道W避 免沖突;在SLEEP狀態(tài)時，節(jié)點維持sle邱，節(jié)約能量。節(jié)點在每個CY化E開始根據(jù)實際的信道 沖突反饋情況獨立的決定各個狀態(tài)的執(zhí)行W及各狀態(tài)的執(zhí)行時間，最后根據(jù)CY化E中節(jié)點 處于化EEP狀態(tài)的時間長度來判定是否鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)結(jié)束。該方法在執(zhí)行時根據(jù)信道和鄰節(jié) 點的反饋來改變各狀態(tài)持續(xù)時間，提高鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的收斂速度。但是該方法沒有深入節(jié)點 每個方向的鄰節(jié)點反饋情況，只考慮了整個360°方向的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)情況，反饋信息不全面， 按照事件驅(qū)動節(jié)點完成鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的目的實現(xiàn)不夠完全，仍沒有有效的降低節(jié)點完成鄰節(jié) 點發(fā)現(xiàn)的時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種可切換波束天線的無 線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，通過改進節(jié)點執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時掃描方向的選擇條件和鄰 節(jié)點發(fā)現(xiàn)完成的判斷條件，同時加入根據(jù)每個方向?qū)崟r的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)數(shù)量情況改變該方向 信息傳輸功率和狀態(tài)選擇概率的策略，用于解決現(xiàn)有可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰 節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法中存在的效率低的技術(shù)問題。
[0007] 實現(xiàn)上述目的的技術(shù)思路是:在每個節(jié)點選擇一個方向進行發(fā)射hello信息或者 接收hello信息之前，先判斷該方向的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)情況，根據(jù)判斷結(jié)果決定是否在該方向執(zhí) 行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)W及是否需要增大信息傳輸功率來提高該方向發(fā)現(xiàn)鄰節(jié)點的概率;每個節(jié)點 執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)前，選擇先發(fā)射信息后接收信息模式或者先接收信息后發(fā)射信息模式;每 個節(jié)點在傳輸hello信息時通過一定的概率選擇實際的發(fā)送狀態(tài)或者sleep狀態(tài);每個節(jié)點 接收到hello信息后，根據(jù)該hello信息中攜帶的鄰節(jié)點信息更新本節(jié)點的鄰節(jié)點信息表， 記錄相應(yīng)的鄰節(jié)點信息;每個節(jié)點根據(jù)接收到的鄰節(jié)點數(shù)量情況增大或者減小不同方向的 信息傳輸功率和狀態(tài)選擇概率。
[000引根據(jù)上述技術(shù)思路，實現(xiàn)本發(fā)明目的采取的技術(shù)方案，通過如下步驟實現(xiàn)：
[0009] 步驟1:向無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)范圍和在此范圍內(nèi)的節(jié)點總數(shù)， 并設(shè)定每個節(jié)點各方向的find_finished值，鄰節(jié)點表和每個節(jié)點的初始掃描方向序列，初 始狀態(tài)選擇概率P2，其中所述設(shè)定各方向的f ind_f inished值均為0;
[0010] 步驟2:每個節(jié)點根據(jù)所導(dǎo)入的網(wǎng)絡(luò)范圍和在此范圍內(nèi)的節(jié)點總數(shù)，計算其各方向 上可能的鄰節(jié)點數(shù)量m;
[0011] 步驟3:每個節(jié)點根據(jù)所述各方向的f ind_f ini shed值，判斷是否所有方向鄰節(jié)點 發(fā)現(xiàn)結(jié)束，若各方向的f ind_f ini shed值均等于1，鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)結(jié)束，否則，執(zhí)行步驟4;
[0012] 步驟4:每個節(jié)點根據(jù)所述的初始掃描方向序列，選擇進行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的一個方 向；
[0013] 步驟5:每個節(jié)點根據(jù)其選擇的方向上的find_f ini shed值，判斷該方向鄰節(jié)點發(fā) 現(xiàn)是否結(jié)束，若f ind_f ini shed值等于1，該方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)結(jié)束，執(zhí)行步驟4，否則執(zhí)行步驟 6；
[0014] 步驟6:對每個節(jié)點設(shè)置兩種鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的模式，按如下步驟實現(xiàn)：
[0015] 步驟6a:設(shè)置自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點先傳輸信息后接收信息模式；
[0016] 步驟化:設(shè)置自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點先接收信息后傳輸信息模式；
[0017] 步驟6c:設(shè)置模式選擇概率P1;
[0018] 步驟7:每個節(jié)點利用rand函數(shù)隨機生成(0，1)的數(shù)值K1，并比較該數(shù)值K1與所述 模式選擇概率P1的大小，根據(jù)比較結(jié)果選擇執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的模式，若Kl^Pl，則選擇所述 的先傳輸信息后接收信息模式，執(zhí)行步驟8,否則選擇先接收信息后傳輸信息模式，執(zhí)行步 驟12;
[0019] 步驟8:每個節(jié)點利用rand函數(shù)隨機生成(0，1)的數(shù)值K2,并比較數(shù)值K2和所述狀 態(tài)選擇概率P2的大小，根據(jù)比較結(jié)果判斷執(zhí)行狀態(tài)，若K2非2,執(zhí)行步驟9,否則執(zhí)行步驟 10;
[0020] 步驟9:每個節(jié)點設(shè)置hello信息，同時在其所選擇的方向上發(fā)送2 Xm個hello信 息，執(zhí)行步驟11;
[0021] 步驟10:每個節(jié)點在其所選擇的方向上sleep;
[0022] 步驟11:每個節(jié)點查看其所處的模式是否是所述的先傳輸信息后接收信息模式， 若是，執(zhí)行步驟12，否則執(zhí)行步驟3;
[0023] 步驟12:每個節(jié)點在其所選擇的方向接收hello信息，并判斷是否接收到hello信 息，若接收到，執(zhí)行步驟13，否則執(zhí)行步驟18;
[0024] 步驟13:每個節(jié)點根據(jù)接收到的hello信息中的節(jié)點ID號，判斷該hello信息是否 是新的鄰節(jié)點發(fā)送的，同時，每個節(jié)點根據(jù)接收到的hello信息中的鄰節(jié)點信息表，判斷該 鄰節(jié)點表中是否包含本節(jié)點ID號，若同時滿足，執(zhí)行步驟14,否則執(zhí)行步驟17;
[0025] 步驟14:每個節(jié)點將其所選擇的方向的鄰節(jié)點數(shù)量加一；
[0026] 步驟15:每個節(jié)點判斷其所選擇的方向鄰節(jié)點數(shù)量加一的值是否等于m，若等于， 執(zhí)行步驟16，否則執(zhí)行步驟17;
[0027] 步驟16:每個節(jié)點改變其所選擇的方向上的find_finished值為1;
[0028] 步驟17:每個節(jié)點根據(jù)接收到的hello信息更新鄰節(jié)點表，同時記錄接收到的 he 110信息中包含的節(jié)點ID號和波束方向信息，執(zhí)行步驟19;
[0029] 步驟18:對每個節(jié)點的信息發(fā)射功率值增加功率變化步長PW值，得到更大的信息 發(fā)射功率值，同時對所述的狀態(tài)選擇概率P2增加0.1，得到更大的狀態(tài)選擇概率P2值；
[0030] 步驟19:每個節(jié)點查看其所處的模式是否是所述的先傳輸信息后接收信息模式， 若是，執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟8。
[0031 ]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：
[0032]第一，由于本發(fā)明在節(jié)點執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的方向選擇之后，加入判斷該方向已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)的鄰節(jié)點是否滿足該方向通信需求情況的步驟，并根據(jù)判斷結(jié)果決定是否需執(zhí)行該方 向的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)中節(jié)點在選擇方向后立即在該方向執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)相比，有 效的降低了鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時間，提高了鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)效率。
[0033] 第二，由于本發(fā)明在節(jié)點執(zhí)行完成每個方向的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時，加入根據(jù)該方向發(fā) 現(xiàn)的鄰節(jié)點數(shù)量情況判斷下一次在該方向執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時是否需要增大信息傳輸功率， W便下一次在該方向執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)能夠發(fā)現(xiàn)離本節(jié)點更遠距離的鄰節(jié)點，與現(xiàn)有技術(shù)中 使用固定的信息傳輸功率執(zhí)行下一次的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)相比，提高了鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的概率，進一 步提高了鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)效率。
[0034] 第Ξ，由于本發(fā)明在執(zhí)行的過程中，不需要節(jié)點間的握手，不需要節(jié)點回復(fù)確認信 息，節(jié)點將對鄰節(jié)點的確認信息包含在發(fā)送的hello信息中，整個執(zhí)行過程只有hello信息 的發(fā)送，與現(xiàn)有技術(shù)中使用多種類型的信息確認hello信息接收情況相比，減少了信息類 型，避免了傳輸多種類型信息引起的信息混亂和接收節(jié)點處理復(fù)雜的問題，執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā) 現(xiàn)簡單高效。
[0035] 第四，由于本發(fā)明通過在節(jié)點發(fā)送hello信息之前加入執(zhí)行狀態(tài)選擇的步驟，節(jié)點 在開始執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時，W初始狀態(tài)選擇概率選擇發(fā)送或者sleep狀態(tài)，隨著發(fā)現(xiàn)的鄰節(jié) 點數(shù)量的變化，節(jié)點增大或減小該狀態(tài)選擇概率，改變節(jié)點處于發(fā)送或者sleep狀態(tài)的概 率，與現(xiàn)有技術(shù)中采用的不區(qū)分節(jié)點狀態(tài)或者區(qū)分節(jié)點狀態(tài)但不改變狀態(tài)選擇概率相比， 可W進一步避免信息沖突，節(jié)約節(jié)點能量。
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的流程框圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明的執(zhí)行過程示意圖；
[0038] 圖3是本發(fā)明中兩種鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的模式示意圖；
[0039] 圖4是本發(fā)明中hello信息的內(nèi)容示意圖。
【具體實施方式】
[0040] W下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和技術(shù)效果作進一步詳 細描述。
[0041 ] 參照圖1:
[0042] 步驟1:向無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)范圍和在此范圍內(nèi)的節(jié)點總數(shù)， 并設(shè)定每個節(jié)點各方向的find_finished值，鄰節(jié)點表和每個節(jié)點的初始掃描方向序列，初 始狀態(tài)選擇概率P2，其中所述設(shè)定各方向的f ind_f inished值均為0。
[0043] 網(wǎng)絡(luò)范圍和節(jié)點總數(shù)用來表示該網(wǎng)絡(luò)的基本屬性情況。每個節(jié)點在各個方向設(shè)置 f ind_f ini shed值和鄰節(jié)點表，表示每個方向在每個方向的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)情況，f ind_ finished值表示每個方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的結(jié)束情況，鄰節(jié)點表表示每個方向已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鄰節(jié) 點信息。每個節(jié)點設(shè)置初始掃描序列，表示節(jié)點進行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的初始方向變化，運里設(shè)置 為順時針變化序列，說明鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的方向變化為順時針變化。
[0044] 步驟2:每個節(jié)點根據(jù)所導(dǎo)入的網(wǎng)絡(luò)范圍和在此范圍內(nèi)的節(jié)點總數(shù)，計算其各方向 上可能的鄰節(jié)點數(shù)量m。
[0045] 此處利用步驟1中向無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點輸入的網(wǎng)絡(luò)的范圍大小和節(jié)點 總數(shù)，計算出每個節(jié)點在每個方向可能的鄰節(jié)點數(shù)量m，鄰節(jié)點數(shù)量m表示每個方向的鄰節(jié) 點度。計算方法如下：
[0046]
[0047] 其中，節(jié)點通信范圍是節(jié)點的一個通信屬性，表示節(jié)點能夠傳輸信息和接收信息 的范圍，切換天線波瓣數(shù)是該切換天線的一個屬性，表示切換天線的波瓣個數(shù)，運兩個數(shù)值 屬于無線自組織網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)之前設(shè)定的屬性值。
[004引步驟3:每個節(jié)點根據(jù)所述各方向的f ind_f ini shed值，判斷是否所有方向鄰節(jié)點 發(fā)現(xiàn)結(jié)束，若各方向的f ind_f ini shed值均等于1，鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)結(jié)束，否則，執(zhí)行步驟4。
[0049] 本發(fā)明中使用find_finished值標識節(jié)點在各方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)情況，如果節(jié)點在 某個方向的find_f ini shed值為1，表示該方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)結(jié)束，節(jié)點下一次執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā) 現(xiàn)可W不在該方向進行，如果節(jié)點各方向find_f ini shed值均為1，表示節(jié)點鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)結(jié) 束，可W進行鄰節(jié)點維護，如果節(jié)點還有一些方向的find_finished值為0,表示節(jié)點沒有完 成鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程，還需繼續(xù)執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)。
[0050] 步驟4:每個節(jié)點根據(jù)所述的初始掃描方向序列，選擇進行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的一個方 向。
[0051 ]步驟5:每個節(jié)點根據(jù)其選擇的方向上的find_finished值，判斷該方向鄰節(jié)點發(fā) 現(xiàn)是否結(jié)束，若find_finished值等于1，該方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)結(jié)束，執(zhí)行步驟4,否則執(zhí)行6。
[0052] 若節(jié)點的該方向find_finished值為1，表示節(jié)點在該方向發(fā)現(xiàn)的鄰節(jié)點能夠滿足 該方向的通信需求，不需要繼續(xù)在該方向執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)，可W重新選擇一個執(zhí)行鄰節(jié)點 發(fā)現(xiàn)的方向，節(jié)點在執(zhí)行該方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)前執(zhí)行運個判斷能夠有效降低鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的時 間。
[0053] 步驟6:對每個節(jié)點設(shè)置兩種鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的模式，按如下步驟實現(xiàn)：
[0054] 第一步:設(shè)置自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點先傳輸信息后接收信息模式，如圖3(a)所示；
[0055] 第二步:設(shè)置自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點先接收信息后傳輸信息模式，如圖3(b)所示；
[0056] 第Ξ步:設(shè)置模式選擇概率P1。
[0057] 運里設(shè)置選擇概率P1值為0.5,節(jié)點W相同的概率選擇先傳輸信息后接收信息模 式或者先接收信息后傳輸信息模式，每個節(jié)點區(qū)分兩種信息傳輸模式可W提高節(jié)點成功接 收到信息的概率，能夠有效地提高信息傳輸成功的概率，同時提高鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)概率。
[005引步驟7:每個節(jié)點利用rand函數(shù)隨機生成(0，1)的數(shù)值K1，并比較該數(shù)值K1與所述 模式選擇概率P1的大小，根據(jù)比較結(jié)果選擇執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的模式，若Kl^Pl，則選擇所述 的先傳輸信息后接收信息模式，執(zhí)行步驟8,否則選擇先接收信息后傳輸信息模式，執(zhí)行步 驟12。
[0059] 步驟8:每個節(jié)點利用rand函數(shù)隨機生成(0，1)的數(shù)值K2,并比較數(shù)值K2和所述狀 態(tài)選擇概率P2的大小，根據(jù)比較結(jié)果判斷執(zhí)行狀態(tài)，若K2非2,執(zhí)行步驟9,否則執(zhí)行步驟 10。
[0060] 設(shè)置概率P2值初始值為0.8，隨著鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的執(zhí)行，節(jié)點根據(jù)在每個方向發(fā)現(xiàn)的 鄰節(jié)點的數(shù)量情況調(diào)整概率P2值的大小，使得節(jié)點處于發(fā)送hello信息的概率和處于sle邱 狀態(tài)的概率實時變化。如果節(jié)點在本方向找到的鄰節(jié)點數(shù)量較少或者沒有找到鄰節(jié)點，貝U 增大概率P2值，提高本方向發(fā)送hello信息的概率，如果節(jié)點在本方向找到的鄰節(jié)點數(shù)量能 夠滿足通信需要，則減小概率P2值，降低本方向發(fā)送hello信息的概率。節(jié)點在每個方向?qū)?時調(diào)整狀態(tài)選擇的概率，能夠增大鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)概率，同時節(jié)約節(jié)點能量。
[0061] 步驟9:每個節(jié)點設(shè)置hello信息，同時在其所選擇的方向上發(fā)送2 Xm個hello信 息，執(zhí)行步驟11。
[0062] 化11〇信息的具體內(nèi)容如圖4所示。
[0063 ]步驟10:每個節(jié)點在其所選擇的方向上sleep。
[0064] 節(jié)點在該方向sleep的時間等于2 Xm個hello信息傳輸?shù)臅r間長度。Sleep表示節(jié) 點在該方向既不執(zhí)行信息傳輸也不執(zhí)行信息接收，節(jié)點選擇在該方向sleep,既能節(jié)省節(jié)點 的能量，又能有效的降低hello信息在接收節(jié)點處的沖突碰撞，提高hello信息正確接收的 概率，進一步提高鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)效率。
[0065] 步驟11:每個節(jié)點查看其所處的模式是否是所述的先傳輸信息后接收信息模式， 若是，執(zhí)行步驟12,否則執(zhí)行步驟3。
[0066] 節(jié)點在發(fā)送完成hello信息后，執(zhí)行判斷其所處的模式是否是先傳輸信息后接收 信息模式，是由于節(jié)點在執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的過程中信息發(fā)送和信息接收的先后順序不同， 而每種模式只執(zhí)行一次信息發(fā)送和一次信息接收，如果節(jié)點所處的模式是先接收信息后發(fā) 射信息模式，那么節(jié)點完成發(fā)送信息后，不再執(zhí)行信息接收，如果節(jié)點所處的模式是先發(fā)射 信息后接收信息模式，那么節(jié)點完成發(fā)送信息后，還需執(zhí)行信息接收。
[0067] 步驟12:每個節(jié)點在其所選擇的方向接收hello信息，并判斷是否能夠接收到 hello信息，若接收到，執(zhí)行步驟13,否則執(zhí)行步驟18。
[0068] 節(jié)點在所選擇的方向接收hello信息的時間為2 Xm個hello信息傳輸?shù)臅r間長度。 由于鄰節(jié)點信息的不確定性，節(jié)點在所選擇的方向執(zhí)行接收hello信息時，可能不會接收到 任何信息，所W節(jié)點執(zhí)行步驟18增大信息傳輸功率，有效的增加信息傳輸范圍，增大鄰節(jié)點 發(fā)現(xiàn)概率。
[0069] 步驟13:每個節(jié)點根據(jù)接收到的hello信息中的節(jié)點ID號，判斷該hello信息是否 是新的鄰節(jié)點發(fā)送的，同時，每個節(jié)點根據(jù)接收到的hello信息中的鄰節(jié)點信息表，判斷該 鄰節(jié)點表中是否包含本節(jié)點ID號，若同時滿足，執(zhí)行步驟14,否則執(zhí)行步驟17。
[0070] 每個節(jié)點接收到hello信息時，查看該hello信息中的節(jié)點ID號，是否存在于本節(jié) 點相應(yīng)方向的鄰節(jié)點表中，如果不存在，說明本節(jié)點還沒有發(fā)現(xiàn)發(fā)送該hello信息的節(jié)點， 本節(jié)點需要記錄該hello信息攜帶的節(jié)點信息，如果存在，說明該hello信息不是本節(jié)點的 新的鄰節(jié)點發(fā)送的，也就是說本節(jié)點在接收到該hello信息之前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該hello信息攜帶 的節(jié)點。
[0071] 同時節(jié)點查看hello信息中的鄰節(jié)點信息表中是否包含本節(jié)點ID號，如果包含，說 明發(fā)射該hello信息的節(jié)點已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本節(jié)點，如果不包含，說明發(fā)射該hello信息的節(jié)點沒 有發(fā)現(xiàn)本節(jié)點，本節(jié)點還需發(fā)射hello信息W便該節(jié)點能夠發(fā)現(xiàn)自己。若運兩個判斷同時滿 足，說明本節(jié)點和發(fā)射該hello信息的節(jié)點已經(jīng)相互發(fā)現(xiàn)，本節(jié)點將設(shè)置該方向鄰節(jié)點數(shù)量 加一。
[0072] 步驟14:每個節(jié)點將其所選擇的方向鄰節(jié)點數(shù)量加一。
[0073] 步驟15:每個節(jié)點判斷其所選擇的方向鄰節(jié)點數(shù)量加一的值是否等于m，若等于， 執(zhí)行步驟16,否則執(zhí)行步驟17。
[0074] 每個節(jié)點在一個方向上的鄰節(jié)點數(shù)量等于m時，表示節(jié)點在該方向的鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn) 完成，節(jié)點下一次執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時不需要在該方向執(zhí)行，能夠有效地降低鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時 間。
[0075] 步驟16:每個節(jié)點改變其所選擇的方向上的find_finished值為1。
[0076] 步驟17 :每個節(jié)點根據(jù)接收到的h e 110信息更新鄰節(jié)點表，同時記錄接收到的 he 110信息中包含的節(jié)點ID號和波束方向信息，執(zhí)行步驟19。
[0077] 每個節(jié)點將接收到的hello信息中所包含的發(fā)送該hello信息的鄰節(jié)點的ID號和 鄰節(jié)點發(fā)送該hello信息的波束方向記錄在本節(jié)點的相應(yīng)方向的鄰節(jié)點表中。
[0078] 步驟18:對每個節(jié)點的信息發(fā)射功率值增加功率變化步長PW值，得到更大的信息 發(fā)射功率值，同時對所述的狀態(tài)選擇概率P2增加0.1，得到更大的狀態(tài)選擇概率P2值。
[0079] 節(jié)點在該方向沒有接收到hello信息，則按照功率變化步長值增大該方向的信 息傳輸功率，使得節(jié)點增大發(fā)射和接收信息的范圍，保證下一次接收到hello信息，功率變 化步長PW值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和通信需要來設(shè)置。
[0080] 節(jié)點增大狀態(tài)選擇概率，能夠增加節(jié)點處于發(fā)送狀態(tài)的概率，增加 hello信息發(fā)送 和成功接收的可能性，同時，如果節(jié)點沒有增大狀態(tài)選擇概率P2,則節(jié)點更多的處于sleep 狀態(tài)，能夠節(jié)省節(jié)點能量，狀態(tài)選擇概率P2的初始值在步驟1中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和通信需要來 設(shè)置。
[0081] 步驟19:每個節(jié)點查看其所處的模式是否是所述的先傳輸信息后接收信息模式， 若是，執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟8。
[0082] 節(jié)點在完成接收hello信息后，執(zhí)行判斷其所處的模式是否是先傳輸信息后接收 信息模式，是由于節(jié)點在執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的過程中信息發(fā)送和信息接收的先后順序不同， 而每種模式只執(zhí)行一次信息發(fā)送和一次信息接收，如果節(jié)點所處的模式是先接收信息后發(fā) 射信息模式，那么節(jié)點完成接收信息后，還需執(zhí)行信息發(fā)送，如果節(jié)點所處的模式是先發(fā)射 信息后接收信息模式，那么節(jié)點完成接收信息后，不再執(zhí)行信息發(fā)送。
[0083] 參照圖2:
[0084] 圖2描述的是節(jié)點執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)和信息傳輸?shù)倪^程，無線自組織網(wǎng)絡(luò)的鄰節(jié)點 發(fā)現(xiàn)一個連續(xù)性的過程，由于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的位置變化等原因，導(dǎo)致已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鄰節(jié)點信息 發(fā)生變化，所W需要持續(xù)的執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程。在節(jié)點完成鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的過程中可能還 需要進行資源預(yù)約，信息沖突避免，數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)裙δ?，所W設(shè)置混合區(qū)和業(yè)務(wù)區(qū)W便后 面節(jié)點進行通信。
[0085] 參照圖3:
[0086] 圖3(a)描述的是節(jié)點先傳輸信息后接收信息模式，表示節(jié)點在執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的 一個方向執(zhí)行先傳輸hello信息后接收hello信息。
[0087] 圖3(b)描述的是節(jié)點先接收信息后傳輸信息模式，表示節(jié)點在執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的 一個方向執(zhí)行先接收hello信息后傳輸hello信息。
[008引參照圖4:
[0089]圖4中具體說明hello信息中所包含的內(nèi)容，其中包括節(jié)點ID號，節(jié)點選擇的發(fā)射 方向，節(jié)點在所選擇的方向的鄰節(jié)點表。
[0090]本發(fā)明說明書中未詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)?；诒景l(fā)明思 想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，包括如下步驟： (1) 向無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)范圍和在此范圍內(nèi)的節(jié)點總數(shù)，并設(shè)定 每個節(jié)點各方向的find_finished值，鄰節(jié)點表和每個節(jié)點的初始掃描方向序列，初始狀態(tài) 選擇概率?2，其中所述設(shè)定各方向的行]1(1_;^1118116(1值均為0 ; (2) 每個節(jié)點根據(jù)所導(dǎo)入的網(wǎng)絡(luò)范圍和在此范圍內(nèi)的節(jié)點總數(shù)，計算其各方向上可能 的鄰節(jié)點數(shù)量m; (3) 每個節(jié)點根據(jù)所述各方向的find_f ini shed值，判斷是否所有方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)結(jié) 束，若各方向的find_finished值均等于1，鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)結(jié)束，否則，執(zhí)行步驟(4); (4) 每個節(jié)點根據(jù)所述的初始掃描方向序列，選擇進行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的一個方向； (5) 每個節(jié)點根據(jù)其選擇的方向上的find_finished值，判斷該方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)是否結(jié) 束，若find_finished值等于1，該方向鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)結(jié)束，執(zhí)行步驟(4)，否則執(zhí)行步驟(6); (6) 對每個節(jié)點設(shè)置兩種鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的模式，按如下步驟實現(xiàn)： (6a)設(shè)置自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點先傳輸信息后接收信息模式； (6b)設(shè)置自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點先接收信息后傳輸信息模式； (6c)設(shè)置模式選擇概率P1; (7) 每個節(jié)點利用rand函數(shù)隨機生成(0，1)的數(shù)值K1，并比較該數(shù)值K1與所述模式選擇 概率P1的大小，根據(jù)比較結(jié)果選擇執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的模式，若K12P1，則選擇所述的先傳輸 信息后接收信息模式，執(zhí)行步驟(8)，否則選擇先接收信息后傳輸信息模式，執(zhí)行步驟(12); (8) 每個節(jié)點利用rand函數(shù)隨機生成(0，1)的數(shù)值K2,并比較數(shù)值K2和所述狀態(tài)選擇概 率P2的大小，根據(jù)比較結(jié)果判斷執(zhí)行狀態(tài)，若K2 < P2,執(zhí)行步驟(9)，否則執(zhí)行步驟(10); (9) 每個節(jié)點設(shè)置hello信息，同時在其所選擇的方向上發(fā)送2 Xm個hello信息，執(zhí)行步 驟(11); (10) 每個節(jié)點在其所選擇的方向上sleep; (11) 每個節(jié)點查看其所處的模式是否是所述的先傳輸信息后接收信息模式，若是，執(zhí) 行步驟(12)，否則執(zhí)行步驟(3); (12) 每個節(jié)點在其所選擇的方向接收hello信息，并判斷是否接收到hello信息，若接 收到，執(zhí)行步驟(13)，否則執(zhí)行步驟(18); (13) 每個節(jié)點根據(jù)接收到的he 11 〇信息中的節(jié)點ID號，判斷該he 11 〇信息是否是新的鄰 節(jié)點發(fā)送的，同時，每個節(jié)點根據(jù)接收到的hello信息中的鄰節(jié)點表，判斷該鄰節(jié)點表中是 否包含本節(jié)點ID號，若同時滿足，執(zhí)行步驟(14)，否則執(zhí)行步驟(17); (14) 每個節(jié)點將其所選擇的方向的鄰節(jié)點數(shù)量加一； (15) 每個節(jié)點判斷其所選擇的方向鄰節(jié)點數(shù)量加一的值是否等于m，若等于，執(zhí)行步驟 (16)，否則執(zhí)行步驟(17); (16) 每個節(jié)點改變其所選擇的方向上的find_finished值為1; (17) 每個節(jié)點根據(jù)接收到的he 11〇信息更新鄰節(jié)點表，同時記錄接收到的he 11 〇信息中 包含的節(jié)點ID號和波束方向信息，執(zhí)行步驟(19); (18) 對每個節(jié)點的信息發(fā)射功率值增加功率變化步長PW值，得到更大的信息發(fā)射功率 值，同時對所述的狀態(tài)選擇概率P2增加0.1，得到更大的狀態(tài)選擇概率P2值； (19) 每個節(jié)點查看其所處的模式是否是所述的先傳輸信息后接收信息模式，若是，執(zhí) 行步驟(3)，否則執(zhí)行步驟(8)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，其特征 在于:步驟（1)所述的find_finished值，是指用于標識可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò) 中的每個節(jié)點的各方向鄰節(jié)點數(shù)量滿足通信需求情況的信息，每個方向均設(shè)置find_ f ini shed值，其取值為0或1，0代表無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點的某方向鄰節(jié)點數(shù)量不能 夠滿足通信需求，1代表無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點的某方向鄰節(jié)點數(shù)量能夠滿足通信 需求。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，其特征 在于:步驟（18)所述的對每個節(jié)點的信息發(fā)射功率值增加功率變化步長PW值，是指可切換 波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點在信息發(fā)射功率的基礎(chǔ)上增加功率變化步長PW 值，可用于增大每個節(jié)點發(fā)送和接收信息的范圍，其中步長PW的值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和通信需 要來設(shè)置。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，其特征 在于:步驟(7)所述的根據(jù)比較結(jié)果選擇執(zhí)行鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)的模式，是指可切換波束天線的無 線自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點比較K1值和P1值的大小關(guān)系，并根據(jù)比較結(jié)果選擇執(zhí)行鄰節(jié)點 發(fā)現(xiàn)的模式，用于避免hello信息的沖突，提高hello信息在接收節(jié)點處正確接收的概率，其 中 Ρ1=0·5〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò)鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，其特征 在于:步驟(8)所述的根據(jù)比較結(jié)果判斷執(zhí)行狀態(tài)，是指可切換波束天線的無線自組織網(wǎng)絡(luò) 中的每個節(jié)點在傳輸hello信息之前比較Κ2值和Ρ2值的大小關(guān)系，并根據(jù)比較結(jié)果判斷執(zhí) 行狀態(tài)，用于降低節(jié)點實際的信息發(fā)送概率，避免hello信息在接收節(jié)點處的沖突，同時節(jié) 約節(jié)點能量。
【文檔編號】H04W52/36GK105873007SQ201610177121
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】張琰, 韓琳, 盛敏, 李建東, 史琰, 王璽鈞, 徐超, 孫紅光, 彭琳琳
【申請人】西安電子科技大學(xué)