基于天線轉速差的雙定向天線鄰居發現方法技術

本發明專利技術公開了一種基于天線轉速差的雙定向天線鄰居發現方法，包括以下步驟：為每個節點配備相同的定向天線并分配唯一的標識ID；計算掃描方向的個數N；如果某節點準備發送信息，其開始鄰居發現過程，提高自身定向天線轉速至空閑節點的N倍，發送鄰居發現報文；當鄰居節點接收到鄰居發現報文后發送回復信息；發現節點接收到回復信息后保存鄰居信息，判斷發現過程是否結束。本發明專利技術充分利用定線天線的優勢，鄰居發現節點通過提高自身定向天線的旋轉角速度，保證在其任何一個鄰居節點的定向天線指向自己的時間內，鄰居發現節點可以旋轉一周向N個方向都發送了鄰居發現報文，確保其所有鄰居節點收到了發現節點的鄰居發現報文。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種無線通信
，更特別地說，是在使用定向天線通信時發現鄰居節點的方法。?
技術介紹
天線按信號覆蓋范圍可分為全向天線和定向天線。?全向天線擁有360°射頻范圍，全向天線向各個方向發送信號的強度相同，因此在通信過程中不需要將天線指向對端。定向天線是指在某一個或某幾個特定方向上發射及接收電磁波特別強，而在其它的方向上發射及接收信號則為零或極小的一種天線。定向天線與全向天線相比，有如下優點：(1)若使用相同的功率，定向天線能夠將信號發送到更遠的距離；(2)定向天線只在一個方向發射信號，其他方向的節點不能接收信號，可以使多個節點同時收發信號而不相互干擾，提高空間利用率；(3)如果接收節點確定，定向天線可以使用更低的功率來發送信號。?然而，由于定向天線只能在特定的方向發送和接收信號，因此節點之間能夠進行通信的前提是兩個節點的定向天線相互對準(或相互指向)，否則就無法接收到對方發送的信號。為了實現這個目的，發送節點要進行鄰居節點發現過程，才能找到周圍的節點及方向。鄰居節點發現是指在沒有鄰居節點先驗信息的條件下，通過一定的互盲或自盲方式迅速找到其通信覆蓋范圍內的所有其他節點的過程。在移動通信的環境下，節點幾乎每次發送數據之前都需要重新進行鄰居發現，鄰居發現是無線通信過程中的關鍵步驟之一，有效的鄰居發現算法對于大部分基于無線網絡的MAC協議、路由算法和拓撲控制算法是必不可少的。鄰居發現效率的高低直接影響著網絡的性能。?目前實現定向天線鄰居發現的方式并不統一，一種方式是使用全向天線來實現鄰居發現，然后使用定向天線收發數據，這種方式的鄰居發現喪失了定向天線的優勢，同時也限制了可以使用的天線的范圍；還有一部分掃描鄰居節點的方式要求全部節點時間同步，這種方式在很多情況下不合理；有些鄰居發現方法復雜度較高，只適合小型網絡，在大型網絡中效率較低；一些基于概率的鄰居節點發現方法中節點是根據概率開始鄰居發現，這種方法使節點在沒有信息發送時也進行鄰居發現，等其需要發送信息時，其保存的鄰居節點位置信息可能由于節點移動而變得不可用。?
技術實現思路
本專利技術目的在于至少解決現有定向天線鄰居節點發現方法的不足之一，提供一種高效的簡單的鄰居節點發現方法。發現節點通過提高定向天線掃描轉速來克服異步方式下發現鄰居節點時定向天線方向沒相互對準的困難，可以充分利用定向天線的優勢。?為實現上述目的，本專利技術采取如下技術方案：?第一步：通信初始化，包括：每個節點配備一個相同的定向天線，假定每個節點的波束寬度相同，定向天線主波束寬度是ω；為每個節點分配唯一的標識ID或編號；?第二步：節點通信設定，節點根據主波束寬度ω計算掃描方向的個數N，?并給每個方向設定一個順序號，方向順序號從正北方向開始依順時針方向設為1、2、3、……、N，相鄰方向順序號之間的角度差是ω；節點在空閑時天線處于接收模式，節點的天線旋轉周期是T，角速度其中ω表示定向天線的主波束角度；T表示空閑節點的定向天線旋轉周期。?第三步：如果某節點準備發送信息，該發送節點開始鄰居節點發現過程，該節點也稱為發現節點，發現節點提高定向天線轉速，將自己的定向天線轉動?角速度變成是空閑節點的N倍，即角速度為Nυ，旋轉周期縮短為定向天線從1號方向開始依次移動一個波束角度ω，并在每個方向發送鄰居發現報文，鄰居發現報文包括發現節點ID，然后發現節點的定向天線處于接收狀態，準備接收回復信息，等待時長；?第四步：當鄰居節點接收到鄰居發現報文后，提取鄰居發現報文中的節點ID，并記錄自身定向天線當前方向號j，之后將該方向號j和節點ID存儲在鄰居表中，之后鄰居節點的定向天線停止旋轉，并在時長內隨機一個時刻向發現節點發送回復信息,回復信息包含鄰居節點的ID；?第五步：發現節點接收到回復信息后，提取出其中的鄰居節點ID，將鄰居節點ID和自己的天線方向號存儲在自己的鄰居表中，之后發現節點的定向天線繼續旋轉，發現節點的定向天線旋轉了N圈之后鄰居節點發現過程結束。?與現有技術相比，本專利技術具有以下優勢：?1、由于發現節點的天線轉速快，因此在任何一個鄰居節點的定向天線指向發現節點的時間內，發現節點可以旋轉一周，向360°的方向都發送了鄰居發現報文，其中有時長是發現節點的天線對準鄰居節點的，這樣確保該鄰居節點收到了發送節點的鄰居發現報文；?2、僅在節點需要發送信息時才進行鄰居發現，克服了基于概率的鄰居節點發現方法中節點沒有信息發送時也進行鄰居發現，等需要發送信息時，其保存的鄰居節點位置信息可能由于節點移動而不可用的缺陷；?3、本專利技術適用于移動節點通信。?4、不需要全網節點的時鐘同步；?附圖說明圖1是鄰居發現節點的工作流程圖?圖2是空閑節點的工作流程圖?具體實施方式下面將結合附圖對本專利技術做進一步的詳細說明。圖1是鄰居發現節點的工作流程圖，包括以下說明的第一步、第二步、第三步、第五步，圖2是空閑節點的工作流程圖，包括以下說明的第四步。?第一步：通信初始化，具體處理為：每個節點配備一個相同的定向天線，為每個節點分配唯一的標識ID；?第二步：節點通信設定，具體處理為：?步驟201：節點計算天線掃描方向的個數N，步驟202：給每個方向設定一個順序號，方向順序號從正北方向開始依順時針方向設為1、2、3、……、N，相鄰方向順序號之間的角度差是ω；?步驟203：空閑節點的天線處于接收模式，天線旋轉周期是T，轉動角速度第三步：如果某節點準備發送信息，其開始鄰居節點發現過程，具體處理為：?步驟301：發現節點開始計數，設置計數器t，t＝1，并設置i＝1；?步驟302：發現節點提高定向天線轉速，將自己天線的角速度變成空閑節點天線轉速的N倍，即角速度為Nυ，旋轉周期縮短為步驟303：發現節點定向天線指向第i號方向，向方向i發送鄰居發現報文，鄰居發現報文包括發現節點的標識ID；?步驟304：發現節點的定向天線變成接收狀態，等待時長接收回復信息；?第四步：空閑的鄰居節點接收鄰居發現報文的具體處理是：?步驟401：鄰居節點的定向天線按方向順序號旋轉,設其當前天線的方向?號是j；?步驟402：鄰居節點接收鄰居發現報文，從鄰居發現報文中提取發現節點的ID；?步驟403：鄰居節點的定向天線停止旋轉，鄰居節點記錄其方向號j，并將該方向號j和發現節點ID存儲在自己的鄰居表中；?步驟404：鄰居節點在時間內的一隨機時刻向發現節點發送回復信息，回復信息包含鄰居節點的ID；?步驟405：鄰居節點判斷j是否等于N，如果j＝N,則設置j＝1，否則j＝j+1,轉到步驟401；?第五步：發現節點等待接收回復信息的具體處理步驟是：?步驟501：如果發現節點接收到鄰居節點的回復信息，則提取回復信息中鄰居節點ID，將定向天線方向號i和鄰居節點ID存儲在自己的鄰居表中；如果沒收到鄰居節點的回復信息，則轉到步驟502；?步驟502：判斷i是否等于N，如果i＝N,轉到本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于天線轉速差的雙定向天線鄰居發現方法，其特征在于，鄰居發現包括以下步驟：?第一步：每個節點配備一個相同的定向天線，每個節點分配唯一的標識ID或編號；?第二步：節點計算掃描方向的個數N，分配方向順序號；?第三步：如果某節點準備發送信息，開始鄰居節點發現過程，提高定向天線轉速，發送鄰居發現報文；?第四步：當鄰居節點接收到鄰居發現報文后發送回復信息；?第五步：發送節點接收到回復信息，保存鄰居信息，判斷掃描是否結束，返回第三步。

【技術特征摘要】
1.基于天線轉速差的雙定向天線鄰居發現方法，其特征在于，鄰居發現包括以下步驟：?
第一步：每個節點配備一個相同的定向天線，每個節點分配唯一的標識ID或編號；?
第二步：節點計算掃描方向的個數N，分配方向順序號；?
第三步：如果某節點準備發送信息，開始鄰居節點發現過程，提高定向天線轉速，發送鄰居發現報文；?
第四步：當鄰居節點接收到鄰居發現報文后發送回復信息；?
第五步：發送節點接收到回復信息，保存鄰居信息，判斷掃描是否結束，返回第三步。?
2.根據權利要求1所述的基于天線轉速差的雙定向天線鄰居發現方法，其特征在于：空閑節點的天線處于接收狀態。?
3.根據權利要求1所述的基于天線轉速差的雙定向天線鄰居發現方法，其特征在于：第二步計算掃描方向的個數N，給每個方向設定一個順序號，方向順序號從某預定方向開始依次設為1、2、3、……、N。?
4.根據權利要求1所述的基于天線轉速差的雙定向天線鄰居發現方法，其特征在于：空閑節點的天線依方向順序號保持旋轉。?
5.根據權利要求1所述的基于天線轉速差的雙定向天線鄰居發現方法，其特征在于：當節點有信息要發送時，該節點開始鄰居節點發現。?
6.根據權利要求1所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蘆效峰，
申請(專利權)人：北京郵電大學，無錫北郵感知技術產業研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11