专利名称：一种基于定向天线的Ad Hoc网络异步邻居节点扫描方法
技术领域：
本发明涉及的是一种无线通信技术领域，具体是一种基于定向天线的Ad Hoc (自组织对等式多跳移动通信网络)异步网络邻居节点扫描方法。
背景技术：
Ad Hoc网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成，Ad Hoc网络最初应用于军事领域，由于无线通信和终端技术的不断发展，Ad Hoc网络在民用环境下也得到了发展。在Ad Hoc网络中，每个主机的通信范围有限，因此路由一般都由多跳组成，数据通过多个主机的转发才能到达目的地。故Ad Hoc网络也被称为多跳无线网络。定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接受电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。定向天线可以进一步利用空间资源，增加网络的频率利用率，提高无线通信网络的容量，还可以带来如远距离通信，被探测概率低等诸多其它好处。邻居节点发现是Ad Hoc网络组网中最重要的一部分。特别在基于定向天线的通信网络中。邻居节点发现是指每个节点开机后，在没有邻节点先验信息的条件下，通过基于一定的互盲或自盲方法协议迅速找到其通信覆盖范围内的所有其他节点(同时被其他节点所发现)，并建立基本通信连接的过程。邻居节点发现方法在使用定向天线和全向天线不同选择的情况下，需要解决的问题也不相同，而且，其方法的优劣直接影响节点通信距离、网络建立时间等指标。虽然定向天线给系统带来了很大的性能提升，然而定向天线却给邻居节点发现带来了更多的挑战，两个节点要想成功通信，必须在同一个时间段指向相对的方向，这就使得基于定向天线的邻居节点发现策略显得尤其重要，低效的节点扫描方法会降低系统性能，有效得方法则会极大的发挥出定向天线的优势。从现有技术文献的检索发现，现有的Ad Hoc网络中邻居节点的扫描机制并没有一致的方法，大多为盲目性的扫描，还有一部分扫描机制假设系统处于同步状态下，这种假设在很多应用场景中都是不合理的。而在论文“SAND :Sectored-Antenna NeighborDiscovery Protocol for Wireless Networks”中，作者提出了一种异步系统中的扫描算法，但是该系统的扫描方法过于复杂，只适用于小规模网络，在大规模网络中的效率非常低。
发明内容
本发明针对现有邻居节点发现协议存在的上述不足，对基于定向天线的异步扫描模式，提供一种高效的扫描协议及使用方法，改善邻居节点扫描的效率。通过快速发射，缓慢扫描接收等机制，充分利用了定向天线的优势，克服了异步带来的时隙问题，在保证节点能够扫描出所有的邻居节点的同时，极大地提高了邻居节点扫描的效率。本发明是通过以下技术方案实现的
本发明提供一种快发慢收的扫描协议，包括两个部分基于扫描的发射机制(Scan-based Transmitting Mechanism)和回复机制(Reply Mechanism)。在基于扫描的发射机制中，发射节点在某一个方向上发射连续的数据包，接收节点则快速扫描所有的方向，直到收到有效的数据包为止。在回复机制中，收包的一方停留在一个固定的方向上，等待回复，发包的一方会加上随机的延时来避免与其他的回复包发生冲突。具体包括如下步骤第一步,对准备进入定向天线Ad Hoc网络的每个节点分配唯一的标识ID ；第二步，对每个节点配备相同的定向天线，并将天线的方向依次编号，每个天线的同一方向编号相同。第三步，节点通信的基本单元为时隙，再定义一个周期由若干个时隙组成。
第四步，将通信的时间以周期为单位划分，节点进入网络后，在每个周期开始时进行收/发模式选择处理，随机确定天线在每个周期的收/发模式。第五步，开始邻居节点扫描，首先进入基于扫描的发射机制，然后进入回复机制。在基于扫描的发射机制中，处于发模式的节点随机选择一个方向，在该方向上连续发包。处于收模式的节点快速扫描，在每个方向上停留一段时间，等待接收数据包。在回复机制中，发模式的节点在原来发射的方向上等待接收回复数据。收模式的节点随机选择时隙回复数据包给之前收到包的节点。第六步，节点完成本周期的扫描工作，返回第五步，进入下一个周期。与现有技术相比，本发明的有益效果在于以下几点1、提闻了节点扫描的效率；2、没有假设全网的时钟同步，在异步环境下做邻居节点扫描；3、可靠全面的扫描出全部的邻居节点；4、适用于各种Ad Hoc网络规模的场景，具有广泛的应用。
图1.本发明提供的通信模式示意图。图2.本发明提供的基于扫描的发射机制示意图。图3.本发明提供的回复机制示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例本实施例包括以下步骤第一步，对准备进入定向天线Ad Hoc网络的每个节点分配唯一的标识ID，假设所有节点已知总的节点个数N；第二步，对每个节点配备相同的定向天线。第三步，时隙长度为T，每个周期都由T个时隙组成，每个周期的长度为T*T。第四步，将通信的时间以周期为单位划分，节点进入网络后，在每个周期开始时进行收/发模式选择处理，确定天线每个时隙的收/发模式。所有节点都以pt(0〈pt〈l)的概率处于发模式，以(Ι-pt)的概率处于收模式。第五步，开始邻居节点扫描，所有节点都首先进入基于扫描的发射机制，然后进入回复机制。基于扫描的发射机制占用时长I\*T，回复机制占用时长T2*T，其中TJT2=T，如图1所示。如图2所不,在基于扫描的发射机制中，处于发模式的节点随机选择一个方向,在该方向上连续发包，包长小于Τ。处于收模式的节点快速扫描，在每个方向上停留时长2Τ，以确保可以收到一个完整的数据包，收到数据包后，记录信源的I D和方向信息。如图3所示，在回复机制中，发模式的节点在原来发射的方向上等待接收回复数据。收模式的节点在T2个时隙中随机选择时隙回复数据包给之前收到包的节点，注意调整对应自己发包的方向信息。 第六步，节点完成本周期的扫描工作，返回第五步，进入下一个周期。
权利要求
1.一种基于定向天线的Ad Hoc网络异步邻居节点扫描方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，对准备进入定向天线Ad Hoc网络的每个节点分配唯一的标识ID ； 第二步，对每个节点配备相同的定向天线； 第三步，节点通信的基本单元为时隙，定义一个周期由若干个时隙组成； 第四步，将通信的时间以周期为单位划分，节点进入网络后，在每个周期开始时进行收/发模式选择； 第五步，开始邻居节点扫描，首先进入基于扫描的发射机制，然后进入回复机制。
第六步，节点完成本周期的扫描工作，返回第五步，进入下一个周期。
2.根据权利要求1所述的基于定向天线的AdHoc网络异步邻居节点扫描方法，其特征在于，所述第三步是将时间以时隙为基本单位划分，并由若干个时隙组成周期。
3.根据权利要求1所述的基于定向天线的AdHoc网络异步邻居节点扫描方法，其特征在于，第三步所述的收/发模式选择 将时间以时隙为基本单位划分，并由若干个时隙组成周期，以周期为单位选择节点的收/发模式。
4.根据权利要求3所述的基于定向天线的AdHoc网络异步邻居节点扫描方法，其特征在于，第四步所述的收模式是先收后发，所述的发模式是先发后收。
5.根据权利要求1所述的基于定向天线的AdHoc网络异步邻居节点扫描方法，其特征在于，第五步所述的基于扫描的发射机制 发射节点在一定时间内停留在一个方向上连续发包，同时接收节点在各个不同的方向上扫描接收。
6.根据权利要求1所述的基于定向天线的AdHoc网络异步邻居节点扫描方法，其特征在于，第五步所述的回复机制 发射节点在某个特定的方向上停留，同时接收节点根据存储信息在各个不同的方向上回复扫描，并随机延时发包。
全文摘要
本发明提供一种无线通信技术领域的基于定向天线的Ad Hoc网络异步邻居节点扫描方法，包括以下步骤在进网之前，为每个节点配置唯一的标示ID和相同的定向天线；将通信的时间以周期为单位进行划分，每个周期又划分为若干个时隙，所有节点的周期和时隙长度都是相同的；每个周期开始前，每个节点随机选择自己的收发模式；处于收发模式的节点分别按照基于扫描的发射机制和回复机制进行工作；完成本周期的工作后，节点进入下一个周期。本发明在异步通信的基础上，保证扫描到所有的邻居节点，并充分利用了定向天线的优势，极大得提高了节点扫描的效率，减少了节点扫描所需的时间。
文档编号H04W48/16GK103002525SQ20121057604
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者王洋, 刘勃, 归琳, 熊箭, 田丰 申请人:上海交通大学