基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，包括以下步骤：为每个节点配备相同的定向天线并分配唯一的标识ID；计算扫描方向的个数N；如果某节点准备发送信息，其开始邻居发现过程，提高自身定向天线转速至空闲节点的N倍，发送邻居发现报文；当邻居节点接收到邻居发现报文后发送回复信息；发现节点接收到回复信息后保存邻居信息，判断发现过程是否结束。本发明充分利用定线天线的优势，邻居发现节点通过提高自身定向天线的旋转角速度，保证在其任何一个邻居节点的定向天线指向自己的时间内，邻居发现节点可以旋转一周向N个方向都发送了邻居发现报文，确保其所有邻居节点收到了发现节点的邻居发现报文。
【专利说明】基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无线通信【技术领域】，更特别地说，是在使用定向天线通信时发现 邻居节点的方法。
【背景技术】
[0002] 天线按信号覆盖范围可分为全向天线和定向天线。
[0003] 全向天线拥有360°射频范围，全向天线向各个方向发送信号的强度相同，因此在 通信过程中不需要将天线指向对端。定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接 收电磁波特别强，而在其它的方向上发射及接收信号则为零或极小的一种天线。定向天线 与全向天线相比，有如下优点：（1)若使用相同的功率，定向天线能够将信号发送到更远的 距离；（2)定向天线只在一个方向发射信号，其他方向的节点不能接收信号，可以使多个节 点同时收发信号而不相互干扰，提高空间利用率；(3)如果接收节点确定，定向天线可以使 用更低的功率来发送信号。
[0004] 然而，由于定向天线只能在特定的方向发送和接收信号，因此节点之间能够进行 通信的前提是两个节点的定向天线相互对准（或相互指向），否则就无法接收到对方发送 的信号。为了实现这个目的，发送节点要进行邻居节点发现过程，才能找到周围的节点及方 向。邻居节点发现是指在没有邻居节点先验信息的条件下，通过一定的互盲或自盲方式迅 速找到其通信覆盖范围内的所有其他节点的过程。在移动通信的环境下，节点几乎每次发 送数据之前都需要重新进行邻居发现，邻居发现是无线通信过程中的关键步骤之一，有效 的邻居发现算法对于大部分基于无线网络的MAC协议、路由算法和拓扑控制算法是必不可 少的。邻居发现效率的高低直接影响着网络的性能。
[0005]目前实现定向天线邻居发现的方式并不统一，一种方式是使用全向天线来实现邻 居发现，然后使用定向天线收发数据，这种方式的邻居发现丧失了定向天线的优势，同时也 限制了可以使用的天线的范围；还有一部分扫描邻居节点的方式要求全部节点时间同步， 这种方式在很多情况下不合理；有些邻居发现方法复杂度较高，只适合小型网络，在大型网 络中效率较低；一些基于概率的邻居节点发现方法中节点是根据概率开始邻居发现，这种 方法使节点在没有信息发送时也进行邻居发现，等其需要发送信息时，其保存的邻居节点 位置信息可能由于节点移动而变得不可用。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于至少解决现有定向天线邻居节点发现方法的不足之一，提供一种 高效的简单的邻居节点发现方法。发现节点通过提高定向天线扫描转速来克服异步方式下 发现邻居节点时定向天线方向没相互对准的困难，可以充分利用定向天线的优势。
[0007] 为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
[0008] 第一步：通信初始化，包括：每个节点配备一个相同的定向天线，假定每个节点的 波束宽度相同，定向天线主波束宽度是ω;为每个节点分配唯一的标识ID或编号；
[0009] 第二步：节点通信设定，节点根据主波束宽度ω计算扫描方向的个数N， iv= [21，并给每个方向设定一个顺序号，方向顺序号从正北方向开始依顺时针方向设为 ω 1、2、3、……、N，相邻方向顺序号之间的角度差是ω;节点在空闲时天线处于接收模式，节 点的天线旋转周期是Τ，角速度y=
[0010] 其中ω表示定向天线的主波束角度；T表示空闲节点的定向天线旋转周期。
[0011] 第三步：如果某节点准备发送信息,该发送节点开始邻居节点发现过程,该节点也 称为发现节点，发现节点提高定向天线转速，将自己的定向天线转动角速度变成是空闲节 点的N倍，即角速度为Nυ，旋转周期缩短为定向天线从1号方向开始依次移动一个波束 角度ω，并在每个方向发送邻居发现报文，邻居发现报文包括发现节点ID，然后发现节点 的定向天线处于接收状态，准备接收回复信息，等待时长；
[0012]第四步：当邻居节点接收到邻居发现报文后，提取邻居发现报文中的节点ID，并 记录自身定向天线当前方向号j，之后将该方向号j和节点ID存储在邻居表中，之后邻居节 点的定向天线停止旋转，并在时长内随机一个时刻向发现节点发送回复信息，回复信息 包含邻居节点的ID;
[0013] 第五步：发现节点接收到回复信息后，提取出其中的邻居节点ID，将邻居节点ID 和自己的天线方向号存储在自己的邻居表中，之后发现节点的定向天线继续旋转，发现节 点的定向天线旋转了N圈之后邻居节点发现过程结束。
[0014] 与现有技术相比，本发明具有以下优势：
[0015] 1、由于发现节点的天线转速快，因此在任何一个邻居节点的定向天线指向发现节 点的时间内，发现节点可以旋转一周，向360°的方向都发送了邻居发现报文，其中有 NNjdl 时长是发现节点的天线对准邻居节点的，这样确保该邻居节点收到了发送节点的邻居发现 报文；
[0016] 2、仅在节点需要发送信息时才进行邻居发现，克服了基于概率的邻居节点发现方 法中节点没有信息发送时也进行邻居发现，等需要发送信息时，其保存的邻居节点位置信 息可能由于节点移动而不可用的缺陷；
[0017] 3、本发明适用于移动节点通信。
[0018] 4、不需要全网节点的时钟同步；
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是邻居发现节点的工作流程图
[0020] 图2是空闲节点的工作流程图
【具体实施方式】
[0021] 下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。图1是邻居发现节点的工作流程 图，包括以下说明的第一步、第二步、第三步、第五步，图2是空闲节点的工作流程图，包括 以下说明的第四步。
[0022] 第一步：通信初始化，具体处理为：每个节点配备一个相同的定向天线，为每个节 点分配唯一的标识ID;
[0023] 第二步：节点通信设定，具体处理为：
[0024] 步骤201:节点计算天线扫描方向的个数N，iV= ω
[0025] 步骤202:给每个方向设定一个顺序号，方向顺序号从正北方向开始依顺时针方 向设为1、2、3、……、Ν，相邻方向顺序号之间的角度差是ω;
[0026] 步骤203:空闲节点的天线处于接收模式，天线旋转周期是Τ，转动角速度V=
[0027] 第三步：如果某节点准备发送信息，其开始邻居节点发现过程，具体处理为：
[0028] 步骤301:发现节点开始计数，设置计数器t，t= 1，并设置i= 1;
[0029] 步骤302:发现节点提高定向天线转速,将自己天线的角速度变成空闲节点天线 转速的N倍，即角速度为Nu，旋转周期缩短为4。 N
[0030] 步骤303:发现节点定向天线指向第i号方向，向方向i发送邻居发现报文，邻居 发现报文包括发现节点的标识ID;
[0031] 步骤304:发现节点的定向天线变成接收状态，等待时长接收回复信息； N2
[0032] 第四步：空闲的邻居节点接收邻居发现报文的具体处理是：
[0033] 步骤401:邻居节点的定向天线按方向顺序号旋转，设其当前天线的方向号是 j;
[0034] 步骤402:邻居节点接收邻居发现报文，从邻居发现报文中提取发现节点的ID;
[0035] 步骤403:邻居节点的定向天线停止旋转，邻居节点记录其方向号j，并将该方向 号j和发现节点ID存储在自己的邻居表中；
[0036] 步骤404:邻居节点在时间内的一随机时刻向发现节点发送回复信息，回复信 息包含邻居节点的ID;
[0037] 步骤405:邻居节点判断j是否等于N，如果j=N,则设置j= 1，否则j=j+1, 转到步骤401;
[0038] 第五步：发现节点等待接收回复信息的具体处理步骤是：
[0039] 步骤501:如果发现节点接收到邻居节点的回复信息，则提取回复信息中邻居节 点ID，将定向天线方向号i和邻居节点ID存储在自己的邻居表中；如果没收到邻居节点的 回复信息，则转到步骤502;
[0040] 步骤502:判断i是否等于N，如果i=N，转到步骤503;否则i=i+1，转到步骤 303；
[0041] 步骤503:判断t是否等于N，如果t=N，则邻居节点发现过程结束，否则设置i= 1，t=t+1,转到步骤303。
【权利要求】
1. 基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，其特征在于，邻居发现包括以下步 骤： 第一步：每个节点配备一个相同的定向天线，每个节点分配唯一的标识ID或编号； 第二步：节点计算扫描方向的个数N，分配方向顺序号； 第三步：如果某节点准备发送信息，开始邻居节点发现过程，提高定向天线转速，发送 邻居发现报文； 第四步：当邻居节点接收到邻居发现报文后发送回复信息； 第五步：发送节点接收到回复信息，保存邻居信息，判断扫描是否结束，返回第三步。
2. 根据权利要求1所述的基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，其特征在于： 空闲节点的天线处于接收状态。
3. 根据权利要求1所述的基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，其特征在于： 第二步计算扫描方向的个数N，
>给每个方向设定一个顺序号，方向顺序号从某预 定方向开始依次设为1、2、3、……、N。
4. 根据权利要求1所述的基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，其特征在于： 空闲节点的天线依方向顺序号保持旋转。
5. 根据权利要求1所述的基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，其特征在于： 当节点有信息要发送时，该节点开始邻居节点发现。
6. 根据权利要求1所述的基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，其特征在于： 第三步进行邻居发现的节点提高天线扫描转速； 进行邻居发现的节点天线扫描转速提高至空闲节点天线扫描转速的N倍。
7. 根据权利要求1所述的基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，其特征在于： 邻居发现节点先发送后接收的工作模式； 邻居发现节点转到每个方向时立刻发送邻居发现报文，然后天线处于接收状态，等待 时长准备接收回复信息。
8. 根据权利要求1所述的基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，其特征在于： 邻居节点的回复机制； 邻居节点接收到邻居发现报文后，其定向天线停止旋转，
时长内的随机时刻向 发送节点发送回复信息，然后天线继续处于接收状态并旋转。
9. 根据权利要求1所述的基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，其特征在于： 第五步发送节点接收到回复信息后的处理； 发送节点接收到回复信息后将自身天线方向号和邻居节点ID保存，发送节点继续等 待接收其他节点的回复信息，之后定向天线继续旋转到下一个方向号。
10. 根据权利要求1所述的基于天线转速差的双定向天线邻居发现方法，其特征在于： 邻居发现节点的定向天线旋转N圈后邻居发现过程结束。
【文档编号】H04W40/24GK104363627SQ201410440554
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】芦效峰 申请人:北京邮电大学, 无锡北邮感知技术产业研究院有限公司