定向自组网方法、设备及系统与流程

1.本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及定向自组网方法、设备及系统。


背景技术：

2.不同于采用全向天线进行自组网的网络设备，采用定向天线或波束进行自组网的网络设备，一般通过多个定向天线或波束拼阵的方式来实现全向的网络覆盖，而在信息发送与接收时其电磁信号则仍是按照定向波束的方式进行发送和接收的。这使得传统的基于全向天线广播与侦听的自组网方式不能应用在定向自组网节点的网络接入上。
3.目前，通常是借助于全向天线、gps(global positioning system，全球定位系统)授时等辅助信息来实现定向自组网节点的时间同步以及天线对准，从而实现网络接入。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了定向自组网方法、设备及系统，以解决如何在不借助辅助信息的条件下实现定向自组网的问题。
5.本发明实施例的第一方面提供了一种定向自组网方法，包括：
6.在侦听到源节点/已入网节点发送的探测帧后，在侦听到探测帧的扇区上与所述源节点/已入网节点进行数据帧交互，以确定与所述源节点/已入网节点之间的时间偏差，并基于所述时间偏差与所述源节点/已入网节点进行时间同步；
7.在多个扇区上发送探测帧；
8.与邻居节点进行天线对准。
9.本发明实施例的第二方面提供了一种定向自组网方法，包括：
10.源节点和已入网节点均在自身的多个扇区上发送探测帧；
11.未入网节点在侦听到所述源节点/已入网节点发送的探测帧后，在侦听到探测帧的扇区上与所述源节点/已入网节点进行数据帧交互，以确定与所述源节点/已入网节点之间的时间偏差，并基于所述时间偏差与所述源节点/已入网节点进行时间同步，以转化为所述已入网节点；
12.所述已入网节点与邻居节点进行天线对准。
13.本发明实施例的第三方面提供了一种网络设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面所述方法的步骤。
14.本发明实施例的第四方面提供了一种定向自组网系统，包括源节点和至少一个如上第三方面所述的网络设备。
15.本发明实施例的第五方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面所述方法的步骤。
16.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：首先在侦听到源节点/已入网
节点发送的探测帧后，在侦听到探测帧的扇区上与源节点/已入网节点进行数据帧交互，以确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差，并基于时间偏差与所述源节点/已入网节点进行时间同步；然后在多个扇区上发送探测帧；与邻居节点进行天线对准，通过在侦听到探测帧的扇区上进行数据帧交互，能够优先完成时间同步，转换为已入网节点；然后通过在多个扇区上发送探测帧，能够实现同步信息的进一步扩散，以使更多的未入网节点接入；在完成时间同步后进行天线对准，能够实现定向天线的对准，提高通信质量，从而在不借助辅助信息的条件下实现网络设备间的定向自组网。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明一实施例提供的定向自组网方法的流程示意图；
19.图2是本发明又一实施例提供的定向自组网方法中时间同步过程的流程示意图；
20.图3是本发明另一实施例提供的定向自组网方法的流程示意图；
21.图4是本发明一个实施例提供的时间同步过程中的数据帧的示例图；
22.图5为本发明一实施例提供的定向自组网装置的结构示意图；
23.图6是本发明一实施例提供的网络设备的示意图。
具体实施方式
24.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
25.为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
26.图1是本发明一实施例提供的定向自组网方法的流程示意图。该方法的执行主体为网络设备。该网络设备能以定向自组网的方式接入目标网络，在此不对网络设备的配置进行限定。在一种可能的实施例中，网络设备可以安装多面定向天线，也可以安装一个或一组具备多波束成型的智能天线，网络设备在微观的某一时刻采用一个或者多个定向波束进行电磁信号的定向发射，以提高信号空间传播能力；在宏观上可实现水平360
°
的信号全向覆盖，可选地俯仰不低于90
°
的覆盖，满足设备组网水平全向乃至半球覆盖的需求。如图1所示，该方法包括：
27.s101，在侦听到源节点/已入网节点发送的探测帧后，在侦听到探测帧的扇区上与源节点/已入网节点进行数据帧交互，以确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差，并基于时间偏差与源节点/已入网节点进行时间同步。
28.本实施例中，节点的类型共有三种：源节点、已入网节点和未入网节点。以定向自组网方式所组成的网络称为目标网络。目标网络中包括一个源节点。目标网络以源节点的时钟时间为基准。已入网节点的时间均与该基准保持时间同步。已入网节点为已接入目标
网络的节点。未入网节点为未接入目标网络的节点，未入网节点在完成时间同步后接入目标网络。具体的，对于一个非源节点的网络设备，该网络设备在接入目标网络前为未入网节点，在接入目标网络后为已入网节点。
29.目标网络的时间同步首先从源节点开始。源节点可以在自身的多个扇区上发送探测帧。侦听到探测帧的未入网节点与源节点进行时间同步，从而转化为已入网节点。之后，源节点和已入网节点均在自身的多个扇区上发送探测帧，以使更多的未入网节点可以侦听到探测帧从而进行时间同步，转化为已入网节点。其中，探测帧用于指示未入网节点进行时间同步。可选地，探测帧可以包括源节点的标识。在发送探测帧的为已入网节点时，该探测帧还可以包括发送该探测帧的节点的标识。
30.对于一个未入网节点而言，该未入网节点可能侦听到源节点或者已入网节点发送的探测帧。下面分别进行说明。
31.在一种可能的情形中，该未入网节点侦听到源节点发送的探测帧，之后在侦听到该探测帧的扇区上与源节点进行数据帧交互，以确定与源节点之间的时间偏差，并基于时间偏差与源节点进行时间同步，以转化为已入网节点。其中，该未入网节点可以基于时间偏差调整自身的时钟时间，从而使自身的时钟时间与源节点的时钟时间保持同步。
32.在一种可能的情形中，该未入网节点侦听到某个已入网节点发送的探测帧，之后在侦听到该探测帧的扇区上与该已入网节点进行数据帧交互，以确定与该已入网节点之间的时间偏差，并基于时间偏差与该已入网节点进行时间同步，以转化为已入网节点。其中，该未入网节点可以基于时间偏差调整自身的时钟时间，从而使自身的时钟时间与该已入网节点的时钟时间保持同步。由于该已入网节点与源节点保持时间同步，因而该未入网节点间接的与源节点进行了时间同步。
33.s102，在多个扇区上发送探测帧。
34.s103，与邻居节点进行天线对准。
35.本实施例中，一个未入网节点在完成时间同步，转化为已入网节点后，则按照已入网节点的工作方式，一方面在自身的多个扇区上发送探测帧，以通过探测帧使更多的未入网节点进行时间同步，接入目标网络；另一方面该节点还与各邻居节点进行天线对准，以确定与各邻居节点的最佳通信扇区。需要说明的是，s102和s103的执行次序在此不做限定，s102可以在s103之前，也可以在s103之后，另外，s102和s103也可以并行的执行。
36.本发明实施例首先在侦听到源节点/已入网节点发送的探测帧后，在侦听到探测帧的扇区上与源节点/已入网节点进行数据帧交互，以确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差，并基于时间偏差与源节点/已入网节点进行时间同步；然后在多个扇区上发送探测帧；与邻居节点进行天线对准，通过在侦听到探测帧的扇区上进行数据帧交互，能够优先完成时间同步，转换为已入网节点；然后通过在多个扇区上发送探测帧，能够实现同步信息的进一步扩散，以使更多的未入网节点接入；在完成时间同步后进行天线对准，能够实现定向天线的对准，提高通信质量，从而在不借助辅助信息的条件下实现网络设备间的定向自组网。
37.图2是本发明又一实施例提供的定向自组网方法中时间同步过程的流程示意图。在图1所示实施例的基础上，对如何确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差的具体实现过程进行了说明。如图2所示，s101中在侦听到探测帧的扇区上与源节点/已入网节点进行
数据帧交互，以确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差，可以包括：
38.s201，在侦听到探测帧的扇区上向源节点/已入网节点发送第一同步请求帧，其中，第一同步请求帧中包括第一同步请求帧的发送时刻。
39.s202，在侦听到探测帧的扇区上接收源节点/已入网节点发送的第一同步确认帧，其中，第一同步确认帧中包括第一同步请求帧的接收时刻和第一同步确认帧的发送时刻。
40.s203，根据第一同步请求帧的发送时刻、第一同步请求帧的接收时刻、第一同步确认帧的发送时刻以及第一同步确认帧的接收时刻，确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差。
41.本实施例中，对于一个未入网节点，该未入网节点如果侦听到源节点发送的探测帧，则在侦听到该探测帧的扇区上向源节点发送第一同步请求帧。源节点在侦听到该第一同步请求帧后，在侦听到该第一同步请求帧的扇区上发送第一同步确认帧。该未入网节点在侦听到该探测帧的扇区上接收第一同步确认帧，然后确定与源节点之间的时间偏差。
42.该未入网节点如果侦听到某个已入网节点发送的探测帧，则在侦听到该探测帧的扇区上向该已入网节点发送第一同步请求帧。该已入网节点在侦听到该第一同步请求帧后，在侦听到该第一同步请求帧的扇区上发送第一同步确认帧。该未入网节点在侦听到该探测帧的扇区上接收第一同步确认帧，然后确定与该已入网节点之间的时间偏差。
43.可选地，根据第一同步请求帧的发送时刻、第一同步请求帧的接收时刻、第一同步确认帧的发送时刻以及第一同步确认帧的接收时刻，确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差，可以包括：
44.将第一时间差与第二时间差的差值除以2，以得到与源节点/已入网节点之间的时间偏差，其中第一时间差为第一同步请求帧的接收时刻与第一同步请求帧的发送时刻之间的差值，第二时间差为第一同步确认帧的接收时刻与第一同步确认帧的发送时刻之间的差值。
45.计算时间偏差的公式可以表示为：t＝((t2
‑
t1)
‑
(t4
‑
t3))/2，其中，t1为第一同步请求帧的发送时刻，t2为第一同步请求帧的接收时刻，t3为第一同步确认帧的发送时刻，t4为第一同步确认帧的接收时刻。
46.可选地，第一同步请求帧可以包括发送该第一同步请求帧的节点的标识和/或该第一同步请求帧所发送的目标节点的标识。第一同步确认帧可以包括发送该第一同步确认帧的节点的标识和/或该第一同步请求帧所发送的目标节点的标识。
47.可选地，在上述任一实施例的基础上，s102可以包括：
48.在每次进入同步发起模式后，在多个扇区中的每个扇区上发送预设数目的探测帧，其中，预设数目大于或等于发送探测帧的扇区的总个数。
49.本实施例中，已入网节点的工作模式包括但不限于以下两种：同步发起模式和侦听模式。已入网节点在同步发起模式下，可以发送探测帧；在侦听模式下可以侦听其他节点发送的数据帧。已入网节点可以选择性的进入同步发起模式和侦听模式中的一种。
50.已入网节点发送探测帧的扇区的总个数以及具体在哪些扇区上发送探测帧可以根据实际需求确定，在此不作限定。例如，某个已入网节点实际发送探测帧所采用的天线数量为n，即在n个扇区上发送探测帧，则在每次进入同步发起模式后，在n个扇区中的每个扇区上发送m个探测帧，其中，m和n均为大于1的整数，m大于或等于n，则该已入网节点在一个
周期内(遍历所有天线扇区)发送的探测帧总数至少为n
mll
＝n2。
51.可选地，在上述任一实施例的基础上，s102之后，该方法还包括：
52.在侦听到未入网节点发送的第二同步请求帧后，在侦听到第二同步请求帧的扇区上向未入网节点发送第二同步确认帧，其中，第二同步请求帧中包括第二同步请求帧的发送时刻，第二同步确认帧中包括第二同步请求帧的接收时刻和第二同步确认帧的发送时刻。
53.本实施例中，一个网络设备在与源节点或已入网节点进行时间同步后，由未入网节点转化为已入网节点。该网络设备在多个扇区上发送探测帧后，基于已入网节点的工作方式引导其他未入网节点进行时间同步。具体的，该网络设备如果侦听到某个未入网节点发送的第二同步请求帧，则在侦听到第二同步请求帧的扇区上向该未入网节点发送第二同步确认帧，其中，第二同步请求帧中包括第二同步请求帧的发送时刻，第二同步确认帧中包括第二同步请求帧的接收时刻和第二同步确认帧的发送时刻，从而使得该未入网节点可以根据第二同步请求帧的发送时刻、第二同步请求帧的接收时刻、第二同步确认帧的发送时刻、第二同步确认帧的接收时刻确定与该网络设备的时间偏差，并基于时间偏差对自身的时钟时间进行调整，以实现与该网络设备的时间同步，接入目标网络，转化为已入网节点。
54.可选地，在上述任一实施例的基础上，s103可以包括：
55.在侦听到邻居节点发送的探测帧的多个扇区中最大接收电平的扇区上，与邻居节点进行信息交互，并将最大接收电平的扇区确定为与邻居节点通信的最佳扇区。
56.本实施例中，网络设备在与源节点/已入网节点进行时间同步，转化为已入网节点后，与各邻居节点进行天线对准。具体地，已入网节点的天线对准方式是，在多个扇区上侦听到某个邻居节点发送的探测帧后，在该多个扇区中最大接收电平的扇区上，与该邻居节点进行信息交互，进行通信时间和扇区的协商，并将该最大接收电平的扇区确定为与该邻居节点通信的最佳扇区。按照该方式分别确定与各邻居节点通信的最佳扇区，实现天线对准。
57.可选地，在上述任一实施例的基础上，在s101之后，该方法还可以包括：
58.根据自身的时间等级与邻居节点的时间等级进行时间同步维护，其中，所述时间等级与节点和所述源节点之间的最小跳数有关，跳数越小，时间等级越高。
59.本实施例中，在网络中的已入网节点由于各自时钟精度不一致，过一段时间仍会产生时间偏差，因此已入网节点可以进行时间同步维护。网络设备在与源节点/已入网节点进行时间同步，转化为已入网节点后，可以通过在侦听模式下侦听到的邻居节点的时间等级进行时间同步维护，从而不断修正因器件偏差、计算精度等引入的时间不确定性，保证时间同步的稳定性。其中，时间等级表征节点与源节点之间的最小跳数；例如，一个节点b如果是源节点a的邻居节点，该节点b可以和源节点a直接进行通信，则该节点b的时间等级可以表示为1(数值越小，时间等级越高)；而该节点b的相邻节点中不能和源节点直接通信的节点(如节点c)的时间等级可以表示2。即，与a直接通信的节点的时间等级最高，每向外传递一层节点的时间等级逐渐降低。
60.可选地，该步骤具体可以包括：
61.侦听邻居节点的时间等级；
62.在自身的时间等级低于邻居节点的时间等级时，与邻居节点进行数据帧交互，以
确定与邻居节点的时间偏差，并基于与邻居节点的时间偏差，调整自身时钟时间，以与邻居节点进行时间同步；
63.在自身的时间等级不低于邻居节点的时间等级时，保持自身当前的时间同步信息不变。
64.以已入网节点b的一个邻居节点c为例，已入网节点b可以侦听邻居节点c的时间等级。已入网节点b将自身的时间等级与邻居节点c的时间等级进行对比，若自身的时间等级低于邻居节点c的时间等级，则通过上述s01至s203的步骤与邻居节点c进行数据帧交互，以确定与邻居节点c的时间偏差，并基于与邻居节点c的时间偏差，调整自身时钟时间，以与邻居节点c进行时间同步；若自身的时间等级不低于邻居节点c的时间等级，则保持自身的时间同步信息不变，不对自身的时钟时间进行调整。
65.本实施例通过侦听各邻居节点的时间等级，并基于高于自身时间等级的邻居节点的时间进行同步，这样可以选择时间等级最高的邻居节点进行时间同步，从而提高时间同步的稳定性。
66.可选地，在上述任一实施例的基础上，源节点可以是预先指定的，也可以根据预设的算法推举产生的，在此不作限定。可选地，如果目标网络中原有的源节点退网或者脱网，目标网络会自动推举出新的源节点来保证网络不瘫痪。可选地，稳定的网络中源节点具有唯一性。在两个或两个以上不同的网络(分别具有不同的源节点)进行网络融合时，可以根据预设的算法，从待融合的两个或两个以上不同的网络中确定一个源节点，以该源节点为时间基准进行融合，融合形成一个完整的网络。
67.图3是本发明另一实施例提供的定向自组网方法的流程示意图。该方法应用于定向自组网系统。如图3所示，该方法包括：
68.s301，源节点和已入网节点均在自身的多个扇区上发送探测帧。
69.s302，未入网节点在侦听到源节点/已入网节点发送的探测帧后，在侦听到探测帧的扇区上与源节点/已入网节点进行数据帧交互，以确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差，并基于时间偏差与源节点/已入网节点进行时间同步，以转化为已入网节点。
70.s303，已入网节点与邻居节点进行天线对准。
71.本实施例中，目标网络的时间同步首先从源节点开始。源节点可以在自身的多个扇区上发送探测帧。侦听到探测帧的未入网节点与源节点进行时间同步，从而转化为已入网节点。之后，源节点和已入网节点均在自身的多个扇区上发送探测帧，以使更多的未入网节点可以侦听到探测帧从而进行时间同步，转化为已入网节点。具体的实现过程与上述以网络设备为执行主体的方法实施例类似，在此不再赘述。需要说明的是，本实施例中s301、s302和s303步骤的顺序均不作限定。
72.本发明实施例中源节点和已入网节点均在自身的多个扇区上发送探测帧；未入网节点在侦听到源节点/已入网节点发送的探测帧后，在侦听到探测帧的扇区上与源节点/已入网节点进行数据帧交互，以确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差，并基于时间偏差与源节点/已入网节点进行时间同步，以转化为已入网节点；已入网节点与邻居节点进行天线对准，通过源节点和已入网节点均在自身的多个扇区上发送探测帧，未入网节点在侦听到探测帧的扇区上进行数据帧交互，能够使未入网节点优先完成时间同步，转换为已入网节点；然后通过已入网节点在多个扇区上发送探测帧，能够实现同步信息的进一步扩散，以
使更多的未入网节点接入；另外，在完成时间同步后已入网节点与邻居节点进行天线对准，能够实现定向天线的对准，提高通信质量，从而在不借助辅助信息的条件下实现网络设备间的定向自组网。
73.可选地，未入网节点在侦听到源节点/已入网节点发送的探测帧后，在侦听到探测帧的扇区上与源节点/已入网节点进行数据帧交互，以确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差，包括：
74.未入网节点在侦听到探测帧的扇区上向源节点/已入网节点发送第一同步请求帧，其中，第一同步请求帧中包括第一同步请求帧的发送时刻；
75.源节点/已入网节点在侦听到第一同步请求帧后，在侦听到第一同步请求帧的扇区上向未入网节点发送第一同步确认帧，其中，第一同步确认帧中包括第一同步请求帧的接收时刻和第一同步确认帧的发送时刻；
76.未入网节点根据第一同步请求帧的发送时刻、第一同步请求帧的接收时刻、第一同步确认帧的发送时刻以及第一同步确认帧的接收时刻，确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差。
77.可选地，s301可以包括：
78.源节点和已入网节点均在每次进入同步发起模式后，在多个扇区中的每个扇区上发送预设数目的探测帧，其中，预设数目大于或等于发送探测帧的扇区的总个数。
79.可选地，已入网节点与邻居节点进行天线对准，包括：
80.已入网节点在侦听到邻居节点发送的探测帧的多个扇区中最大接收电平的扇区上，与邻居节点进行信息交互，并将最大接收电平的扇区确定为与邻居节点通信的最佳扇区。
81.可选地，已入网节点为已接入目标网络的节点。可选地，未入网节点为未接入目标网络的节点，未入网节点在完成时间同步后接入目标网络。可选地，目标网络中包括源节点，目标网络以源节点的时钟时间为基准。可选地，源节点和已入网节点发送的探测帧中均包括源节点的标识。
82.本实施例提供的定向自组网方法，与上述以网络设备为执行主体的方法实施例的实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
83.下面通过一个实施示例对本发明实施例提供的定向自组网方法进行说明。该实施示例中的每台网络设备安装多面定向天线，在微观的某一时刻采用一个或者多个定向波束进行电磁信号的定向发射，以提高信号空间传播能力；在宏观上可实现水平360
°
的信号全向覆盖，满足设备组网覆盖的需求。定向自组织网络建立的流程包括以下步骤：
84.s1，将网络节点分为三类：源节点类型a，未入网节点类型b和已入网节点类型c。按照事先约定规则确定一个源节点，作为同步初始发起节点；如在一些实现方式中，可以采用设备标识号大小排序或人为指定的方式。
85.s2，初始以源节点a为时间同步基准，其他节点(均为未入网节点类型b)开始进行时间同步，直至所有节点转化为已入网节点类型c。其中，源节点或已入网节点的同步信息扩散过程，其同步信息来源虽然不同，但其基本流程是一致的。为方便说明，在本实施示例中不失一般性地，以节点e和f为例，其中节点e为已入网节点，节点f为未入网节点，对该同步信息扩散过程进行描述。
86.其中，节点e具有同步发起和侦听两种模式，而节点f只具有侦听模式，节点e以一定的概率p进入同步发起模式(其中0<p<1)，引导节点f完成时间同步，接入网络且节点e和f相互标记为邻居节点；假定节点e距离源节点的时间等级为l，则节点f的时间等级标记为l+1。s2具体可以包括以下步骤：
87.s2.1、节点e根据实际采用的天线数量n来确定每个天线扇区上发送的探测帧数量m(每个探测帧长为tb)，一般取m＝n；则节点e一个周期内(在所有天线扇区遍历)发送的探测帧总数至少为n
mll
＝m
×
n＝n2，n为大于1的自然数。如图4所示为时间同步过程中的数据帧的示例图。图4中以扇区1为例，在扇区1上发送n个探测帧。
88.s2.2、节点e以一定的概率p(其中0<p<1)随机进入同步发起模式，在每个扇区开始发送m个探测帧，直至所有n
mll
个探测帧发送完毕；然后切换至接收状态。
89.s2.3、节点f处于侦听模式，若节点f在某个扇区上接收到节点e发送的探测帧，在该扇区上向节点e发送同步请求帧(在该同步请求帧中标记发送时刻t1)；待发送完成后，节点f切换至接收状态。
90.s2.4、节点e收到节点f发送来的同步请求帧后，记录接收到的时刻t2；并回复确认帧(在该确认帧中标记接收时刻t2及发送时刻t3)。其中，图4中示出了节点e在扇区1上收到同步请求帧、同步请求帧接收完毕以及发送确认帧的顺序。
91.s2.5、节点f收到节点e的确认帧后，记录自己的接收时刻t4，则节点f与节点e之间的时间偏差为t＝((t2
‑
t1)
‑
(t4
‑
t3))/2。
92.s2.6、节点f根据计算得到的时间偏差t调整自身时钟，完成与节点e的时间同步，进而转换为已入网节点。
93.s3，已入网节点c以一定的概率1
‑
p进入侦听模式，在不同扇区上侦听邻居节点在同步发起模式下发送的探测帧，并在侦听到最大接收电平的扇区上与邻居节点进行信息交互，交互完成后更新该扇区为最佳通信扇区，从而实现定向天线对准，以保证与建立链接的节点定向天线扇区处于最佳波束方向上。
94.s4，已入网节点c在侦听模式下进行时间同步维护，不断修正因器件偏差、计算精度等引入的时间不确定性，保证时间同步的稳定性。s4具体可以包括以下步骤：
95.s4.1、已入网节点c侦听邻居节点距离源节点的时间等级。
96.s4.2、判断邻居节点时间等级与自身时间等级的关系。
97.s4.3、若邻居节点时间等级不高于自身时间等级，则保持自身当前时间同步信息不变。
98.s4.4、若邻居节点时间等级高于自身时间等级，则按照s2.3～s2.6进行信息交互，更新自身的时间同步信息。
99.需要说明的是，尽管上述定向自组网过程是按照特定次序来描述的，但在实施过程中各部分的执行次序可根据实现情况确定，并不进行限定。
100.本发明实施例中总的技术构思是：在天线未完全对准、时间未完全同步(即允许有一定偏差)时，节点之间首先建立网络使其正常工作，而后在不断更新天线对准和时间同步。
101.具体地，其中时间同步的技术构思是：源节点a为整个网络提供时间基准，网络中各节点开机的初始时刻(时钟起点)各不相同，最终通过时间同步算法将各自时钟保持与a
对齐。其中，a的时间同步信息先扩散到可以直接通信的节点，然后再一层层向外传递。不能与a直接通信的节点可能收到多个节点传递过来的时间同步信息，因此可以根据各个节点的时间等级来选择其中最大的进行时间同步。在网络中所有节点均完成时间同步后，由于各自时钟精度不一致，过一段时间仍会产生时间差，因此已经同步的节点可以周期性的更新时间同步信息。
102.另外，节点间的时间同步和天线对准是相互融合的过程，不是完全独立的。某一节点在天线对准扫描的过程中一旦能够正常通信，立刻进行信息交互，进而完成时间同步(在此过程中可以兼顾天线最佳通信扇区选择的功能)；该节点完成时间同步后即为已入网节点，可以进行同步信息的扩散，同时不断寻找、迭代更新自身与相连接节点(即邻居节点)之间的最佳通信扇区。其中，在天线扇区扫描过程中优先完成时间同步，而后在详细进行天线扇区的精确选择。任意节点在网络中工作是相互独立的，即在其完成时间同步后可以独立进行天线对准，与其他节点状态无关。
103.本发明实施例能够在对定向天线初始对准位置无要求，且不借助定向天线以外的辅助手段(如全向天线等)的条件下，即可完成定向自组网的时间同步和天线对准，实现节点的快速入网。
104.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
105.图5为本发明一实施例提供的定向自组网装置的结构示意图。如图5所示，该定向自组网装置50包括：处理模块501和发送模块502。
106.处理模块501，用于在侦听到源节点/已入网节点发送的探测帧后，在侦听到探测帧的扇区上与源节点/已入网节点进行数据帧交互，以确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差，并基于时间偏差与源节点/已入网节点进行时间同步。
107.发送模块502，用于在多个扇区上发送探测帧。
108.处理模块501，还用于与邻居节点进行天线对准。
109.本发明实施例中，首先在侦听到源节点/已入网节点发送的探测帧后，在侦听到探测帧的扇区上与源节点/已入网节点进行数据帧交互，以确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差，并基于时间偏差与源节点/已入网节点进行时间同步；然后在多个扇区上发送探测帧；与邻居节点进行天线对准，通过在侦听到探测帧的扇区上进行数据帧交互，能够优先完成时间同步，转换为已入网节点；然后通过在多个扇区上发送探测帧，能够实现同步信息的进一步扩散，以使更多的未入网节点接入；另外，在完成时间同步后进行天线对准，能够实现定向天线的对准，提高通信质量，从而在不借助辅助信息的条件下实现网络设备间的定向自组网。
110.可选地，处理模块501，用于：
111.在侦听到探测帧的扇区上向源节点/已入网节点发送第一同步请求帧，其中，第一同步请求帧中包括第一同步请求帧的发送时刻；
112.在侦听到探测帧的扇区上接收源节点/已入网节点发送的第一同步确认帧，其中，第一同步确认帧中包括第一同步请求帧的接收时刻和第一同步确认帧的发送时刻；
113.根据第一同步请求帧的发送时刻、第一同步请求帧的接收时刻、第一同步确认帧
的发送时刻以及第一同步确认帧的接收时刻，确定与源节点/已入网节点之间的时间偏差。
114.可选地，发送模块502，用于：
115.在每次进入同步发起模式后，在多个扇区中的每个扇区上发送预设数目的探测帧，其中，预设数目大于或等于发送探测帧的扇区的总个数。
116.可选地，发送模块502，还用于：
117.在侦听到未入网节点发送的第二同步请求帧后，在侦听到第二同步请求帧的扇区上向未入网节点发送第二同步确认帧，其中，第二同步请求帧中包括第二同步请求帧的发送时刻，第二同步确认帧中包括第二同步请求帧的接收时刻和第二同步确认帧的发送时刻。
118.可选地，处理模块501，用于：
119.在侦听到邻居节点发送的探测帧的多个扇区中最大接收电平的扇区上，与邻居节点进行信息交互，并将最大接收电平的扇区确定为与邻居节点通信的最佳扇区。
120.可选地，已入网节点为已接入目标网络的节点；未接入目标网络的节点为未入网节点，未入网节点在完成时间同步后接入目标网络；目标网络中包括源节点，目标网络以源节点的时钟时间为基准；源节点和已入网节点发送的探测帧中均包括源节点的标识。
121.可选地，处理模块501，还用于：
122.在与已入网节点进行时间同步之后，根据自身的时间等级与邻居节点的时间等级进行时间同步维护，其中，时间等级表征节点与源节点之间的最小跳数。
123.可选地，处理模块501，用于：
124.侦听邻居节点的时间等级；
125.在自身的时间等级低于邻居节点的时间等级时，与邻居节点进行数据帧交互，以确定与邻居节点的时间偏差，并基于与邻居节点的时间偏差，调整自身时钟时间，以与邻居节点进行时间同步；
126.在自身的时间等级不低于邻居节点的时间等级时，保持自身当前的时间同步信息不变。
127.本实施例提供的定向自组网装置，可用于执行上述以网络设备为执行主体的方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
128.图6是本发明一实施例提供的网络设备的示意图。如图6所示，该实施例的网络设备6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62，例如定向自组网程序。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个定向自组网方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至103。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块501至502的功能。
129.示例性的，所述计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器60执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序62在所述网络设备6中的执行过程。
130.所述网络设备6可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑、通信车辆、无线通信装置等计算设备。所述网络设备6可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可
以理解，图6仅仅是网络设备6的示例，并不构成对网络设备6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述网络设备6还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
131.所称处理器60可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
132.所述存储器61可以是所述网络设备6的内部存储单元，例如网络设备6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述网络设备6的外部存储设备，例如所述网络设备6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述网络设备6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述网络设备6所需的其他程序和数据。所述存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
133.本发明实施例还提供一种定向自组网系统，包括但不限于源节点和至少一个如图6所示的网络设备。
134.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
135.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
136.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
137.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
138.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显
示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
139.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
140.所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
141.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。