Ad HOC网络中异步的TDMA邻居节点扫描方法
【专利摘要】一种Ad Hoc网络中异步的TDMA邻居节扫描方法，包括对进入网络中每个节点进行编号，每个节点的编号都是唯一的；对每个节点配置相同的天线装置，使节点在同一时刻只能处于接收模式或者发送模式；确定节点的发射强度，并按照泊松分布，选择接收或者发送模式；当节点处于发送模式，则持续发送一个完整的数据包，当节点处于接收模式，则接收数据包，在接收过程中的任何时刻均可以重新选择收/发模式；节点完成本轮工作，返回步骤三。本发明能够快速、高效地完成邻居节点扫描，考虑的是邻居节点扫描的收/发模式选择，扫描到节点后的握手协议部分不属于
【发明内容】
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【专利说明】
Ad HOC网络中异步的TDMA邻居节点扫描方法
技术领域
[0001]本发明属于无线通信网络中的网络组网技术领域，特别涉及一种无线通信网络中MAC层的邻居节点扫描方法。
【背景技术】
[0002]Ad Hoc网络是一种不需要固定的基础设施，能够以任意方式动态地保持与其他节点联系的，无中心自组织网络。Ad Hoc网络可以在任何时刻、任何地点不需要外接任何硬件基础设施支持，快速、独立地构建起一个移动通信网络。因此Ad Hoc网络很适合灾难救助、偏远地区通信等应用。在Ad Hoc网络中，由于节点可以在网中随意移动，导致节点之间的链路增加或消失，节点之间的关系不断发生变化。因此，快速发现邻居节点，是Ad Hoc网络组网中极其关键和基础的一步。
[0003]由于无线AdHoc网络组网前没有全局网络的先验信息，包括网络中其他节点的时钟信息，各个节点工作的帧结构情况，以及节点周围邻居节点的分布情况。同时为了提高无线Ad Hoc网络的灵活机动性和网络牢靠抗摧毁性，很多网络都有使用GSP等外部设备对网络进行时钟矫正和同步。再一方面，考虑到提高网络的抗干扰能力，某些特殊无线Ad Hoc网络必须在异步条件下工作，来规避周期性的干扰。因此，如何使无线Ad Hoc网络在缺乏先验信息同时缺乏GPS等外部设备支持的异步工作情况下，完成组网成为迫切需要解决的难题。
[0004]邻居节点发现是无线AdHoc网络组网中非常基础、关键的一步。高效的邻居节点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。邻居节点发现是指在网络中的节点开机后，在没有先验邻节点信息的条件下，通过基于一定的算法协议迅速找到其通信覆盖范围内的所有已经开机的邻居节点，同时被这些邻居节点发现，从而建立起基本通信连接。邻居节点发现效率的高低直接影响着节点通信距离和网络的建立时间等指标。
[0005]从现有技术文献的检索发现，现有的无线AdHoc网络中异步邻居节点扫描机制大多依然沿用了同步邻居节点扫描机制中的时钟或者时隙结构，并且要求节点只能在节点本地时隙的起始或者结尾发送数据包。但是如果异步无线Ad Hoc网络在缺乏GPS等外部设备支持的情况下，很难校准本地时钟，无法满足网络中节点的时钟对其和时刻长度统一。因此，现存的很多异步邻居节点扫描机制在很多应用场景中都是不合理的。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有的异步邻居节点发现协议存在的上述不足，对无线AdHoc网络的异步扫描模式，提供一种切合实际场景的、高效的邻居节点扫描协议和使用方法。该邻居节点扫描协议不需要网络中的节点具有统一的时隙结构或者帧结构，而且没有对节点发送数据包的起始时间进行限制，节点发送数据包的起始时间完全是随机的，使得我们的异步邻居节点扫描方法更加符合异步无线Ad Hoc网络中邻居节点发现的要求。本发明所考虑的是邻居节点发现问题，完成邻居节点发现后的握手协议部分不属于
【发明内容】
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[0007]本发明的技术解决方案如下:
[0008]—种Ad Hoc网络中异步的TDMA(时分多址)邻居节扫描方法，其特点在于，该方法包括如下步骤；
[0009]步骤一、对进入网络中每个节点进行编号，每个节点的编号都是唯一的；
[0010]步骤二、对每个节点配置相同的天线装置，使节点在同一时刻只能处于接收模式或者发送模式；
[0011]步骤三、确定节点的发射强度，并按照泊松分布，选择接收或者发送模式；
[0012]步骤四、当节点处于发送模式，则持续发送一个完整的数据包，当节点处于接收模式，则接收数据包，在接收过程中的任何时刻均可以重新选择收/发模式；
[0013]步骤五、节点完成本轮工作，返回步骤三。
[0014]所述的步骤二对每个节点配置同样的天线装置，具体是为每个节点统一配备全向收/发半双工天线，即节点在同一时刻只能处于接收模式或者发射模式而不能同时处于接收和发射模式;节点全向广播信息，如果节点进行广播，节点周围的节点都能接收到来自节点的广播信息;节点全方向接受信息，如果节点处于接收模式，节点能同时接收到周围覆盖范围内所有节点发射出的信号，当有多个邻居节点向节点发射信号，则会在节点产生冲突。
[0015]所述的确定节点的发射强度，具体是指:当邻居节点数目为n，则发射强度为1/n。
[0016]所述的节点没有时隙或者帧结构，即节点不要使用GPS等外部时钟同步期间进行时钟同步或者时刻大小统一的预先设定，可以在任意时刻发送数据包，根据网络状况选择节点发射强度，使得网络中的节点彼此之间完全异步通信，最大程度上提高了网络的抗干扰能力。
[0017]与现有技术相比，本发明有益效果是:
[0018]本发明提出的异步邻居节点扫描方法，节点采用的是相同收/发功率的全向天线。只有当节点覆盖范围内的邻居节点中只有一个邻居节点进行发射模式，其他邻居节点均处于接受模式的情况下，本节点才能够成功接收到发射节点发出的信息，从而发现这个邻居节点。图1所示为节点A成功接收到节点B发来信息的示意图，此时节点A处于接收模式，节点B处于发射模式；图2所示为节点B和节点C发生冲突的示意图，此时节点A处于接收模式，并且节点B和节点C均在节点A的天线覆盖范围内，在此时刻节点B和节点C均处于发射模式，那么分别来自于节点B和节点C的数据包在节点A发生冲突。
[0019]本发明提出的异步邻居节点扫描方法，不需要节点具有统一的时隙结构或者帧结构，也就不需要GPS等外部时钟同步设备的支持。从而精简了节点设备，降低了网络组网对工作环境的要求，提高Ad Hoc无线网络的工作环境适应能力。另一方面，本发明提出的异步邻居节点扫描方法，节点发送数据包的起始时刻都是随机选择的，因此网络以外的节点很难发现节点的工作规律对其进行干扰，极大的提高了网络的抗干扰能力。
[0020]通过解析网络中节点邻居节点的数量，可以很灵活的选择节点进行发射强度，从而能够很好的解决异步无线Ad Hoc网络组网中的邻居节点发现问题。
【附图说明】
[0021]图1是本发明AdHoc网络中两个有效通信条件示意图。
[0022]图2是本发明提出的AdHoc网络中节点通信发生冲突的示意图。节点B和节点C同时发射数据包，在节点A产生冲突。
[0023]图3是本发明AdHoc网络中异步的TDMA邻居节扫描方法中节点发射数据包的示意图。
[0024]图4是本发明AdHoc网络中异步的TDMA邻居节扫描方法中节点处理数据包的示意图。
[0025]图5是本发明AdHoc网络中异步的TDMA邻居节扫描方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合实例对本发明的方法进行详细的解说，本实例是在本发明技术方案的背景下实施的，给出了本发明详细的操作和流程，但本发明的保护范围不仅限于以下实例。
[0027]图1是本发明AdHoc网络中两个有效通信条件示意图，当且仅当节点A周围只有一个邻居节点B处于发射状态时，节点A可以成功接收到来自节点B的信息。图2是本发明提出的Ad Hoc网络中节点通信发生冲突的示意图，节点A的扫描范围内有两个节点同时处于发射状态，节点B和节点C发射的数据包在节点A发生冲突。因此需要合理选择节点的发射强度，给定发射强度为1/n，其中η为邻居节点数目。
[0028]节点完成收/发模式选择后，就开始发射或者接收数据包。当节点进入发射数据包的时候，持续发射完一个完整的数据包然后重新进入收/发模式选择阶段，当节点进入接受模式后，以后的任意时刻都随机的进入收/发模式选择阶段。工作流程如图5所示。
[0029]给定一个Ad Hoc网络，该网络包括三个节点，节点A、节点B、和节点C。结合图5给出的工作流程，给出该Ad Hoc网络下的异步的TDMA邻居节点扫描过程。首先，给三个节点唯一编号和IP地址，3个节点的对应编号为节点A、节点B、和节点C。其次，为网络中的所有节点配置半双工全向收/发天线。随后，根据网络中节点数目给定发射强度，网络中共有3个节点，发射强度为1/3。接着，节点按照泊松分布(强度为1/3)选择接收或者发射模式，即当泊松值为I时，选择发射模式，当泊松值为O时，选择接收模式。至此，网络中所有节点完成入网准备工作。入网工作后，当节点处于发射模式时，持续发射一个完整的数据包；当节点处于接收模式时，进行接收数据包，在接收过程中可以按照泊松分布强度为1/3重新选择收/发模式。当网络中只有一个节点处于发射模式，其他节点均处于接收模式时，该发射节点被网络中其他节点发现。
[0030]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种AdHoc网络中异步的TDMA邻居节扫描方法，其特征在于，该方法包括如下步骤； 步骤一、对进入网络中每个节点进行编号，每个节点的编号都是唯一的； 步骤二、对每个节点配置相同的天线装置，使节点在同一时刻只能处于接收模式或者发送模式； 步骤三、确定节点的发射强度，并按照泊松分布，选择接收或者发送模式； 步骤四、当节点处于发送模式，则持续发送一个完整的数据包，当节点处于接收模式，则接收数据包，在接收过程中的任何时刻均可以重新选择收/发模式； 步骤五、节点完成本轮工作，返回步骤三。2.根据权利要求1所述的AdHoc网络中异步的TDMA邻居节扫描方法，其特征在于，所述的步骤二对每个节点配置同样的天线装置，具体是为每个节点统一配备全向收/发半双工天线，即节点在同一时刻只能处于接收模式或者发射模式而不能同时处于接收和发射模式;节点全向广播信息，如果节点进行广播，节点周围的节点都能接收到来自节点的广播信息;节点全方向接受信息，如果节点处于接收模式，节点能同时接收到周围覆盖范围内所有节点发射出的信号，当有多个邻居节点向节点发射信号，则会在节点产生冲突。3.根据权利要求1所述的AdHoc网络中异步的TDMA邻居节扫描方法，其特征在于，所述的确定节点的发射强度，具体是指:当邻居节点数目为n，则发射强度为1/n。
【文档编号】H04W40/24GK105848246SQ201610255156
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】田丰, 归琳, 刘勃, 孙飞
【申请人】上海交通大学