[发明专利]基于纯定向天线的邻节点快速发现方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更进一步涉及无线通信领域中的一种基于纯定向天线的邻节点快速发现方法。该方法实现无线自组织通信网络中邻节点的快速发现和冲突避免，可以作为纯定向天线通信协议一个重要组成部分。

背景技术

采用定向天线进行信息传输比普通全向天线具有传输距离更远，速率更高，安全性更高和实现空间复用的优势。目前，利用定向天线进行信息传输的方式大致分为两种：带全向天线或信道辅助的定向传输和定向接收定向发送的纯定向传输。带有全向天线或信道辅助的定向传输可以简单高效地实现邻节点发现信息传输，但是天线设备的构造复杂不利于移动携带；纯定向传输方式天线结构简单，但是发现机制和传输协议设计相对复杂。

Zhensheng Zhang在论文“Pure Directional Transmission and Reception Algorithms in Wireless AdHoc Networks with Directional Antennas”(Published in:Communications,2005.ICC 2005.2005IEEE international Conference on,0-7803-8938-7)中提出了一种只利用定向天线进行接收和发送信息的邻节点发现方法。该方法对天线节点的ID号进行二进制求值，再根据网络中的最大节点数补齐二进制序列的长度，将该二进制序列作为天线扫描模式序列进行邻节点扫描，在一个定向天线的扇区内进行三步握手交互，完成了纯定向邻节点发现，但是该方法存在的不足之处是，三步握手交互在定向天线的一个扇区内完成，对天线配置要求较高，模式切换速度慢的定向天线并不适用，没有给节点分配更合理的扫描序列，其扫描序列会使部分节点在扫描周期内接收或发送的机会很小，并且没有解决信号冲突的方法，当网络中的节点数较多时会产生较大的发送时延。

中国电子科技集团公司第五十四研究所在其申请的专利“一种基于定向天线的新型邻居发现方法”(专利申请号：CN201310695670.5，公开号：CN103686611A)中提出了一种加入随机静默机制的纯定向邻节点发现方法。该方法在采用二进制扫描序列的基础上加入了随机静默机制达到避免信号冲突的目的，静默状态为既不发送也不接收的状态，天线节点在扫描周期的初始时刻生成一个随机数，该随机数与相应的阈值进行比较，如果该随机数小于阈值就进入静默状态，否则进入扫描状态，该方法可以避免部分信号冲突。但是，该方法仍然存在的不足之处是，没有对信号冲突进行判断，不能准确地避免信号冲突，并且会使没有冲突的天线节点进入静默状态导致不能发现全部的邻节点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种基于纯定向天线的邻节点快速发现方法。本发明改进了二进制扫描序列的选取；加入了信号冲突现象的判断和有效的避免机制；改进了三步握手机制，降低了对定向天线模式切换速度的要求。

本发明实现上述目的的思路是：选取等汉明距离的二进制编码作为扫描序列，通过判断接收信号的强度判读是否发生冲突，引进抑制发送模式避免信号冲突，在一次信息交互过程中只进行单向的接收或者发送信息，从而在至少三个扫描中期内完成三步握手。

本发明实现的具体步骤如下：

(1)选取自组织网络中的扫描序列：

(1a)按照下式，确定自组织网络中的扫描序列的长度：

其中，表示在所有长度为N的二进制编码中汉明重量是的二进制编码的个数，C表示进行组合数操作，N表示自组织网络中的扫描序列的长度，表示向下取整操作，L表示自组织网络中定向天线节点的个数的最大值；

(1b)从所有长度为N的二进制编码中选出汉明重量是的二进制编码，N表示自组织网络中的扫描序列的长度，表示向下取整操作；

(1c)将选出的二进制编码按数值大小排序；

(2)分配扫描序列：

将已排序的二进制编码，按照排序号等于自组织网络中定向天线节点ID号的规则，分配给自组织网络中每个定向天线节点，每个定向天线节点将分配到的二进制编码作为自身的扫描序列；

(3)确定定向天线节点的状态：

自组织网络中的定向天线节点，按顺序取出该定向天线节点的扫描序列中的一位值，根据该值确定一次扫描周期内的天线状态，天线状态包括接收状态和发送状态；

(4)判断定向天线节点的状态：