[发明专利]一种适用于邻居发现的定向天线扇区切换序列生成方法

说明书

本发明属于通信技术领域，具体来说是一种适用于邻居发现的定向天线扇区切换序列生成方法。本发明的方法主要是对于具有n位二进制序列编码的网络节点，先进行添加生成2n位的二进制序列，再将添加的二进制序列进行替换，从而生成切换序列。本发明所设计的扇区切换序列生成方法应具备更小MTTR值和更好的扇区切换性能，从而在更短的时间长度内实现任意两个网络节点的定向天线对准功能。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及无线自组织网络组网过程的邻居节点发现技术，具体来说是一种适用于邻居发现的定向天线扇区切换序列生成方法。

背景技术

与蜂窝无线通信网络和无线局域网等存在固定基础设施(如基站和无线接入点)的无线网络不同，无线自组织网络能在不具备任何固定基础设施的情况下实现网络节点之间的相互通信，因而特别适用于战场通信、应急救援、物联网和车联网等应用场合。由于无线自组织网络网络拓扑通常是动态变化的，因此每个网络节点在组网、路由和通信等阶段需要定期或不定期地执行邻居节点发现的功能，实时更新其邻居节点信息和网络拓扑，从而更好地为后续的路由发现和数据传输等基本功能提供可靠保障。

根据网络节点配置的天线类型不同，无线自组织网络的邻居发现技术可以分为基于全向天线和基于定向天线等两种。其中，在基于全向天线的邻居发现技术中，每个网络节点利用其全向天线在所有方向上进行无线信号广播和监听，以使得其邻居节点能了解到自己的存在而进行握手协商。这一邻居发现技术的好处在于实现较为简单，但缺点在于给定发射功率下的无线信号全向发送传输距离较短，导致任意两个网络节点只能在较短的物理距离内才能发现彼此的存在，并且容易受到恶意窃听，通信保密性较差。

而基于定向天线的邻居发现技术则是利用定向天线在某个特定方向上的高发射和接收增益以及在其余方向上可以忽略的发射和接收增益来实现相邻网络节点之间的握手协商。其好处是，除非窃听者处于上述特定方向上，否则它很难监听到一个定向天线所发送的无线信号，因而基于定向天线的邻居发现技术具备良好的通信保密性和抗干扰/抗截获能力。同时，只要两个网络节点所配置的定向天线处于方向对准的状态，那么即使它们之间的物理距离较远，它们也能利用定向天线的高发射和接收增益来发现彼此的存在，从而有利于它们能不依赖于其它网络节点的中继传输来实现直接通信，有效降低无线自组织网络的传输次数和能量消耗。

然而，定向天线发射和接收增益的方向不均衡特性也为无线自组织网络的邻居发现技术带来了不小的挑战。由于在邻居发现结束之前任意两个相邻节点都可能不了解彼此所处的物理位置和它们之间的时钟差异，因此它们需要在不了解对方位置和时钟信息的限制条件下使得它们的定向天线能处于方向对准的状态。为此，一种可行的解决方案是，根据每个定向天线具备高发射和接收增益的方向角度范围Δθ∈(0,360)，将每个节点的所有360度发送和接收方向划分为个不同的扇区，并使得该定向天线在这些编号分别为0,1,…,N-1的扇区上不断的切换。当两个网络节点的定向天线在同一时隙内分别切换到处于彼此对准状态的两个扇区时，它们就能实现初始的通信握手协商和发现彼此的存在。

在如图1所示的定向天线邻居发现过程中，由于不同的网络节点对其N个不同扇区的编号方式均可能不同，并且支持任意两个网络节点实现彼此定向天线对准的方向角度和扇区组合也可以是多种多样的，因此一个基于定向天线的扇区切换序列生成方法所面临的关键性问题是如何确保任意两个网络节点，无论它们是否时钟同步，所配置的定向天线在有限时间长度内能同时切换到彼此处于对准状态的两个扇区。由于在邻居发现过程结束之前任意两个网络节点是无法获知彼此处于对准状态的两个扇区编号方式的，因此它们的定向天线扇区切换序列必须要支持前者的任意扇区总能与后者的任意扇区在有限时间长度内能被各自的定向天线所同时访问，从而实现任意两个扇区之间的汇聚。