[发明专利]一种基于协同通信的移动自组网广播方法

说明书

本发明提出了一种基于协同通信的移动自组网广播方法，属于无线自组网领域。本发明将广播方案分成竞争阶段、控制报文阶段和数据传输阶段，竞争阶段中，利用基于CSMA竞争协议的广播网络在任务负载较轻时的传输优势洪泛少量竞争报文，分配广播权限；控制报文阶段，结合协同通信，利用时隙分配算法完成节点的时隙分配；数据传输阶段，利用协同通信在传输数据时的优势，结合TDMA时隙分配算法，使得节点能够充分利用信道资源进行数据发送，不会造成节点间相互竞争信道资源，从而进行大量数据的传输，在有效降低控制开销的同时，提高网络负载与传输成功率。本发明中通过将三个阶段进行周期化，解决自组网中由于节点移动带来的网络动态拓扑变化问题。通过本发明所述的广播方案，能够实现自组网中低控制开销、高负载、高投递率的广播。

技术领域

本发明属于无线自组网领域，主要涉及一种基于多节点间协同通信的移动自组织网络广播方法。

背景技术

移动自组网(MANETs)是一种不依赖于固定基础设施的无线、多跳、自组织的移动通信网络，能够在任何时间、任何地点被快速的组建起来。网络中的每个节点在相对独立的同时又具有数据接收和数据发送的功能；节点可以自由移动，网络拓扑结构动态变化；节点之间的高度协作性以及节点的分布式与并行的操作使得网络具有高度的鲁棒性和容错性。移动自组网具有诸多优点，最初是被应用于军事领域，后面被广泛地应用在野外通信、救援抢险、无线传感网等脱离主干网络的环境中。

广播是单个节点将数据发送到网络中所有其他节点的过程，在移动自组网中，广播是一种重要的信息传递方式，比如寻找网络中某个特定节点、给所有节点通知等场景。目前移动自组网中广播通信方案按照其发送机制可以分为三种：基于简单泛洪的广播方案，基于概率转发的广播方案，基于可靠转发的广播方案。

以下文献介绍了目前移动自组网中几个典型的广播算法方案：

[1]X.M.Zhang,E.B.Wang,J.J.Xia and D.K.Sung,A Neighbor Coverage-BasedProbabilistic Rebroadcast for Reducing Routing Overhead in Mobile Ad HocNetworks,in IEEE Transactions on Mobile Computing,vol.12,no.3,pp.424-433,March 2013,doi:10.1109/TMC.2011.277.

[2]Khabbazian M,Blake I F,Bhargava V K.Local broadcast algorithms inwireless ad hoc networks:reducing the number of transmissions[J].IEEETrans.on Mobile Computing,2012,11(3):402-413。

在移动自主网的广播方案中，基于简单泛洪的方案是网络中每个节点收到数据之后都进行一次转发，简单泛洪会引发广播风暴，导致大量的数据冗余、信道竞争和传输碰撞。无线信号的传输在空间上具有广播特性，一个节点的广播能够同时覆盖多个节点，所以很多节点的广播是多余的。文献[1]提出一种基于概率转发的方案NCPR，网络中节点通过周期性的交换HELLO报文收集一跳邻居节点信息，通过发送RREQ报文来获取两跳邻居信息。NCPR方案定义了网络中节点的额外覆盖率和连通系数两个参数，并通过两跳邻居信息计算出参数值，进而计算出节点的数据转发概率，通过减少节点的转发概率，降低广播过程中的数据冗余，从而提升网络性能。文献[2]中提出一种基于可靠转发的广播LBA，方案中节点同样需要维护两跳邻居信息，节点在发送数据时，需要根据两跳邻居信息指定下一跳需要转发数据的节点，被指定的节点必须对接收到的数据进行转发，其他没有被指定的节点根据算法自行判定是否转发。LBA方案在保证广播覆盖率的情况下，通过尽量减少参与转发的节点来降低广播过程中的数据冗余。

上述广播方案主要存在以下问题：