基于概率优化的定向自组织网络邻节点发现方法技术

本发明专利技术提出了一种基于概率优化的定向自组织网络邻节点发现方法，用于解决现有技术中存在的邻节点发现效率低的技术问题，实现步骤为：设置节点的波束选择概率向量；修改各波束方向的波束选择概率值；修改各波束方向执行邻节点查找的次数以及发送信息和接收信息的时隙长度比值；选择执行邻节点查找的波束方向；选择邻节点查找模式；根据接收到的信息更新邻节点表和查找到的邻节点数量。本发明专利技术根据节点每个周期在各波束方向查找到的邻节点数量指导下一周期在各波束方向的邻节点发现的执行，通过优化各波束方向执行邻节点发现的波束选择概率，并修改各波束方向的执行次数和发送信息和接收信息的时隙长度，提高了邻节点发现效率。

Neighborhood node discovery method in Ad Hoc Networks Based on probabilistic optimization

The invention provides a probability based Optimization Oriented self-organizing network neighbor node discovery method is used to solve the neighbor nodes existing in the prior art that the problem of low efficiency, realize the following steps: setting beam node selection probability vector; modify the beam direction of the beam selection probability value; modify the beam direction of the executive the number of node search and send and receive information of the slot length ratio; select the neighbor nodes to find the direction of the beam execution; choose neighbor search mode; according to the number of neighbor nodes to receive updated information and find the neighbor node table. A neighbor node cycle in each beam direction according to the nodes of each cycle in the beam direction to find the number of neighbor nodes found under the guidance of implementation, through the optimization of the beam direction to perform beam selection probability of neighbor discovery, and modify the beam direction and the number of the implementation of sending and receiving information of the slot length increase the efficiency of neighbor discovery.

【技术实现步骤摘要】
基于概率优化的定向自组织网络邻节点发现方法
本专利技术属于无线通信
，涉及一种无线自组织网络邻节点的快速发现方法，具体涉及一种基于概率优化的定向自组织网络邻节点发现方法，可用于纯定向无线网络的数据链路层和网络层通信协议设计。
技术介绍
无线自组织网络是一个能够动态组网的多跳对等网络，可以不利用任何网络基础设施实现节点间的相互通信，无线自组织网络的终端设备形式多样，可以是普通用户电脑、笔记本电脑、智能手机、平板电脑等等，在探险救灾、军事通信、海上通信、实时信息传输等方面有着广泛的应用。定向天线通过将能量集中在理想的方向，可以提供长传输距离、降低时延、提高空间复用，同时降低网络中节点间的干扰，在各种无线网络中应用极为广泛。通过在无线自组织网络中使用定向天线进行信息传输，能够利用定向天线的优势，提高网络容量，增强网络的传输性能，但是无线自组织网络中的节点在通信之前，需要首先执行邻节点发现，这就需要快速准确的邻节点发现方法。目前，对定向天线的无线自组织网络邻节点发现的研究，主要分为两种：带有全向天线辅助的定向邻节点发现和不带全向天线辅助的纯定向邻节点发现。带有全向天线辅助的定向邻节点发现可以快速的实现邻节点发现，高效的进行信息传输，但其要求增加全向天线，其天线设备复杂，不方便携带，不符合无线自组织网络移动方便组织方便的特点。不带全向天线辅助的纯定向邻节点发现，天线结构简单，方便携带，目前的研究更多集中在纯定向信息传输的方面。例如，上海交通大学的研究团队在论文＂Neighbordiscoveryalgorithmsinwirelessnetworksusingdirectionalantennas＂(publishedinCommunications(ICC),2012IEEEInternationalConferenceon,vol.,no.,pp.767-772,10-15June2012)中提出的I-SBA算法，是一种应用于小规模网络的不带全向天线辅助的纯定向邻节点发现方法。该算法针对邻节点发现过程中的冲突和空闲问题进行研究，通过增加一个Idle状态大大降低冲突概率。该算法在执行时，节点在每个邻节点发现执行周期之前，以一定概率从传输、接收、Idle这三个状态中选择一个状态首先执行，处于Idle状态的节点在相应方向的传输和接收过程中都处于休眠，既不接收信息也不传输信息，以降低接收节点接收hello信息的冲突。这种方式能在一定程度上提高查找效率。但这种方法只是简单地随时间变化扫描各方向进行邻节点发现，没有利用节点在邻节点发现过程中产生的已经发现的邻节点个数和剩余未发现邻节点个数等数据信息，所以对于降低邻节点发现时间的效果不很明显。再如，Mir,Z.H等人在论文"ContinuousNeighborDiscoveryProtocolinWirelessAdHocNetworkswithSectored-Antennas,"(publishedinAdvancedInformationNetworkingandApplications(AINA),2015IEEE29thInternationalConferenceon,Gwangiu,2015,pp.54-61.)中提出NDSA算法，是一种采用事件驱动节点执行的不带全向天线辅助的纯定向邻节点发现。该方法在执行时，根据信道信息和查找到的邻节点的反馈信息，改变节点在邻节点发现过程中处于发送状态、接收状态、IDLE状态的持续时间，从而提高邻节点发现的收敛速度。但是该方法的反馈信息只针对整个空间方向发现的邻节点数量，没有深入节点每个方向的邻节点数量信息，反馈不全面，所以不能有效的降低节点完成邻节点发现的时间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种基于概率优化的定向自组织网络邻节点发现方法，通过为定向自组织网络的各节点的各波束方向设置波束选择概率，并在执行邻节点发现的过程中不断调整该波束选择概率，旨在改变各波束方向被选择执行邻节点查找的概率，用于解决现有定向自组织网络中不带全向天线辅助的定向邻节点发现方法存在的效率低的技术问题。本专利技术的技术思路是：对于定向自组织网络中的每个节点，在其执行邻节点发现之前，先检测节点在各波束方向已经发现的邻节点数量，根据检测结果调整各波束方向的波束选择概率值；根据调整后的各波束方向的波束选择概率值修改各波束方向执行邻节点发现的次数以及各波束方向发送信息和接收信息的时隙长度；每个节点根据调整后的各波束方向的波束选择概率值选择相应的波束方向执行邻节点查找。根据上述技术思路，实现本专利技术目的采取的技术方案，通过如下步骤实现：步骤1：向定向自组织网络中的每个节点导入网络节点数量N、网络范围S和定向天线的波束角度θ，其中，N≥2，θ∈(0°，180°]；步骤2：每个节点根据定向天线的波束角度θ计算定向天线的波束个数k，同时根据网络节点数量N和网络范围S，计算每个节点在各波束方向上可能的邻节点数量n0；步骤3：每个节点对其在各波束方向的邻节点表和查找到的邻节点数量n进行初始化，且n＝0，同时利用可能的邻节点数量n0将每个节点在各波束方向上执行邻节点查找的时隙数设置为2·n0；步骤4：每个节点判断各波束方向查找到的邻节点数量n是否全部等于0，若是，则执行步骤5，否则执行步骤6；步骤5：每个节点设置波束选择概率向量P中各元素的值为0，其中P＝[pi,0,pi,1,…,pi,j,…,pi,k-1]，i为节点号，k为定向天线的波束个数，pi,j为节点i的第j个波束方向被选择执行邻节点查找的波束选择概率，同时每个节点利用rand函数产生k个(0.5,0.8)的随机数，并利用这些随机数对各波束选择概率pi,j的值进行初始化，其中0.5为波束选择概率pi,j的最小门限值pmin；步骤6：每个节点根据其各波束方向上查找到的邻节点数量n，对波束选择概率向量P中的各波束选择概率值进行调整，得到优化的波束选择概率值，按如下步骤实现：步骤6a：判断任一波束方向上邻节点数量n和该波束方向上可能的邻节点数量n0是否满足n≥n0，若是，则将该波束方向的波束选择概率值调整为0.5，并执行步骤7，否则执行步骤6b；步骤6b：判断该波束方向上邻节点数量n是否满足n＝0，且该波束方向的波束选择概率值是否等于1，若是，则将该波束方向的波束选择概率值调整为0.5，并执行步骤7，否则执行步骤6c；步骤6c：将该波束方向的波束选择概率值增加0.1，得到新的波束选择概率值，且增大后的波束选择概率值不超过1；步骤7：每个节点判断步骤6调整后的波束选择概率向量P中的各波束选择概率值是否全都等于pmin，若是，执行步骤12；否则执行步骤8；步骤8：每个节点根据步骤6调整后的波束选择概率向量P，设置其在各波束方向执行邻节点查找的次数向量M和各波束方向发送时隙与接收时隙的比值向量ψ，其中M＝[m0,m1,…,mj,…,mk-1]，j为每个节点的第j个波束方向，k为定向天线的波束个数，mj为每个节点的第j个波束方向被选择执行邻节点查找的次数，为每个节点的第j个波束方向执行邻节点查找时发送时隙和接收时隙的比值；步骤9：每个节点根据步骤6调整后的波束选择概率向量P的值，选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于概率优化的定向自组织网络邻节点发现方法，包括如下步骤：(1)向定向自组织网络中的每个节点导入网络节点数量N、网络范围S和定向天线的波束角度θ，其中，N≥2，θ∈(0°，180°]；(2)每个节点根据定向天线的波束角度θ计算定向天线的波束个数k，同时根据网络节点数量N和网络范围S，计算每个节点在各波束方向上可能的邻节点数量n

【技术特征摘要】
1.一种基于概率优化的定向自组织网络邻节点发现方法，包括如下步骤：(1)向定向自组织网络中的每个节点导入网络节点数量N、网络范围S和定向天线的波束角度θ，其中，N≥2，θ∈(0°，180°]；(2)每个节点根据定向天线的波束角度θ计算定向天线的波束个数k，同时根据网络节点数量N和网络范围S，计算每个节点在各波束方向上可能的邻节点数量n0；(3)每个节点对其在各波束方向的邻节点表和查找到的邻节点数量n进行初始化，且n＝0，同时利用可能的邻节点数量n0将每个节点在各波束方向上执行邻节点查找的时隙数设置为2·n0；(4)每个节点判断各波束方向查找到的邻节点数量n是否全部等于0，若是，则执行步骤(5)，否则执行步骤(6)；(5)每个节点设置波束选择概率向量P中各元素的值为0，其中P＝[pi,0,pi,1,…,pi,j,…,pi,k-1]，i为节点号，k为定向天线的波束个数，pi,j为节点i的第j个波束方向被选择执行邻节点查找的波束选择概率，同时每个节点利用rand函数产生k个(0.5,0.8)的随机数，并利用这些随机数对各波束选择概率pi,j的值进行初始化，其中0.5为波束选择概率pi,j的最小门限值pmin；(6)每个节点根据其各波束方向上查找到的邻节点数量n，对波束选择概率向量P中的各波束选择概率值进行调整，得到优化的波束选择概率值，按如下步骤实现：(6a)判断任一波束方向上邻节点数量n和该波束方向上可能的邻节点数量n0是否满足n≥n0，若是，则将该波束方向的波束选择概率值调整为0.5，并执行步骤(7)，否则执行步骤(6b)；(6b)判断该波束方向上邻节点数量n是否满足n＝0，且该波束方向的波束选择概率值是否等于1，若是，则将该波束方向的波束选择概率值调整为0.5，并执行步骤(7)，否则执行步骤(6c)；(6c)将该波束方向的波束选择概率值增加0.1，得到新的波束选择概率值，且增加后的波束选择概率值不超过1；(7)每个节点判断步骤(6)调整后的波束选择概率向量P中的各波束选择概率值是否全都等于pmin，若是，执行步骤(12)，否则执行步骤(8)；(8)每个节点根据步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琰，韩琳，盛敏，李建东，王玺钧，徐超，孙红光，李从容，刘典智，袁乾浩，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61