多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法技术

本发明专利技术涉及无线网络技术，公开了一种多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法。包括以下过程：全网结构中的节点A广播自己的状态信息；所有的1跳邻居节点接受状态信息，解析并转发给2跳邻居节点；利用多径接收方法，所述2跳邻居节点同时会接受多个1跳邻居节点并发的节点A的状态信息并解析，将解析出的节点A的状态信息并发给下一跳邻居节点；以此类推，利用多径接收方法，N跳邻居节点同时会接受多个N‑1跳邻居节点并发的节点A的状态信息并解析，将解析出的节点A的状态信息并发给下一跳邻居节点直至扩散到全网，所述节点A的状态信息扩散到全网的过程中采用TDMA机制为节点配置信道资源。实现移动无线自组织网络拓扑快速发现。

A fast topology discovery method for multi hop Mobile Ad Hoc Networks

The invention relates to wireless network technology, and discloses a fast discovery method of multi hop mobile ad hoc network topology. The process includes the following: the state information of the whole network structure of the A node broadcasts its own; all 1 hop neighbor nodes receive state information, analysis and forwarded to the 2 hop neighbor node; receiving method using multipath, the A nodes 2 hop neighbor nodes will also accept more than 1 hop neighbor nodes concurrent state information and analysis, the state information node A parsed and sent to the next hop neighbor node; and so on, receiving method using multipath, node A N hop neighbor nodes will also accept multiple N 1 hop neighbor nodes with the state information and analysis, the state information node A parsed and sent to the next hop neighbor nodes until the spread to the whole network, the node A state information diffusion to full network using TDMA mechanism for node configuration of channel resources. Fast discovery of mobile ad hoc network topology.

【技术实现步骤摘要】
多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法
本专利技术涉及无线网络技术，特别是一种多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法。
技术介绍
无线移动自组织网没有中心控制，具有分布式特点，网络拓扑的快速变化导致节点状态信息(位置信息、邻居节点信息)也随着变化。快速获得网络节点的拓扑状态信息，可以有效提升移动自组织网的网络性能。实现快速网络拓扑发现与路由收敛，是移动自组织网在快速移动过程中需要解决的主要问题。传统的无线移动自组织网络拓扑控制机制利用网络层路由协议实现，如基于表驱动的路由协议，利用HELLO消息和TC(TopologyControl)消息，实现全网拓扑的发现。通过设置HELLO消息和TC消息的发送间隔(如HELLO消息间隔1s，TC消息间隔3s)，虽然减少了信道上的路由开销，但网络拓扑发现时间过长(30s-1min)，不能适应快速变化的移动自组织网络。如果减少HELLO消息和TC消息发送间隔时间(如HELLO消息间隔0.1s，TC消息间隔0.3s)，可以加快网络拓扑收敛，但给整个信道上带来了较大的路由开销，在无线信道上并不适用。而传统的按需路由协议，如AODV、DSR等，由于在没有获得网络拓扑信息(即目的节点的位置信息及网络拓扑情况未知)的前提下，查找路由，也给整个网络的信道传输带来的较大开销，不能适用于网络拓扑快速变化的移动自组织网络。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法，具体包括以下过程：步骤1、全网结构中的节点A广播自己的状态信息；步骤2、所有的1跳邻居节点接受状态信息，解析并转发给2跳邻居节点；步骤3、利用多径接收方法，所述2跳邻居节点同时会接受多个1跳邻居节点并发的节点A的状态信息并解析，将解析出的节点A的状态信息并发给下一跳邻居节点；步骤4、以此类推，利用多径接收方法，N跳邻居节点同时会接受多个N-1跳邻居节点并发的节点A的状态信息并解析，所述N为大于1的自然数，将解析出的节点A的状态信息并发给下一跳邻居节点直至扩散到全网，所述节点A的状态信息扩散到全网的过程中采用TDMA(时分多址)机制为节点配置信道资源。进一步的，所述N-1邻居节点接受到N跳邻居节点回传的信息，将回传的信息删除不再转发。进一步的，所述节点A的状态信息扩散到全网的过程中TMDA机制的方式具体为：(1)设置MAC协议的帧结构，采用TDMA机制，子网内的TDMA时元包括M个子网内时帧，所述M为大于1小于等于32的自然数；(2)将全网中M个节点划为一个子网，每个子网内时帧对应相应的子网内节点ID号，所述相应的节点为时帧的主节点；(3)每个子网内时帧的第1个时隙为主节点状态信息广播时隙，第2个时隙、第4个时隙、第6个时隙、第8个时隙、第10个时隙、第12个时隙和第14个时隙为邻居节点接受发送处理保护时间，第3个时隙、第5个时隙、第7个时隙、第9个时隙、第11个时隙和第13个时隙分别为主节点1跳邻居节点、2跳邻居节点、3跳邻居节点、4跳邻居节点、5跳邻居节点、6跳邻居节点和7跳邻居节点转发时隙，将主节点状态信息转发给下一跳邻居节点，下一跳邻居节点在当前时隙内多径接受，主节点状态信息转发至全网；(4)全网节点ID号从1-M号的节点都按照(3)过程中的方法实现相应节点状态信息的转发扩散。进一步的，所述A节点状态信息格式依次为类型、节点ID号、位置信息、1跳邻居节点和预留；所述类型采用MAC协议的信令类型，所述节点ID号采用子网号和节点编号组成，所述位置信息通过GPS得到，需全网共享，所述1跳邻居节点信息全网共享，用于建立全网拓扑，所述预留用于协议扩展。进一步的，所述子网内的TDMA时元包括32个子网内时帧。进一步的，所述时隙长度为2ms，1个时元960ms后，全网节点状态信息完成扩散。进一步的，上述多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法还包括以下过程：(1)将全网划分为子网1、子网2、子网3和子网4，所述子网1的节点携带子网1中的所有节点状态信息进行并发，与子网1毗邻的子网2中的1跳邻居节点利用多径接收方法解析子网1的所有节点状态信息，并将所有节点状态信息转发给2跳邻居节点；(2)所述2跳邻居节点与1跳邻居节点一起参与子网1，将子网1中的所有节点状态信息转发给下一跳邻居节点；(3)依次类推，直至子网1中的所有节点状态信息转发给子网2中所有的邻居节点，实现子网间状态信息扩散，所述子网间状态信息扩散的过程中通过TDMA机制为节点配置信道资源。进一步的，所述子网间状态信息扩散的过程中的TDMA机制的方式具体为：(1)设置MAC协议的帧结构，采用TDMA机制，子网间的TDMA时元包括32个时帧；(2)每个时帧对应相应的子网内节点ID号，所述相应的节点为时帧的主节点；(3)每个时帧分为所述子网内时帧和子网间时帧，所述子网间时帧工作在公共信道上。进一步的，时元的1-8号时帧中的子网间时帧用于子网1的子网间状态信息扩散，将子网1的信息扩散到全网，以此类推，所述时元的9-16号时帧用于子网2的子网间状态信息扩散，所述时元的17-24号时帧用于子网3的子网间状态信息扩散，所述时元的25-32号时帧用于子网4的子网间状态信息扩散。进一步的，所述子网间状态信息格式依次为类型、子网ID号、子网内节点信息和预留，所述类型为MAC协议的信令类型，所述子网ID号由该子网发起并发，所述子网内节点信息包含节点ID号和位置信息，所述预留用于协议扩散。与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本专利技术利用链路层信息扩散方法，巧妙地利用多径接收原理和链路层TDMA机制，实现了全网节点的快速发现及网络拓扑信息的快速收敛，收敛时间控制在秒级(协议设计理论时间1s)。采用本方案具有以下效果：(1)适用于移动自组织网络，解决网络拓扑结构变化带来的状态信息共享实时性问题。(2)将网络层路由机制用于发现网络拓扑的功能利用链路层协议实现，有效提高网络拓扑收敛性能。(3)网络拓扑快速发现的方法基于多径接收机制，利用抗多径接收机制，实现同一时刻同一内容、不同节点发出信息的正确解析。(4)结合TDMA机制，设计MAC协议，解决不同节点状态信息并发带来的冲突问题，并保证网络拓扑的快速发现。附图说明图1是本专利技术利用多径接受机制实现链路层信息扩散的原理图。图2是本专利技术A节点状态信息链路层全网扩散方法示意图。图3是本专利技术A节点状态信息链路层全网扩散方法示意图。图4是本专利技术A节点状态信息链路层全网扩散方法示意图。图5是本专利技术A节点状态信息链路层全网扩散方法示意图。图6是本专利技术实现子网内网络拓扑快速发现的MAC帧结构。图7是本专利技术节点A状态信息格式定义示意图。图8是本专利技术子网间的状态信息扩散方法示意图。图9是本专利技术子网间的状态信息扩散方法示意图。图10是本专利技术子网间拓扑发现MAC时帧结构示意图。图11是本专利技术子网间信息扩散时隙分配规则示意图。图12是本专利技术子网间状态信息格式定义示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。如图1所示为利用抗多径方法实现链路层信息扩散，无线信道的广播式全向传输，多径接受不可避免，只要源节点1、源节点2和源节点3传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法，其特征在于，包括以下过程：步骤1、全网结构中的节点A广播自己的状态信息；步骤2、所有的1跳邻居节点接受状态信息，解析并转发给2跳邻居节点；步骤3、利用多径接收方法，所述2跳邻居节点同时会接受多个1跳邻居节点并发的节点A的状态信息并解析，将解析出的节点A的状态信息并发给下一跳邻居节点；步骤4、以此类推，利用多径接收方法，N跳邻居节点同时会接受多个N‑1跳邻居节点并发的节点A的状态信息并解析，所述N为大于1的自然数，将解析出的节点A的状态信息并发给下一跳邻居节点直至扩散到全网，所述节点A的状态信息扩散到全网的过程中采用TDMA(时分多址)机制为节点配置信道资源。

【技术特征摘要】
1.一种多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法，其特征在于，包括以下过程：步骤1、全网结构中的节点A广播自己的状态信息；步骤2、所有的1跳邻居节点接受状态信息，解析并转发给2跳邻居节点；步骤3、利用多径接收方法，所述2跳邻居节点同时会接受多个1跳邻居节点并发的节点A的状态信息并解析，将解析出的节点A的状态信息并发给下一跳邻居节点；步骤4、以此类推，利用多径接收方法，N跳邻居节点同时会接受多个N-1跳邻居节点并发的节点A的状态信息并解析，所述N为大于1的自然数，将解析出的节点A的状态信息并发给下一跳邻居节点直至扩散到全网，所述节点A的状态信息扩散到全网的过程中采用TDMA(时分多址)机制为节点配置信道资源。2.如权利要求1所述的多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法，其特征在于，所述N-1邻居节点接受到N跳邻居节点回传的信息，将回传的信息删除不再转发。3.如权利要求2所述的多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法，其特征在于，所述节点A的状态信息扩散到全网的过程中TMDA机制的方式具体为：(1)设置MAC协议的帧结构，采用TDMA机制，子网内的TDMA时元包括M个子网内时帧，所述M为大于1小于等于32的自然数；(2)将全网中M个节点划为一个子网，每个子网内时帧对应相应的子网内节点ID号，所述相应的节点为时帧的主节点；(3)每个子网内时帧的第1个时隙为主节点状态信息广播时隙，第2个时隙、第4个时隙、第6个时隙、第8个时隙、第10个时隙、第12个时隙和第14个时隙为邻居节点接受发送处理保护时间，第3个时隙、第5个时隙、第7个时隙、第9个时隙、第11个时隙和第13个时隙分别为主节点1跳邻居节点、2跳邻居节点、3跳邻居节点、4跳邻居节点、5跳邻居节点、6跳邻居节点和7跳邻居节点转发时隙，将主节点状态信息转发给下一跳邻居节点，下一跳邻居节点在当前时隙内多径接受，主节点状态信息转发至全网；(4)全网节点ID号从1-M号的节点都按照(3)过程中的方法实现相应节点状态信息的转发扩散。4.如权利要求3所述的多跳移动无线自组织网络拓扑快速发现方法，其特征在于，所述节点状态信息格式依次为类型、节点ID号、位置信息、1跳邻居节点和预留；所述类型采用MAC协议的信令类型，所述节点ID号采用子网号和节点编号组成，所述位置信息通过GPS得到，需全网共...

【专利技术属性】
技术研发人员：白翔，杨震，韦涛，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51