一种基于方向性天线的Ad Hoc传输数据的方法技术

本发明专利技术是一种基于方向性天线的Ad Hoc传输数据的方法，涉及移动自组网路由协议。首先根据已建立的邻居节点表，计算邻居节点之间的连通概率以及稳定性，选择出备选节点集合；然后在备选节点集合中，计算两跳范围内节点之间通信的等待时延和可持续传输时间；最后设定节点之间的可持续传输时间阈值，根据步骤二计算所得可持续传输时间，从备选节点集合中，选出能够成功到达目的节点的有效节点，获取有效路径集合。本发明专利技术适用于基于方向性天线的Ad Hoc；根据方向性天线的扇区和转换模式，引入了邻居节点之间的连通概率和稳定性，确保了所选路径的有效性；路径决策过程中，考虑了等待时延和可持续传输时间，有效提高了路由决策的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于方向性天线的AdHoc传输数据的方法
本专利技术涉及一种移动自组网(MANET)路由协议，具体说是一种基于方向性天线的AdHoc传输数据的方法。
技术介绍
近来，方向性天线已经被广泛应用于无线AdHoc网络。在相同功率下，方向性天线可以产生更高的增益和更远的传输范围，因此可以提高网络的空间复用率和吞吐量。另外，方向性天线的引入还能减少网络中邻居节点之间的同频干扰。同时，由于方向性天线发射距离远，可以带来以下优点：①减少路由转发的跳数。由于单跳传输距离的增加，使得在源节点到目的节点之间距离一定的情况下，数据包可以通过更少的转发次数从源节点转发到目的节点。②减少数据包的时延。当数据包在已有的路径上传输时，时延主要由处理时延、排队时延、传输时延和传播时延组成。由于路由转发跳数的减少，数据包经过的节点数减少从而降低了处理时延、排队时延和传输时延，所以数据包端到端的时延也减少了。然而，由于方向性天线的波束集中特性，方向性天线单次转发只能在某一个方向上转发，这与网络中信息共享需求存在着一定的矛盾性，由此给邻居发现和路由协议的设计带来很大的挑战。在AdHoc中，网络拓扑是变化的，又由于方向性天线的引入，节点只能在某一方向进行发送和接收消息，导致网络中节点之间的链路很容易断裂，这样AdHoc就成为了一个间歇式网络。由于间歇式网络中从源节点到目的节点的完整路径不总是存在的，传统的端到端的移动自组网路由协议，例如，DSR(动态源路由协议)、AODV(无线自组网按需平面距离向量路由协议)不再适用于间歇式网络。现有的间歇式网络路由协议绝大多数关注于减少网络负载。为了减少网络中重复冗余的消息副本，有人提出了比较极端的方法——在网络中只发送每条消息的一个副本，这种方法避免了网络中重复冗余的消息副本，但是其传递时延高，并且投递率低。为此，基于多复制的路由协议被提出来，根据不同的网络需求和应用场景，节点有选择地发送多个消息副本。
技术实现思路
针对基于方向性天线的AdHoc，为了实现网络中节点之间的通信，本专利技术结合方向性天线的转换模式设计了一种新颖的路由协议，以减小消息传输时延、提高消息递交率。本专利技术提供的基于方向性天线的AdHoc路由协议，是一种基于方向性天线的AdHoc传输数据的方法，具体包括如下步骤：步骤一：根据已建立的邻居节点表中的信息，计算邻居节点之间的连通概率以及稳定性，选择出备选节点集合；步骤二：在备选节点集合中，计算两跳范围内节点之间通信的等待时延和可持续传输时间；步骤三：设定节点之间的可持续传输时间阈值，根据步骤二计算所得可持续传输时间，从备选节点集合中，选出能够成功到达目的节点的有效节点，获取有效路径集合。所述的步骤一中，连通概率是：设节点j是节点i的邻居节点；i、j均为正整数；当节点i方向性天线处于扇区si时，节点j从节点i接收的消息总数目为则节点i通过扇区si与节点j之间的连通概率表示为其中，M表示节点i发送消息的总时间；τ是最小时间单位，(n+1)τ表示一次收发过程所用时间，n为正整数；表示节点i从扇区si接收到的消息占从所有扇区接收到的消息的比例。所述的稳定性计算是：引入系数其中，为节点i的扇区集合，Ei表示节点i在每个扇区内全部邻居节点从节点i接收到消息总数目；则计算稳定性值ρ(i,j,si)值越大表示链路越稳定。所述的步骤二中，备选节点集合中邻居节点作为中继节点，根据源节点、中继节点和两跳节点的方向性天线在相遇扇区的起始时间和结束时间，分两种情况来计算节点间通信的等待时延和可持续传输时间，情况a为中继节点在不同的扇区与源节点和两跳节点相遇，情况b为中继节点在同一扇区与源节点和两跳节点相遇。所述的步骤三中，将步骤一计算的邻居节点之间的连通概率作为权重，将步骤二计算的两节点间的可持续传输时间乘以对应的权重作为两节点间最终的可持续传输时间；对于两跳范围内节点的路径，如果两跳的最终的可持续传输时间都大于设定的可持续传输时间阈值H，则表示该路径为有效路径，该路径中的中继节点为有效节点；否则，该路径为无效路径。相对于现有技术，本专利技术的优点和积极效果在于：①适用于基于方向性天线的AdHoc；②根据方向性天线的扇区和转换模式，引入了邻居节点之间的连通概率和稳定性，确保了所选路径的有效性；③路径决策过程中，考虑了等待时延和可持续传输时间，有效提高了路由决策的准确性。附图说明图1是本专利技术实施例中邻居节点表的示意图；图2是节点分布情况示意图；图3a是方向性天线指向扇区时间分析示意图；图3b是方向性天线指向扇区时间分析示意图；图4是实例节点分布示意图。具体实施方式下面将结合图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种针对基于方向性天线的AdHoc的路由协议。由于方向性天线的使用，使得天线只能在某一扇区发送和接收消息，降低了节点之间的信息共享，例如，在某时刻，两节点处于彼此的通信范围内，但是它们的方向性天线并没有相对，这两个节点之间依然不能进行通信。因此，在基于方向性天线的AdHoc中，节点之间的链路很不稳定。在建立路由过程中，必须考虑方向天线的转换模式和所在扇区。本专利技术实现的基于方向性天线的AdHoc路由传输数据的方法，具体过程包括以下几个步骤：步骤一：根据已建立的邻居节点表中的信息，计算邻居节点之间的连通概率以及稳定性，选择出备选节点集合。由邻居发现过程建立邻居节点表，如图1所示。其各字段含义如下：1)NeighborID:邻居节点的ID；2)Sector_S:记录邻居节点接收此条消息时，其方向性天线所指向的扇区；3)DES_N(DurationforEverySectoroftheNeighborNode):记录邻居节点方向性天线在每个扇区的停留时间；4)Sector_N(SectoroftheNeighborNodefortheLastCommunication):记录上一次发现该邻居节点时，节点自身方向性天线所指向的扇区；5)TNS_N(TimetoNextSectorofNeighborNode):记录该邻居节点方向性天线到达下一扇区所需时间，即Csi，节点每次广播消息时都会重置Csi；两跳节点列表中记录：6)Two-hopNodeID:记录两跳节点的ID；7)Sector_N_T(SectoroftheNeighborNodewithTwo-hopNodefortheLastCommunication):记录该邻居节点与两跳节点上一次通信的扇区；8)DES_T(DurationforEverySectoroftheTwo-hopNode)：记录两跳节点在其邻居节点的每个扇区的持续时间；9)Sector_T(SectoroftheTwo-hopNodefortheLastCommunication):记录与两跳节点最后一次通信的扇区；10)TNS_T(TimetoNextSectorofTwo-hopNode):记录两跳节点方向性天线到达下一扇区所需时间，与TNS_N相同；11)Time_Flag:记录两节点的方向性天线相对的开始时刻，即与该邻居节点相遇的时刻。假设节点分布情况如图2所示，节点i需要发送数据，从其邻居节点表信息可知，节点j是它的邻居节点，为了确定节点i通过扇区si与节点j通信的可能性，计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于方向性天线的Ad Hoc传输数据的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：根据已建立的邻居节点表，计算邻居节点之间的连通概率以及稳定性，从邻居节点中选择出备选节点集合；步骤二：在备选节点集合中，计算两跳范围内节点之间通信的等待时延和可持续传输时间；备选节点集合中邻居节点作为中继节点，根据源节点、中继节点和两跳节点的方向性天线在相遇扇区的起始时间和结束时间，分两种情况来计算节点间通信的等待时延和可持续传输时间，情况a为中继节点在不同的扇区与源节点和两跳节点相遇，情况b为中继节点在同一扇区与源节点和两跳节点相遇；步骤三：设定节点之间的可持续传输时间阈值，根据步骤二计算所得可持续传输时间，从备选节点集合中，选出能够成功到达目的节点的有效节点，获得有效路径集合；将步骤一计算的邻居节点之间的连通概率作为权重，将步骤二计算的两节点间的可持续传输时间乘以对应的权重作为两节点间最终的可持续传输时间；对于两跳范围内节点的路径，如果两跳的最终的可持续传输时间都大于设定的可持续传输时间阈值H，则表示该路径为有效路径，该路径中的中继节点为有效节点；否则，该路径为无效路径。

【技术特征摘要】
1.一种基于方向性天线的AdHoc传输数据的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：根据已建立的邻居节点表，计算邻居节点之间的连通概率以及稳定性，从邻居节点中选择出备选节点集合；步骤二：在备选节点集合中，计算两跳范围内节点之间通信的等待时延和可持续传输时间；备选节点集合中邻居节点作为中继节点，根据源节点、中继节点和两跳节点的方向性天线在相遇扇区的起始时间和结束时间，分两种情况来计算节点间通信的等待时延和可持续传输时间，情况a为中继节点在不同的扇区与源节点和两跳节点相遇，情况b为中继节点在同一扇区与源节点和两跳节点相遇；步骤三：设定节点之间的可持续传输时间阈值，根据步骤二计算所得可持续传输时间，从备选节点集合中，选出能够成功到达目的节点的有效节点，获得有效路径集合；将步骤一计算的邻居节点之间的连通概率作为权重，将步骤二计算的两节点间的可持续传输时间乘以对应的权重作为两节点间最终的可持续传输时间；对于两跳范围内节点的路径，如果两跳的最终的可持续传输时间都大于设定的可持续传输时间阈值H，则表示该路径为有效路径，该路径中的中继节点为有效节点；否则，该路径为无效路径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中，所述的连通概率是：设节点j是节点i的邻居节点；i、j均为正整数；当节点i方向性天线处于扇区si时，节点j从节点i接收的消息总数目为则节点i通过扇区si与节点j之间的连通概率表示为其中，M表示节点i发送消息的总时间；τ是最小时间单位，(n+1)τ表示一次收发过程所用时间，n为正整数；表示节点i从扇区si接收到的消息占从所有扇区接收到的消息的比例；所述的稳定性计算是：引入系数其中，为节点i的扇区集合，Ei表示节点i在每个扇区内全部邻居节点从节点i接收到消息总数目；则计算稳定性值ρ(i,j,si)值越大表示链路越稳定；根据ρ(i,j,si)由大到小从邻居节点中选取备选节点集合。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤二中，首先计算源节点、邻居节点和两跳节点的方向性天线在相遇扇区的起始时间和结束时间，具体是：设源节点i与中继节点j方向性天线相对时，节点i方向性天线位于扇区sij，节点j方向性天线位于扇区sji；设节点j与两跳节点k方向性天线相对时，节点j方向性天线位于扇区sjk，节点k方向性天线位于扇区skj；已知的节点i方向性天线所指向扇区sij的起始时间和结束时间根据节点i邻居节点表，获得节点j与节点i方向性天线开始相对的时刻为此时节点j方向性天线所在扇区为sji，节点j在扇区sji预计停留总时间为剩余停留时间为表示节点j从扇区sji接收到的消息数/节点j从所有扇区接收到消息总数，T表示节点方向性天线旋转一周所用时间；则求得：节点j方向性天线离开扇区sji的时刻进入扇区sji的时刻同样，获得两跳节点k与中继节点j方向性天线相遇时刻为此时两跳节点k方向性天线所在扇区为skj，它在扇区skj预计停留总时间为剩余停留时间为表示节点k从扇区skj接收到的消息数/节点k从所有扇区接收到消息总数；则求得：节点k方向性天线离开扇区skj的时刻进入扇区skj的时刻计算中继节点j方向性天线在扇区sjk的起始时间和结束时间分两种情况：a.扇区sji≠sjk，则中继节点j方向性天线离开扇区sjk的时刻相应的进入扇区sjk的时刻Rf表示节点j从扇区f接收到的消息数/节点j从所有扇区接收到消息总数，扇区f为从扇...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐桢，刘康宇，李海鹏，刘锋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11