基于802.11信标帧的网络节点定位信息的传输方法技术

本发明专利技术公开了基于802.11信标帧的网络节点定位信息的传输方法，该方法基于802.11信标帧的定位信息扩散，利用信标帧的保留信息元素作为载体。此方法具有额外两点好处：一是当网络规模较小时，只需广播，不需要路由，也就没有OLSR数据包作为载体，而信标帧是组网必须的，始终存在，此时可以补位。二是信标帧的发送周期远远小于OLSR数据包，所以定位信息扩散更快，更能应对时变网络情形。

Transmission Method of Network Node Location Information Based on 802.11 Beacon Frame

The invention discloses a transmission method of positioning information of network nodes based on 802.11 beacon frame, which is based on the diffusion of positioning information of 802.11 beacon frame and uses the retained information elements of beacon frame as carriers. This method has two additional advantages: first, when the network is small, only broadcasting is needed, no routing is needed, and there is no OLSR data packet as a carrier. Beacon frames are necessary for networking and always exist, so they can be complemented at this time. Second, beacon frame transmission cycle is much shorter than OLSR data packet, so location information diffusion is faster and better to deal with time-varying network situation.

【技术实现步骤摘要】
基于802.11信标帧的网络节点定位信息的传输方法
本专利技术涉及一种网络节点定位信息的传输方法(协议)，具体是一种基于802.11信标帧(Beaconframe)的网络节点定位信息的传输方法(协议)，属于网络定位信息传播

技术介绍
网络定位是无线传感网络、无人机网络、无线自组织网络中的关键技术。网络定位算法五花八门，有基于接收信号强度(ReceivedSignalStrength,RSS)的，有基于到达时间(TimeofArrival,TOA)的，还有基于到达角(AngelofArrival,AOA)的，等等。显然，网络定位离不开各种各样的定位信息，所以实现网络定位信息在网络中的收集与扩散是完成网络定位的前提。最简单直接的方法是：将这些定位信息独立封装成数据包，并从网络中划分出一部分通信资源专门用于定位信息数据包的网络传播。而这明显存在两个问题：1)封装成独立的数据包并专门分配网络资源进行传输给整个网络带来的负担比较大；2)仅仅着眼于定位信息收集与扩散目标而忽略其他，必然会造成网络资源的进一步浪费，信息扩散效率也未必有多高。反之，成本较高，且实现复杂度也会陡增。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于802.11信标帧的网络节点定位信息的传输方法，该传输方法高效且网络开销低。为了达到上述技术目的，本专利技术的技术方案是：基于802.11信标帧的网络节点定位信息的传输方法，利用信标帧的保留信息元素(InformationElements)作为载体。所述方法以802.11信标帧的定位信息扩散方法(即现有的802.11信标帧的定位信息扩散协议)为基础。信标帧是802.11标准的MAC层管理帧之一，它包含了网络的所有信息，负责通知各网络终端本网络的存在，以及各网络终端同步。在自组网中，全体网络节点负责信标帧发送。当某节点收到另一节点发送的信标帧，该节点则会在一个随机等待时间结束后发送一个信标帧，除非在此期间有其他节点已经发送了信标帧。如图1所示(添加了网络定位信息)，信标帧主要包括媒体接入控制头(MACHeader)和帧体(FrameBody)两部分，帧体中包含很多信息元素(InformationElements)，其结构如图2所示(数字表示字段所占字节数)。根据802.11标准，这些信息元素中编号为17-31、175-220和222-225的信息元素为保留元素(ReservedElements)。于是可以将网络定位信息存于这些保留元素中。且在自组网模式下各节点都需要负责信标帧的发送，这就与“Yu,Hongwei,andYiJiang."MaximumlikelihoodnetworklocalizationusingrangeestimationandGPSmeasurements."WirelessCommunicationsandSignalProcessing(WCSP),20179thInternationalConferenceon.IEEE,2017.”中RoundRobin的轮流广播机制天然契合，而“Yu,Hongwei,andYiJiang."MaximumlikelihoodnetworklocalizationusingrangeestimationandGPSmeasurements."WirelessCommunicationsandSignalProcessing(WCSP),20179thInternationalConferenceon.IEEE,2017.”中并没有给出具体的信息扩散实施方案，于是可以利用信标帧作为此机制中信息传递的载体。基于802.11信标帧的网络节点定位信息的传输方法，具体地：(1)各节点将定位信息封装到信标帧的保留元素，假设网络中有N个节点，[N]＝{1，2，…，N}，表示一个集合；以第n个节点为例，其信标帧包括如下信息：1.1节点n发送信标帧的时间Tn；1.2节点n本地记录的，其他节点发送的信标帧的时间Tm(m≠n)；1.3节点n本地记录的，任意节点接收信标帧的时间Rij(i∈[N]andj≠i)，此符号表示节点i接收到节点j发送的信标帧的时间；1.4节点n本地记录的，网络中锚点标号及其坐标；此处不需要再如论文[2]中所说的那样添加同步序列(如ZC序列)，用于确定接收时间，因为信标帧接收时间本就可以确定。第2、3条信息一开始在本地是没有记录的，随着信标帧的不断转发，这些信息会逐渐丰富起来。对于第4条信息，如果本节点是锚点，则一开始就要写入信标帧，如不是则为空，此信息后续也会逐渐丰富。(2)各节点接收到其他节点发送的信标帧后，都会记录该信标帧的接收时间，以及该信标帧保留元素中添加的信息，所以，如果是节点m收到节点n发送的信标帧时，则会记录以下信息到本地：2.1节点m接收到节点n发送的信标帧的时间：Rmn；2.2节点n发送的信标帧中记录的,本信标帧的发送时间：Tn；2.3节点n发送的信标帧中记录的其他节点的发送时间：Tk(k≠n)，以及记录的任意节点接收信标帧的时间：Rij(i∈[N]andj≠i)；2.4节点m信标帧中记录的，网络中锚点标号及其坐标；如果节点m本地已经记录过相关的信息，不会立即更新本地记录。目的在于防止出现部分Rmn和Tn不匹配。直到发起下一次定位信息收集时才会更新。(3)经过多次轮回之后，各个节点都收集到一套以下信息：3.1任意节点接收其他节点信标帧的时间：Rmn(m∈[N]andm≠n)；3.2任意节点发送信标帧的时间：Tm(m∈[N]).；基于这些信息，就可以得到网络中一跳节点间距离：dmn＝C(Rmn-Tm)，m，n∈[N]andm≠n。得到这些距离信息之后就可以采用“Yu,Hongwei,andYiJiang."MaximumlikelihoodnetworklocalizationusingrangeestimationandGPSmeasurements."WirelessCommunicationsandSignalProcessing(WCSP),20179thInternationalConferenceon.IEEE,2017.”中SCP定位算法进行基于测距的网络定位，可获得较高的网络定位精度。本专利技术方法的有益效果：(1)当网络规模较小时，数据只需直接广播，不需要路由，也就没有OLSR数据包作为载体，而信标帧是组网必须的，始终存在，此时可以补位。(2)信标帧的发送周期(默认102.4毫秒)远远小于OLSR数据包(Hello包默认3秒，TC包默认5秒)，所以定位信息扩散更快，更能应对时变网络情形。附图说明图1为802.11标准的信标帧结构图。图2为信息元素结构图。图3为测距误差的累积分布函数图。图4为SCP算法网络定位误差的累积分布函数图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。基于802.11信标帧的定位信息扩散协议。具体内容如下(假设网络中有N个节点，[N]＝{1，2，…，N}，表示一个集合)：第一步，各节点将定位信息封装到信标帧的保留元素。以第n个节点为例，其信标帧包括如下信息：1)节点n发送信标帧的时间Tn；2)节点n本地记录的，其他节点发送的信标帧的时间Tm(m≠n)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于802.11信标帧的网络节点定位信息的传输方法，所述方法以802.11信标帧的定位信息扩散方法为基础，其特征在于：(1)各节点将定位信息封装到信标帧的保留元素，假设网络中有N个节点，[N]＝{1，2，…，N}，表示一个集合，以第n个节点为例，其信标帧包括如下信息：1.1节点n发送信标帧的时间Tn；1.2节点n本地记录的，其他节点发送的信标帧的时间Tm(m≠n)；1.3节点n本地记录的，任意节点接收信标帧的时间Rij(i∈[N] and j≠i)，此符号表示节点i接收到节点j发送的信标帧的时间；1.4节点n本地记录的，网络中锚点标号及其坐标；(2)各节点接收到其他节点发送的信标帧后，都会记录该信标帧的接收时间，以及该信标帧保留元素中添加的信息，所以，节点m收到节点n发送的信标帧时，则会记录以下信息到本地：2.1节点m接收到节点n发送的信标帧的时间：Rmn；2.2节点n发送的信标帧中记录的,本信标帧的发送时间：Tn；2.3节点n发送的信标帧中记录的其他节点的发送时间：Tk(k≠n)，以及记录的任意节点接收信标帧的时间：Rij(i∈[N] and j≠i)；2.4节点m信标帧中记录的，网络中锚点标号及其坐标；(3)经过多次轮回之后，各个节点都收集到一套以下信息：3.1任意节点接收其他节点信标帧的时间：Rmn(m∈[N] and m≠n)；3.2任意节点发送信标帧的时间：Tm(m∈[N])；基于这些信息，就可以得到网络中一跳节点间距离：dmn＝C(Rmn‑Tm)，m，n∈[N] and m≠n。...

【技术特征摘要】
1.基于802.11信标帧的网络节点定位信息的传输方法，所述方法以802.11信标帧的定位信息扩散方法为基础，其特征在于：(1)各节点将定位信息封装到信标帧的保留元素，假设网络中有N个节点，[N]＝{1，2，…，N}，表示一个集合，以第n个节点为例，其信标帧包括如下信息：1.1节点n发送信标帧的时间Tn；1.2节点n本地记录的，其他节点发送的信标帧的时间Tm(m≠n)；1.3节点n本地记录的，任意节点接收信标帧的时间Rij(i∈[N]andj≠i)，此符号表示节点i接收到节点j发送的信标帧的时间；1.4节点n本地记录的，网络中锚点标号及其坐标；(2)各节点接收到其他节点发送的信标帧后，都会记录该信标帧的接收时间，以及该信标帧保留元素中添加的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：余宏伟，蒋轶，李峰杰，孙建宇，庞井明，
申请(专利权)人：江苏中利电子信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32