一种单跳网络下基于反馈信息的网络邻居发现方法技术

一种单跳网络下基于反馈信息的网络邻居发现方法，所述网络中每个节点包括报文发送模块、报文接收模块和邻居发现主模块，其中所述报文发送模块用于不同报文的组装，报文分为DISCOCERY报文和SUCCESS报文；所述报文接收模块用于接收报文；所述邻居发现主模块分为时间片管理模块、邻居信息模块、节点信息模块。在网络节点间时间片同步时，对于网络节点总数n已知的情形，设置节点发送概率为1/(n-b)，b为已经发现的邻居节点个数。经过本发明专利技术方案的处理，可以使得上述邻居发现方法的运行复杂度为Θ(n)。

【技术实现步骤摘要】
一种单跳网络下基于反馈信息的网络邻居发现方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种单跳网络下基于反馈信息的网络邻居发现方法。
技术介绍
无线自组织网络(Wirelessadhocnetworks)是由大量的静止或移动的节点以自组织单跳或者多跳方式构成的无线网络，它不需要固定通信设备的支持，各节点之间自行组网。例如，立即部署时，节点不知道它的通信范围内有哪些节点，需要先发现邻居节点，然后才能和被发现的节点进行通信。邻居发现是无线自组织网络初始化中不可缺少的第一步，MAC(mediaaccesscontrol)，路由协议以及拓扑控制算法都需要知道邻居信息，才能有效工作。邻居发现方法可分为两类：随机邻居发现和确定邻居发现。在随机邻居发现中，每个节点传输的次数是随机的，并在一定时间内以极大概率发现所有邻居。在确定邻居发现中，每个节点按照事先确定的策略进行传输，并在一定时间内以概率1发现所有邻居。然而，在分布式环境下，确定性往往是以增加运行时间为代价的，由于确定邻居发现存在上述缺点和不足，我们选择随机邻居发现作为参考提出我们的方法。目前，邻居发现方法面临着如下问题：(1)邻居发现需要处理冲突，也就是既要保证冲突的可能性降到最低同时也要保证用的时间是最少；(2)在许多实际情况下，由于网络节点总数未知，进一步加大了算法处理冲突的难度；(3)当全局时钟未知的情况下，要求节点能够异步工作同时能有效的发现所有邻居；(4)在异步条件下，节点可能在不同时间开始邻居发现，可能会错过其它节点传输数据；(5)当邻居个数未知时，节点不知何时终止邻居发现。由于传统的邻居发现方法面临着上述5个问题，需要提出一个能有效解决这些问题的邻居发现方法。在当前申请的方案中考虑如下的网络模型：用G＝(V,E)表示一个单跳无线网络，其中V是n个节点的集合，是G中无向边的集合。节点i和节点j之间存在一条边是指节点j和节点i相互在对方的传输范围内。节点i和节点j存在一条边，节点j和节点i也存在一条边，即如果(i,j)∈E，则(j,i)∈E，并且(i,j)和(j,i)表示同一条边。对单跳无线网络G，作如下假设：(1)节点ID是唯一的，即任意两个节点的ID不相同，ID可以设置为节点的MAC地址或者节点的位置；(2)半双工收发器模型，每个节点都有一个接收器和发送器，节点可以发送或接收报文，但不能同时工作；(3)冲突模型，当两个或者更多节点同时发送报文的时候会产生冲突，节点能够侦听冲突。(4)不考虑报文丢失的情况，即如果没有冲突发生，那么一个节点发送的报文一定被另外的节点接收。n个节点部署在一个区域中且不知道网络G的信息，定义节点i在时间t内从节点j收到一条或多条信息，则称节点i在时间t内发现节点j。我们将在上述网络模型和条件下阐述本专利技术的技术方案。
技术实现思路
本专利技术设计了一种基于反馈信息运行时间是Θ(n)的单跳网络邻居发现方法，适用于无线自组织网络中的网络节点进行邻居发现。网络节点能够侦听冲突，即能够区分一个空闲的时间片和一个有冲突的时间片。本方法解决了标准冲突信道模型下邻居发现面临的上述问题。无线自组织网络中的一个节点包括报文发送模块、报文接收模块和邻居发现主模块。报文发送模块用于不同报文的组装，报文分为DISCOVERY报文和SUCCESS报文。报文接收模块用于接收报文。邻居发现主模块分为时间片管理模块、邻居信息模块、节点信息模块，其中，时间片管理模块用于把邻居发现过程的分为若干个时间片，在某个具体的时间片中，由邻居发现主模块协调报文发送模块和报文接收模块处理报文；邻居信息模块维护邻居节点列表和已发现邻居节点个数，其中邻居节点列表包括已发现邻居节点地址和被发现标识两个字段；节点信息模块维护自身信息，包括是否已被邻居发现的标志flag和节点自身地址。基于反馈信息运行时间是Θ(n)的单跳网络邻居发现方法分为两种：基本邻居发现方法适用于节点间时间片是同步的情况，而异步的邻居发现方法适用于节点间时间片异步的情况。一种单跳网络下基于反馈信息运行时间是Θ(n)的基本邻居发现方法，网络节点总数n是已知的，而且节点时间片是同步的，包括以下步骤：(1)网络节点邻居发现主模块把每个时间片分为两个部分；在第一个子时间片内，未被邻居发现节点(即flag标志为0)通过报文发送模块以概率1/(n-b)随机发送DISCOVERY报文，n是网络中节点总数，b是已经发现的邻居节点个数，b由邻居信息模块获得；随着已发现邻居节点个数b的增加，未被邻居发现节点发送DISCOVERY报文的概率逐渐增大，以此提高未被邻居发现节点被发现的概率。(2)在每个时间片的第一个子时间片内，如果当前节点报文接收模块成功接收到DISCOVERY报文(在同一个子时间片内当前节点只能成功接收一条DISCOVERY报文)，则当前节点向DISCOVERY报文的源节点发送SUCCESS报文，说明当前节点成功发现源节点。(3)在每个时间片的第二个子时间片内，如果当前节点的报文接收模块不空闲(成功接收到一条SUCCESS报文或者侦听到有冲突发生)，则说明当前节点成功被邻居节点发现。附图说明图1示出了单跳网络下邻居发现系统示意图；图2-1示出了节点间时间片是同步的情况下，网络节点总数n已知时单跳网络下基于反馈信息的基本邻居发现方法流程图；图2-2示出了节点间时间片是同步的情况下，网络节点总数n未知时单跳网络下基于反馈信息的基本邻居发现方法流程图；图3示出了DISCOVERY报文和SUCCESS报文的具体格式。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案进行具体说明。邻居发现方法是针对整个网络中的全部节点部署实施的方案，即所有节点运行同样的程序，包括同步邻居发现方法及异步邻居发现方法，对于同步邻居发现方法又分为网络节点总数已知和未知两种情形，下面将分别进行描述。1、网络节点总数n已知的同步邻居发现方法如图2-1所示，为单跳网络下基于反馈信息运行时间是Θ(n)的基本邻居发现方法(网络节点总数n已知)，包括以下几个步骤：步骤101：在邻居信息模块中初始化已发现邻居节点个数b＝0，初始化邻居节点列表NbrList，在节点信息模块中设置标志flag＝0。步骤102：判断flag＝1并且b＝n-1是否为真，如果是则结束邻居发现过程，否则跳转到步骤103。flag＝1代表当前节点已经被邻居节点发现，b＝n-1代表当前节点已经成功发现所有邻居节点。步骤103：设置节点报文发送模块发送概率是1/(n-b)。步骤104：判断当前节点的标志flag是否等于零，等于零表示当前节点未被邻居节点发现，不等于零表示该节点已被邻居节点发现，如果节点未被邻居发现则跳转到步骤105，否则跳转到步骤108。如果当前节点未被邻居节点发现，则当前节点才会进入发送DISCOVERY报文的步骤(步骤105)；否则，当前节点进入接收来自邻居节点DISCOVERY报文的步骤(步骤108)。步骤105：当前节点时间片管理模块把当前时间片分为两个子时间片，并且控制报文发送模块在第一个子时间片内按照1/(n-b)的概率发送DISCOVERY报文，如果DISCOVERY报文发送成功则跳转步骤106，否则跳转步骤108；DISCOVERY报文发送成功意味着当前时间片的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单跳网络下基于反馈信息的运行时间是Θ(n)的邻居发现方法，所述网络中节点总数n已知，节点间时间片为同步，其中每个节点包括报文发送模块、报文接收模块和邻居发现主模块，其中所述报文发送模块用于不同报文的组装，报文分为DISCOVERY报文和SUCCESS报文；所述报文接收模块用于接收报文；所述邻居发现主模块分为时间片管理模块、邻居信息模块、节点信息模块。所述方法包括：步骤101：在邻居信息模块中初始化已发现邻居节点个数b＝0，初始化邻居节点列表NbrList，在节点信息模块中设置标志flag＝0，执行步骤102；步骤102：判断flag＝1并且b＝n‑1是否为真，如果是则结束邻居发现过程，否则跳转到步骤103；步骤103：设置当前节点报文发送模块发送概率是1/(n‑b)，执行步骤104；步骤104：判断当前节点的标志flag是否等于零，等于零表示当前节点未被邻居节点发现，不等于零表示该节点已被邻居节点发现，如果当前节点未被邻居节点发现则跳转到步骤105，否则跳转到步骤108；步骤105：当前节点时间片管理模块把当前时间片分为两个子时间片，并且控制报文发送模块在第一个子时间片内按照1/(n‑b)的概率发送DISCOVERY报文，如果DISCOVERY报文发送成功则跳转步骤106，否则跳转步骤108；步骤106：判断当前节点报文接收模块在当前时间片的第二个子时间片内信道是否空闲，如果是空闲的，即跳转到步骤102，否则跳转到步骤107；步骤107：当前节点已被邻居发现，不再发送DISCOVERY报文，设置节点信息模块中的标志flag＝1，跳转到步骤102；。步骤108：判断当前节点是否成功收到其它邻居节点在当前时间片的第一个子时间片内发送的DISCOVERY报文，如果成功接收了DISCOVERY报文，则跳转到步骤109，否则跳转到步骤102；步骤109：在当前时间片的第二个子时间片内当前节点通过报文发送模块发送反馈SUCCESS报文，同时将已接收到DISCOVERY报文的源节点MAC地址加入到邻居节点列表NbrList中，设置已发现邻居节点个数b＝b+1，并返回到步骤102。...

【技术特征摘要】
1.一种单跳网络下基于反馈信息的运行时间是Θ(n)的邻居发现方法，所述网络中节点总数n已知，节点间时间片为同步，其中每个节点包括报文发送模块、报文接收模块和邻居发现主模块，其中所述报文发送模块用于不同报文的组装，报文分为DISCOVERY报文和SUCCESS报文；所述报文接收模块用于接收报文；所述邻居发现主模块分为时间片管理模块、邻居信息模块、节点信息模块，所述方法包括：步骤101：在邻居信息模块中初始化已发现邻居节点个数b＝0，初始化邻居节点列表NbrList，在节点信息模块中设置标志flag＝0，执行步骤102；步骤102：判断flag＝1并且b＝n-1是否为真，如果是则结束邻居发现过程，否则跳转到步骤103；步骤103：设置当前节点报文发送模块发送概率是1/(n-b)，执行步骤104；步骤104：判断当前节点的标志flag是否等于零，等于零表示当前节点未被邻居节点发现，不等于零表示该节点已被邻居节点发现，如果当前节点未被邻居节点发现则跳转到步骤105，否则跳转到步骤108；步骤105：当前节点时间片管理模块把当前时间片分为两个子时间片，并且控制报文发送模块在第一个子时间片内按照1/(n-b)的概率发送DISCOVERY报文，如果DISCOVERY报文发送成功则跳转步骤106，否则跳转步骤108；步骤106：判断当前节点报文接收模块在当前时间片的第二个子时间片内信道是...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱沿旭，尚国强，左超，王坚，李超，王黎明，曹廷友，贾佳，顾建，
申请(专利权)人：总装备部工程设计研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11