基于MANET网络的MAC层邻居节点发现方法与平台技术

本发明专利技术为一种基于MANET网络的MAC层邻居节点发现方法与平台。提出的基于MANET网络的MAC层邻居节点发现方法，包括邻居节点搜索、节点时间同步、节点时隙分配3个部分；提出的基于MANET网络的MAC层邻居节点发现平台，包括变频模件(1)，MAC层模件(2)，综合业务处理模件(3)，共3个部分相结合构成一个整体。该方法支持标准通信接口，移植性强，支持后期扩展，该方法与平台能有效的解决传统的采用全向天线中遇到的隐藏终端、暴露终端等问题，能满足在自组网中节点快速、高效的搜索周围邻居节点，高速的进行数据传输；具有设计合理、方法可靠、理念创新、实用性强，操作灵活快捷，整体结构合理等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是移动MANET网络领域内的一种新的邻居节点发现的方法及其平台的实现，它是自组织网络中的MAC层的一种实现方法。
技术介绍
在某些特殊的领域，如在发生火灾、水灾、地震或遭受其他灾难打击之后，固定的通信网络设备不能正常运作；当处于偏远或野外地区时(野外科考、边远矿山作业、边远地区执行任务的分队或成员之间的通信等)往往无法依靠固定或预先设置的网络设备进行通信；部队快速部署到一个没有任何网络设施的地区，各分队需要快速建立通信网络等等，这都需要迅速高效的建立一个不依赖于任何预先架设的网络设施的可靠通信网络，并在恶劣和特殊的环境下能够正常工作。这就需要一种不依赖固定基础设施支持的移动自组织技术，移动自组织网就是其中的一种。MANET网络是一种无中心节点、所有节点都平等的分布式网络。网络有自组织的特性，对于突发故障有一点的修复能力；网络中的节点能随意移动，从而允许各个节点在没有固定基础设施的环境下进行通信，网络拓扑结构动态变化，移动中的每个节点可以主动的监听自己的邻节点，并智能的感知网络拓扑状态，动态的确定最佳分组路由，然后将数据逐跳送达目的节点。对于因为网络拓扑动态变化、节点突发故障、无线环境的恶化等原因造成的网络通信质量下降或中断，移动网络具有都可以给出相应解决方案。MANET网络的许多优良特性为它在军事和民用通信领域占据一席之地提供了有力保证，几乎涉及到社会生产中的各个方面，从军事应用如飞机、坦克、单兵到普通民用消费产品，例如，汽车、笔记本、手机终端等等，在移动自组织网中首要解决的就是节点的邻居发现，节点的邻居发现是自组网完成组网、路由成功转发、数据通信等的前提和基础，是自组网的关键和核心技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效的、工作可靠的基于MANET网络的MAC层邻居节点发现的方法与平台，在无任何网络设施的环境中，节点可以快速、准确的发现周围的邻居节点，为自组织网络的快速组网及通信提供有力保障。为了达到上述目的，本节点采用的技术方案是：一种基于MANET网络的MAC层邻居节点发现方法，包括邻居节点搜索、节点时间同步、节点时隙分配三个部分，分别由S1、S2、S3共三个步骤完成：所述步骤S1主要完成邻居节点的搜索，节点通过搜索频率与切换方向来发现其自身周围的邻居节点；所述步骤S2主要完成节点的时间同步，本方法采用的是TDMA，时间同步是基础，节点与网络中的基准时间节点完成时间的同步；所述步骤S3主要完成节点的动态时隙分配，为节点的通信提供基础。所述步骤S1又包含步骤S11及S12，共2个步骤，其中：所述步骤S11中选择一个节点作为整个网络的主节点，剩余节点都为次节点，主节点在感知时隙随机进行收发，或以频率F1发送时间信息，或以频率Fj逐扇区进行扫描；所述步骤S12中次节点在开机后，未同步时一直处于定收模式，其定向天线逐扇区逐频率进行扫描，等待接收主节点的时间信息。节点收到邻居节点的信息后，记录节点的相关信息，如节点ID、节点方向、节点频率等。当次节点收到主节点的时间信息后，确定次节点的层次为1，即在主节点层次上加1，此后次节点按照帧结构正常工作，对主节点的时间信号进行转发，并加上相应的层次信息，依此类推，由此建立的是一个分级的、层次性的拓扑网络结构。每个节点的层次数目表示该节点距离根节点的跳数。所述步骤S2又包含步骤S21、S22及S23，共3个步骤，其中：所述步骤S21中次节点收到主节点的时间信息时，此刻次节点就获得了主节点的粗略时间信息，次节点进入粗同步状态，时序上按照帧结构工作，在时序感知时隙段，根据随机函数确定收发状态；所述步骤S22中主节点收到次节点的信息后，发送同步修正信息；所述步骤S23中次节点收到主节点的同步修正信息后，通过同步算法计算精确的时间差，修正自己同主节点的精确时间差，完成与主节点的时间的对齐。所述步骤S3又包含步骤S31、S32，共2个步骤，其中：所述步骤S31中节点定向将本节点的空闲业务时隙信息发送给自己的邻居节点，邻居节点收到上面的空闲业务时隙信息后，与自己的空闲业务时隙进行逻辑与运算，得到公共的业务时隙，同时将此公共业务时隙定向发送给对方；所述步骤S32中节点收到其邻居节点发送过来的公共业务时隙后，将这些公共业务时隙作为自己与此邻居节点的业务通信时隙。一种基于MANET网络的MAC层邻居节点发现平台，平台包括变频板模块(1)、ATOM核心板模块(2)、综合业务处理模块(3)。变频板模块(1)包括1个变频集成电路(11)，1个频合指示单元(13)，1个ADC转化模块(12)；ATOM核心板模块(2)包括1个CPU(21)，1个收发频率控制单元(22)，1个发功率控制单元(23)，1个人机接口板(24)，1个FLASH模块(25)，一个SDRAM(26)；综合业务处理模块(3)，包括1个FPGA芯片(31)，1个中频DAC信号处理器(32)，1个USB串口(33)，1个以太网口(34)，一个FLASH(35)，1个JTAG口(36)，1个AGC控制(37),1个外部定位信息接口(38),1个SDRAM(39)。本专利技术提出的基于MANET网络的MAC层邻居节点发现方法与平台，软件与平台都采用模块化设计，接口标准明确。软件部分邻居节点发现模块为基础，为后面节点同步模块做铺垫，同步模块为核心，为后面时隙预约提供精准的时间对齐。软件各模块环环紧扣，结构严谨，邻居节点发现的方法在ATOM板的LINUX环境下运行，其输出的结果送至物理层开发板进行调制或解调，调制或解调的信号对L中频或上下频进行控制，最后的信号送至射频单元，对全向天线或定向天线进行控制，完成数据的收发与解析。本专利技术基于MANET网络的MAC层特点，提出了一种新的邻居节点发现方法及其实现平台，该方法与平台中能有效的解决传统的采用全向天线中遇到的隐藏终端、暴露终端等问题，能满足在自组网中节点快速、高效的搜索周围邻居节点，同时平台中采用的定向天线使节点通信距离更远，数据传输速率大为增加。同时本专利技术还具有设计合理、方法可靠、理念创新、颇具实用，操作灵活快捷，整体结构合理等特点。附图说明图1本专利技术邻居节点发现方法的三个阶段图2本专利技术邻居节点搜索方法S11的流程图图3本专利技术邻居节点搜索方法S12的流程图图4本方明节点同步的流程图...

【技术保护点】
一种基于MANET网络的MAC层邻居节点发现方法，包括邻居节点搜索方法、节点时间同步方法、节点时隙分配方法，分别由步骤S1、S2、S3共三个步骤完成，其特征是：所述步骤S1主要完成邻居节点的搜索，节点通过搜索频率与切换方向来发现其自身周围的邻居节点；所述步骤S2主要完成节点的时间同步，本方法采用的是TDMA，时间同步是基础，节点与网络中的基准时间节点完成时间的同步；所述步骤S3主要完成节点的动态时隙分配，为节点的通信提供基础。

【技术特征摘要】
1.一种基于MANET网络的MAC层邻居节点发现方法，包括邻居节点
搜索方法、节点时间同步方法、节点时隙分配方法，分别由步骤S1、
S2、S3共三个步骤完成，其特征是：
所述步骤S1主要完成邻居节点的搜索，节点通过搜索频率与切换
方向来发现其自身周围的邻居节点；
所述步骤S2主要完成节点的时间同步，本方法采用的是TDMA，时
间同步是基础，节点与网络中的基准时间节点完成时间的同步；
所述步骤S3主要完成节点的动态时隙分配，为节点的通信提供基
础。
2.如权利要求1所述的基于MANET网络的MAC层邻居节点发现方法，
其特征是：
所述步骤S1又包含步骤S11及S12，共2个步骤，其中：
所述步骤S11中选择一个节点作为整个网络的主节点，剩余节点都
为次节点，主节点在感知时隙随机进行收发，或以频率F1发送时间信
息，或以频率Fj逐扇区进行扫描；
所述步骤S12中次节点在开机后，未同步时一直处于定收模式，其
定向天线逐扇区逐频率进行扫描，等待接收主节点的时间信息；
节点收到邻居节点的信息后，记录节点的相关信息，如节点ID、
节点方向、节点频率等；当次节点收到主节点的时间信息后，确定次
节点的层次为1，即在主节点层次上加1，此后次节点按照帧结构正常
工作，对主节点的时间信号进行转发，并加上相应的层次信息，依此
类推，由此建立的是一个分级的、层次性的拓扑网络结构；每个节点

\t的层次数目表示该节点距离根节点的跳数。
3.如权利要求1所述的基于MANET网络的MAC层邻居节点发现方法，
其特征是：
所述步骤S2又包含步骤S21、S22及S23，共3个步骤，其中：
所述步骤S21中次节点收到主节点的时间信息时，此刻次节点就获
得了主节点的粗略时间信息，次节点进入粗同步状态，时序上按照帧
结构工作，在时序感知时隙段，根据随机函数确定收发状态；
所述步骤S22中主节点收到次节点的信息后，发送同步修正信息；
所述步骤S23中次节点收到主节点的同步修正信息后，通过同步算
法计算精确的时间差，修正自己同主节点的精确时间差，完成与主节
点的时间的对齐。
4.如权利要求1所述的基于MANET网络的MAC层邻居节点发现方法，
其特征是：
所述步骤S3又包含步骤S31、S32，共2个步骤，其中：
所述步骤S31中节点定向将本节点的空闲业务时隙信息发送给自
己的邻居节点，邻居节点收到上面的空闲业务时隙信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：严忠，黄华东，黄祥，彭宇，李国治，刘月，余召仿，钟秉飞，喻磊，童嘉新，高立，付培培，
申请(专利权)人：武汉中元通信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42