一种定向天线的认知邻居发现方法技术

本发明专利技术公开了一种定向天线的认知邻居发现方法。该方法为：首先节点每时隙根据当前各方向扇区的收发概率，采用轮盘赌算法选择收发以及方向扇区，直至本节点的下一次邻居发现事件发生；然后节点根据记录的邻居发现事件的时间间隔序列更新邻居数目似然函数，得出各扇区内邻居数目的估计值；最后根据邻居发现结束条件判断是否继续进行邻居发现：若满足结束条件则邻居发现结束；若不满足结束条件，则继续判断是否满足概率调整条件：若满足概率调整条件则节点根据最优概率表调整各方向扇区的接收概率并返回第一步；若不满足概率调整条件则直接返回第一步；如此循环，直到满足结束条件。本发明专利技术减少了邻居发现的时延，对不同的邻居位置分布具有鲁棒性。

A cognitive neighbor discovery method for directional antenna

The invention discloses a cognitive neighbor discovery method of a directional antenna. The method is as follows: firstly, according to the receiving and sending probability of each current direction sector in each time slot, the node uses roulette algorithm to select the receiving and sending and direction sector until the next neighbor discovery event of the node occurs; then the node updates the likelihood function of neighbor number according to the time interval sequence of neighbor discovery event recorded, and obtains the estimation value of neighbor number in each sector; finally, according to the neighbor discovery event recorded, the node updates the likelihood function of neighbor number Judge whether to continue neighbor discovery based on the end condition of neighborhood discovery: if the end condition is met, the neighbor discovery ends; if the end condition is not met, continue to judge whether the probability adjustment condition is met: if the probability adjustment condition is met, the node adjusts the receiving probability of each direction sector according to the optimal probability table and returns to the first step; if the probability adjustment condition is not met, it directly returns to the first step ; loop like this until the end condition is met. The invention reduces the delay of neighbor discovery and is robust to different neighbor position distribution.

【技术实现步骤摘要】
一种定向天线的认知邻居发现方法
本专利技术属于无线通信
，特别是一种定向天线的认知邻居发现方法。
技术介绍
毫米波频段由于其可用带宽极宽，在频谱资源紧张的今天具有巨大的发展前景。由于毫米波具有衰减特性，常采用定向天线为毫米波通信提供安全可靠的链路。在使用定向天线的adhoc网络中，定向天线在一段时间内只能在发射天线的覆盖区域内发射信号能量，因而对于源节点发射天线覆盖区域内的节点，只有其接收天线也对准源节点时才能收到来自源节点的分组信号，其余邻居节点接收不到，也就无法被发现。受制于上述的“聋哑”问题，定向天线邻居发现过程时延较长，因而设计耗时较短的邻居发现方法成为研究重点。目前关于定向天线随机邻居发现的研究中，文献1(参考文献：HaoCaiandTilmanWolf,“On2-wayNeighborDiscoveryinWirelessNetworkswithDirectionalAntennas,”inProc.IEEEINFOCOM,2015.)将双向握手机制引入邻居发现，但分析采用的理想模型中有太多假设不符合实际，导致邻居发现时延过长；文献2(参考文献：YangWang,BoLiuandLinGui,“AdaptiveScan-basedAsynchronousNeighborDiscoveryinwirelessnetworksusingdirectionalantennas,”inProc.WirelessCommunicationsandSignalProcessing(WCSP),pp.1-6,Hangzhou,Oct.2013.)分析不同收发概率对邻居发现时延的影响，但未提出完整可行的概率调整方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种邻居发现时延小、对不同的邻居位置分布具有鲁棒性的定向天线的认知邻居发现方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种定向天线的认知邻居发现方法，包括以下步骤：步骤1，节点每时隙根据当前各方向扇区的收发概率，采用轮盘赌算法选择收发以及方向扇区，直至本节点的下一次邻居发现事件发生；步骤2，节点根据记录的邻居发现事件的时间间隔序列更新邻居数目似然函数，得出各扇区内邻居数目的估计值；步骤3，根据邻居发现结束条件判断是否继续进行邻居发现：若满足结束条件则邻居发现结束；若不满足结束条件，则继续判断是否满足概率调整条件：若满足概率调整条件则节点根据最优概率表调整各方向扇区的接收概率，返回步骤1；若不满足概率调整条件则直接返回步骤1。进一步地，步骤1中节点每时隙各方向扇区的收发概率，具体如下：设第i个方向扇区内的接收概率为pi(j)，其中j为已发生的邻居发现事件数，各方向扇区的发送概率均为常数p，则各方向扇区的接收概率和发送概率满足：其中，k表示每个节点的方向扇区数。进一步地，步骤2中所述的邻居数目似然函数，定义为L(mi)：其中mi为第i个方向扇区内总邻居数的可能值，fij(βj，ηi(j)；mi)为对应于mi的本次样本事件，即已经发生的第j次邻居发现事件的发生概率，t为本节点已经发现的邻居总数，βj为第j-1次与第j次邻居发现事件之间的时间间隔，ηi(j)为第j次邻居发现事件之前第i个方向扇区内已发现的邻居数；当第j个被发现的邻居位于第i个方向扇区内时，fij(βj，ηi(j)；mi)满足：当第j个被发现的邻居不位于第i个方向扇区内时，fij(βj，ηi(j)；mi)满足：每次更新邻居数目估计值时，选取使L(mi)最大的作为当前邻居数目估计值。进一步地，步骤3所述的邻居发现结束条件，具体如下：步骤3.1，若原先邻居数估计值超过ηi(j)+1，经过本轮最大似然估计后，邻居数估计值减为不超过ηi(j)+1，则将邻居数估计值更新为ηi(j)+1，并将结束似然函数更新为1；步骤3.2，若原先邻居数估计值不超过ηi(j)+1，经过本轮最大似然估计后，邻居数估计值增为超过ηi(j)+1，则将结束似然函数更新为1；步骤3.3，若原先邻居数估计值不超过ηi(j)+1，经过本轮最大似然估计后，邻居数估计值依然不超过ηi(j)+1，则将结束似然函数乘以本次事件对应的fij(βj，ηi(j)；mi)，并将邻居数估计值更新为ηi(j)+1；步骤3.4，若结束似然函数小于门限c，则认为第i个方向扇区内邻居全部被发现，且第i个方向扇区的邻居数目不再进行更新，本方向扇区的邻居发现过程结束；步骤3.5，若每一方向扇区内邻居均全部被发现，则邻居发现过程结束；每次进行结束条件判断时，依次运行步骤3.1～步骤3.5，当且仅当步骤3.4被满足时本方向扇区的邻居发现过程结束；当且仅当步骤3.5被满足时，邻居发现过程结束。进一步地，步骤3中所述的概率调整条件，具体如下：当每个方向扇区内已发现的邻居数均超过门限R，或已发现的邻居总数超过门限S时，节点才会根据估计值与最优概率表调整接收概率，否则节点保持最初的接收概率不变。进一步地，步骤3中所述的最优概率表，采用动态规划递归求解以下问题得到：其中λi的定义为：f(n1,...,nk)表示当第i个方向扇区内有mi个邻居，且其中ni个邻居待发现时的最小剩余邻居发现时间；对应的{pi}表示在下一次邻居发现事件前，各方向扇区的接收概率集合，最优概率表由对应不同f(n1,...,nk)的最优组成，通过预先计算得到，在邻居发现过程中实时调用。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)利用邻居发现事件的时间间隔等先验信息，通过调整接收概率减少了邻居发现时延；(2)设定概率调整条件，对不同的邻居位置分布具有鲁棒性。附图说明图1是本专利技术定向天线的认知邻居发现方法的流程示意图。图2是本专利技术实施例中所提方法与现有固定概率方法的性能对比图。图3是本专利技术实施例中所提方法与现有概率调整方法的性能对比图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。对于同步无线adhoc网络中的随机定向邻居发现，节点每时隙以收发HELLO包的形式进行随机邻居发现。由于各方向扇区内邻居数与待发现邻居数互不相同，根据时延表达式，通过不断调整各方向扇区的收发概率可最小化邻居发现总时延的期望值。本专利技术定向天线的认知邻居发现方法，利用了邻居发现事件的时间间隔等先验信息，通过调整接收概率有效减少邻居发现时延，包括以下步骤：步骤1，节点每时隙根据当前各方向扇区的收发概率，采用轮盘赌算法选择收发以及方向扇区，直至本节点的下一次邻居发现事件发生；设第i个方向扇区内的接收概率为pi(j)，各方向扇区的发送概率均为常数p，则各方向扇区的接收概率和发送概率满足：其中，k表示每个节点的方向扇区数；步骤2，节点根据记录的邻居发现事件的时间间隔序列更新邻居数目似然函数，得出各扇区内邻居数目的估计值；所述的邻居数目似然函数，定义为：其中mi为第i个方向扇区内总邻居数的可能值，fij(βj,ηi(j)；mi)为对应于mi的本次样本事件，即已经发生的第j次邻居发现事件的发生概率，t为本节点已经发现的邻居总数，βj为第j-1次与第j次邻居发现事件之间的时间间隔，ηi(j)为第j次邻居发现事件之前第i个方向扇区内已发现的邻居数；当第j个被发现的邻居位于第i个方向扇区内时，fij(βj,ηi(j)；mi)满足：当第j个被发现的邻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定向天线的认知邻居发现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，节点每时隙根据当前各方向扇区的收发概率，采用轮盘赌算法选择收发以及方向扇区，直至本节点的下一次邻居发现事件发生；步骤2，节点根据记录的邻居发现事件的时间间隔序列更新邻居数目似然函数，得出各扇区内邻居数目的估计值；步骤3，根据邻居发现结束条件判断是否继续进行邻居发现：若满足结束条件则邻居发现结束；若不满足结束条件，则继续判断是否满足概率调整条件：若满足概率调整条件则节点根据最优概率表调整各方向扇区的接收概率，返回步骤1；若不满足概率调整条件则直接返回步骤1。

【技术特征摘要】
1.一种定向天线的认知邻居发现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，节点每时隙根据当前各方向扇区的收发概率，采用轮盘赌算法选择收发以及方向扇区，直至本节点的下一次邻居发现事件发生；步骤2，节点根据记录的邻居发现事件的时间间隔序列更新邻居数目似然函数，得出各扇区内邻居数目的估计值；步骤3，根据邻居发现结束条件判断是否继续进行邻居发现：若满足结束条件则邻居发现结束；若不满足结束条件，则继续判断是否满足概率调整条件：若满足概率调整条件则节点根据最优概率表调整各方向扇区的接收概率，返回步骤1；若不满足概率调整条件则直接返回步骤1。2.根据权利要求1所述的定向天线的认知邻居发现方法，其特征在于，步骤1中节点每时隙各方向扇区的收发概率，具体如下：设第i个方向扇区内的接收概率为pi(j)，其中j为已发生的邻居发现事件数，各方向扇区的发送概率均为常数p，则各方向扇区的接收概率和发送概率满足：其中，k表示每个节点的方向扇区数。3.根据权利要求1或2所述的定向天线的认知邻居发现方法，其特征在于，步骤2中所述的邻居数目似然函数，定义为L(mi)：其中mi为第i个方向扇区内总邻居数的可能值，fij(βj,ηi(j)；mi)为对应于mi的本次样本事件，即已经发生的第j次邻居发现事件的发生概率，t为本节点已经发现的邻居总数，βj为第j-1次与第j次邻居发现事件之间的时间间隔，ηi(j)为第j次邻居发现事件之前第i个方向扇区内已发现的邻居数；当第j个被发现的邻居位于第i个方向扇区内时，fij(βj,ηi(j)；mi)满足：当第j个被发现的邻居不位于第i个方向扇区内时，fij(βj,ηi(j)；mi)满足：每次更新邻居数目估计值时，选取使L(mi)最大的作为当前邻居数目估计值。4.根据权利要求3所述的定向天线的认知邻居发现方法，其特征在于，步骤3所述的邻居发现结束条件，具体如下：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金龙，徐煜华，白韡，徐以涛，汪西明，陈润丰，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32