基于自适应天线阵列的无线ad hoc网络邻居发现方法技术

本发明专利技术属于通信技术领域，具体是涉及一种基于自适应天线阵列的无线ad hoc网络邻居发现方法。本发明专利技术针对基于自适应天线阵列的无线ad hoc网络的初始化/周期性组网需求，为每个时钟同步或异步的网络节点设计适用于邻居发现的自适应天线阵列发送和接收状态的切换序列。本发明专利技术的方案能确保，无论两个网络节点开始执行状态切换序列的时间差距有多大，它们总能在有限时长内获得至少一次彼此发现的机会。与现有适用于邻居发现的自适应天线阵列状态切换序列相比，本发明专利技术所设计的状态切换序列具备更小的MTTR值，从而在更短的时间长度内为无线ad hoc网络的任意两个网络节点提供彼此发现的机会。

【技术实现步骤摘要】
基于自适应天线阵列的无线adhoc网络邻居发现方法
本专利技术属于通信
，具体是涉及一种基于自适应天线阵列的无线adhoc网络邻居发现方法。
技术介绍
无线Adhoc网络(或者无线自组织网络)无需固定基础设施支持，具备多跳、节点可移动和地位对等、以及网络拓扑动态变化等特征，特别适用于战场通信、应急救援、物联网和车联网等应用场合。在无线Adhoc网络中，每个节点在组网、路由和通信等阶段都需要执行邻居节点发现的功能，实时地生成或者更新其邻居节点信息和网络拓扑，从而为后续的路由发现和数据传输等功能提供信息基础。在邻居发现过程中，无线Adhoc网络的每个节点可以利用定向天线[1]在某个特定方向上的高发射和接收增益特性，获得增大传输距离以发现更多邻居节点和增强通信抗干扰/保密性能等优点。另一方面，定向天线发射和接收增益的方向不均衡特性又会导致任意两个相邻节点只能在其天线方向相互对准时才能发现彼此的存在，从而为无线Adhoc网络的邻居发现带来了挑战。为了降低这一挑战对邻居发现性能所带来的影响，无线Adhoc网络节点可以采用一种特殊的定向天线，即自适应天线阵列[2],[3]。由于自适应天线阵列可以对接收信号的来波方向进行实时跟踪，迅速调整其主波束的方向加以对准并获得最优的信号增益，从而实现全向监听/接收和定向发送的功能。而基于自适应天线阵列的无线Adhoc网络邻居发现技术所面临的关键性问题是如何确保任意两个网络节点总能，在不了解对方所处方位和知道/不知道对方时钟信息的限制条件下，使得彼此的自适应天线阵列在有限时长内实现方向对准，从而获得发现彼此的机会。为此，每个网络节点都需要为其自适应天线阵列预先设计适当的状态切换序列，以明确该节点在每个邻居发现时隙中应当是处于发送还是接收状态，以及它在每个发送时隙中应如何设置自适应天线阵列的发送方向。而衡量一个适用于自适应天线阵列节点的状态切换序列性能优劣的主要参数是最大汇聚时间间隔(Maximumtime-to-rendezvous,简称MTTR)，即当任意两个节点均根据该序列来设置其自适应天线阵列的状态时，它们能连续两次获得邻居发现机会(即同一时隙内彼此天线阵列方向处于对准状态)的最长时间间隔。通常来说，具备更小MTTR的自适应天线状态切换序列能为无线Adhoc网络提供更好的邻居发现性能。[1]R.Ramanathan,J.Redi,C.Santivanez,D.WigginsandS.Polit,"Adhocnetworkingwithdirectionalantennas:acompletesystemsolution,"inIEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,vol.23,no.3,pp.496-506,March2005.[2]ZhijunZhang,M.F.Iskander,ZhengqingYunandA.Host-Madsen,"Hybridsmartantennasystemusingdirectionalelements-performanceanalysisinflatRayleighfading,"inIEEETransactionsonAntennasandPropagation,vol.51,no.10,pp.2926-2935,Oct.2003.[3]P.Strobach,"Totalleastsquaresphasedaveragingand3-DESPRITforjointazimuth-elevation-carrierestimation,"inIEEETransactionsonSignalProcessing,vol.49,no.1,pp.54-62,Jan.2001.[4]梁志公，无线自组网定向天线邻居发现技术研究[D]，电子科技大学硕士论文，2020年6月。
技术实现思路
本专利技术针对基于自适应天线阵列的无线adhoc网络的初始化/周期性组网需求，为每个时钟同步或异步的网络节点设计适用于邻居发现的自适应天线阵列发送和接收状态的切换序列。本专利技术的技术方案是：基于自适应天线阵列的无线adhoc网络邻居发现方法，无线adhoc网络中网络节点以n位二进制序列进行编号，表示为b0b1…bn-1，每个网络节点配置m个天线扇区，其特征在于，所述邻居发现方法包括以下步骤：S1、生成一个周期长度为个时隙的时钟同步自适应天线阵列状态切换序列和一个周期长度为4n个时隙的时钟异步自适应天线阵列状态切换序列；S2、定义网络节点的状态切换序列为：S21、将组成时钟同步自适应天线阵列每个状态切换周期的个时隙分别标记为0,1,…,将组成时钟异步自适应天线阵列每个状态切换周期的4n个时隙分别标记为0,1,…,4n-1；将每个时隙划分为m个等长度的子时隙，分别标记为0,1,…,m-1；将该节点的m个天线扇区分别标记为0,1,…,m-1；S22、如果该网络节点满足时钟同步的限制条件，那么它将二进制序列b0b1…bn-1中比特0的个数表示为一个位二进制序列其中c0和分别为该序列的最高和最低位，并将这一新生成的二进制序列添加到二进制序列b0b1…bn-1之后，从而生成一个位的二进制序列进入步骤S23；否则，对二进制序列b0b1…bn-1进行扩展，以生成一个4n位的二进制序列：在二进制序列b0b1…bn-1之后，首先添加对该序列所有n个比特分别取反所生成的n位二进制序列然后再添加n个比特0，最后再添加n个比特1，进入步骤S24；S23、在生成的位二进制序列基础上，采用如下规则生成一个周期长度为的时钟同步自适应天线阵列收发状态切换序列：如果位二进制序列的第v+1位为比特1，那么该网络节点的自适应天线阵列会在每个周期的第v+1个时隙的第k+1个子时隙内，k∈[0,m-1]，在其第k+1个天线扇区上发送其控制信息；否则，它会在每个周期的第v+1个时隙内持续监听信道；S24、在生成的4n位二进制序列基础上，采用如下规则生成一个周期长度为4n个时隙的异步自适应天线阵列收发状态切换序列：如果4n位二进制序列的第w+1位为比特1，w∈[0,4n-1]，那么该网络节点的自适应天线阵列会在每个周期的第w+1个时隙的第k+1个子时隙内，k∈[0,m-1]，在其第k+1个天线扇区上发送其控制信息；否则，它会在每个周期的第w+1个时隙内持续监听信道；S3、网络节点根据步骤S2定义的状态切换序列发送和接收控制信息，定义任意两个网络节点为S和R，所述满足时钟同步的限制条件为S和R同时开始执行周期性状态切换，如果S和R同时开始执行周期性状态切换，则节点S总能在任意个连续时隙内获得至少一次发现节点R的机会，否则，，无论它们开始执行状态切换序列的时间差距有多大，节点S总能在任意4n个连续时隙内获得至少一次发现节点R的机会，从而实现邻居发现。本专利技术的有益效果是：本专利技术的方案能确保，无论两个网络节点开始执行状态切换序列的时间差距有多大，它们总能在有限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于自适应天线阵列的无线ad hoc网络邻居发现方法，无线ad hoc网络中网络节点以n位二进制序列进行编号，表示为b

【技术特征摘要】
1.基于自适应天线阵列的无线adhoc网络邻居发现方法，无线adhoc网络中网络节点以n位二进制序列进行编号，表示为b0b1…bn-1，每个网络节点配置m个天线扇区，其特征在于，所述邻居发现方法包括以下步骤：
S1、生成一个周期长度为个时隙的时钟同步自适应天线阵列状态切换序列和一个周期长度为4n个时隙的时钟异步自适应天线阵列状态切换序列；
S2、定义网络节点的状态切换序列为：
S21、将组成时钟同步自适应天线阵列每个状态切换周期的个时隙分别标记为0,1,…,将组成时钟异步自适应天线阵列每个状态切换周期的4n个时隙分别标记为0,1,…,4n-1；将每个时隙划分为m个等长度的子时隙，分别标记为0,1,…,m-1；将该节点的m个天线扇区分别标记为0,1,…,m-1；
S22、如果该网络节点满足时钟同步的限制条件，那么将二进制序列b0b1…bn-1中比特0的个数表示为一个位二进制序列c0c1…其中c0和分别为该序列的最高和最低位，并将这一新生成的二进制序列添加到二进制序列b0b1…bn-1之后，从而生成一个位的二进制序列b0b1…bn-1c0c1…进入步骤S23；否则，对二进制序列b0b1…bn-1进行扩展，以生成一个4n位的二进制序列：在二进制序列b0b1…bn-1之后，首先添加对该序列所有n个比特分别取反所生成的n位二进...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢嘉倍，谭雪松，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51