一种有中心的无线自组网两跳组网方法技术

本发明专利技术提供了一种有中心的无线自组网两跳组网方法，包括如下步骤：中心节点启动组网；从节点入；确定需要两跳入网的节点；确定中继节点；中心节点下发控制指令；从节点转变为中继节点；从节点两跳入网。通过自主识别和优化计算，自动将部分从节点转变为网络内中继节点，可在从节点无法入网或者即将脱网情况下，为其提供无线信号的持续覆盖，保持网络连接和数据传输状态。在此逻辑下有中心无线自组网能够在尽量保证自身较低信令开销的情况下，保持极高的健壮性和抗毁性，同时还大大提高系统的覆盖范围和有效通信距离。覆盖范围和有效通信距离。覆盖范围和有效通信距离。

【技术实现步骤摘要】
一种有中心的无线自组网两跳组网方法


[0001]本专利技术涉及无线自组网通信
，尤其涉及一种有中心的无线自组网两跳组网方法。

技术介绍

[0002]无线自组网是一种分布式的无线分组自治网络，无固定基础设施，可自由移动，具有组网灵活、多跳中继、抗毁自愈等特点，在应急部署、公共服务、军事通信等场景应用越来越广泛。
[0003]无线自组网系统的拓扑变化情况对整个网络性能有重要影响，如网络连通性、吞吐量、数据转发成功率、传输时延等。对于传统有中心的无线自组网，所有从节点的地位平等，均接入中心节点的网络，系统的通信范围即为中心节点的信号覆盖范围。如果节点处于移动的情况下，会导致从节点经常面临脱网，路由中断，需要不停的重新建立路由，导致传输数据稳定性较差，因此传统有中心的自组网不具有较好的可扩展性，通信覆盖范围也较为受限。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：提出一种有中心的无线自组网两跳组网方法，以解决现有技术存在的上述问题。
[0005]技术方案：本专利技术提出的有中心的无线自组网两跳组网方法步骤如下：
[0006]S1、中心节点启动组网；
[0007]S2、从节点入网；
[0008]S3、确定需要两跳入网的节点；
[0009]S4、确定中继节点；
[0010]S5、中心节点下发控制指令；
[0011]S6、从节点转变为中继节点；
[0012]S7、从节点两跳入网。
[0013]在进一步的实施例中，采用预规划或动态方式产生中心节点。所述“预规划”指在节点启动前通过人为设置某个节点为中心节点，是一种静态方式；与之相对的动态方式则是在节点启动后根据各节点能否接收到其他节点无线信号、自身位置、职责等相关属性，通过一定的算法实时推举出中心节点；中心节点启动网络建立，周期性发送入网邀请信息。
[0014]在进一步的实施例中，步骤S2包括：中心节点通信范围内的其他所有节点作为从节点接入网络；中心节点进行系统内网络拓扑的更新维护和通信资源的调度管理操作。
[0015]在进一步的实施例中，步骤S3确定需要两跳入网的节点包括如下两种情况：
[0016]情况1、初始位置在中心节点通信范围外；
[0017]情况2、入网之后脱离中心节点通信范围。
[0018]在进一步的实施例中，针对情况1，中心节点在建网前通过人工方式或者其他设备
系统(例如装备在某通信车上，车载其他长距离通讯设备能够获取其他节点的位置信息)输入获得孤立节点的位置信息；
[0019]针对情况2，中心节点通过与所有在网从节点周期性的信息交互，实时更新每个节点的位置、速度、方向信息；通过位置轨迹预测算法，确定即将脱离中心节点一跳通信范围内的节点及其预期脱离位置。
[0020]节点i的位置用P
i
(x
i
,y
i
,z
i
)表示，P
i
采用空间直角坐标系表示方法，其中，x
i
表示横轴位置，y
i
表示纵轴位置，z
i
表示竖轴位置。实际系统应用中，节点空间位置通常通过全球定位系统(Global Positioning System，GPS)或者掼导系统获取，GPS和惯导系统上报的位置信息往往采用球坐标系表示，可以通过笛卡尔转换，将球坐标系换算为直角坐标系。节点i和节点j之间的距离为：
[0021][0022]节点i的速度矢量用V
i
(x
i
,y
i
,z
i
)表示，加速度矢量用a
i
(x
i
,y
i
,z
i
)表示，利用距离计算公式S＝Vt+at2/2可以估算出t时间之后节点i的估算位置P
ti
(x
ti
,y
ti
,z
ti
)，再利用上述距离计算公式算出各节点之间的距离，以此判断节点是否即将脱离中心节点通信覆盖范围。
[0023]在进一步的实施例中，步骤S4包括：
[0024]S4
‑
1、中心节点利用控制消息收集全网所有节点的位置信息，通过轨迹预测算法和距离算法找出与步骤S3中位置在一跳通信范围内的所有从节点；此处算法与上文步骤S3一致。
[0025]S4
‑
2、从步骤S4
‑
1中找出的所有从节点中选出中继节点。
[0026]在进一步的实施例中，通过选择算法选出中继节点的过程包括：
[0027]脱网节点一跳范围内所有节点作为候选中继节点；首先对所有候选节点的传输需求值进行评估，分为业务需求和控制需求；其次再考虑所有候选节点到脱网节点的距离；
[0028]候选节点m的业务需求用D
m
表示，控制需求用C
m
表示，与脱网节点的距离用L
m
表示；则节点m的加权值为：
[0029]W
m
＝λ1D
m
+λ2C
m
+λ3L
m
[0030]其中，W
m
为候选中继节点m的加权值，λ1、λ2、λ3分别为业务需求、控制需求和与脱网节点之间距离的权重系数；
[0031]所有候选中继节点计算加权之后选择权值最小的节点作为最终中继节点。
[0032]在进一步的实施例中，步骤S5包括：
[0033]中心节点完成中继节点选择后，通过下行控制消息向该节点发送节点属性改变指令，指示其在固定时间转变为中继节点；
[0034]对于即将脱网节点，中心节点通过下行控制消息向其发送切换指令，指示其在合适的时机切换到中继节点。
[0035]在进一步的实施例中，步骤S6包括：从节点收到中心节点发送的节点属性改变指令后，在消息中指定的时刻开始以中继节点的身份运行，与中心节点类似的周期性的发送入网邀请信息。
[0036]在进一步的实施例中，步骤S7包括：孤立节点或者即将脱网节点收到中继节点入
网邀请消息后，向其发起入网或者重入网流程；
[0037]所述中继节点在收到其他节点控制消息或者业务数据后，透传给对端节点。
[0038]有益效果：本专利技术提出的一种有中心的无线自组网两跳组网方法，通过自主识别和优化计算，自动将部分从节点转变为网络内中继节点，可在从节点无法入网或者即将脱网情况下，为其提供无线信号的持续覆盖，保持网络连接和数据传输状态。在此逻辑下有中心无线自组网能够在尽量保证自身较低信令开销的情况下，保持极高的健壮性和抗毁性，同时还大大提高系统的覆盖范围和有效通信距离。
附图说明
[0039]图1是本专利技术的两跳入网流程图。
[0040]图2是本专利技术的运动过程中两跳入网的示意图。
具体实施方式
[0041]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有中心的无线自组网两跳组网方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、中心节点启动组网；S2、从节点入网；S3、确定需要两跳入网的节点；S4、确定中继节点；S5、中心节点下发控制指令；S6、从节点转变为中继节点；S7、从节点两跳入网。2.根据权利要求1所述的无线自组网两跳组网方法，其特征在于，步骤S1包括：采用预规划方式或动态方式产生中心节点；所述预规划方式包括：在节点启动前通过人为设置某个节点为中心节点，是一种静态方式；所述动态方式包括：在节点启动后根据各节点自身位置、职责等相关属性，通过预定的计算方式实时推举出中心节点；中心节点启动网络建立，周期性发送入网邀请信息。3.根据权利要求1所述的无线自组网两跳组网方法，其特征在于，步骤S2包括：中心节点通信范围内的其他所有节点作为从节点接入网络；中心节点进行系统内网络拓扑的更新维护和通信资源的调度管理操作。4.根据权利要求1所述的无线自组网两跳组网方法，其特征在于，步骤S3确定需要两跳入网的节点包括如下两种情况：情况1、初始位置在中心节点通信范围外；情况2、入网之后脱离中心节点通信范围。5.根据权利要求4所述的无线自组网两跳组网方法，其特征在于，针对情况1，中心节点在建网前通过人工方式或者其他设备系统输入获得孤立节点的位置信息；针对情况2，中心节点通过与所有在网从节点周期性的信息交互，实时更新每个节点的位置、速度、方向信息；通过位置轨迹预测算法，确定即将脱离中心节点一跳通信范围内的节点及其预期脱离位置。6.根据权利要求1所述的无线自组网两跳组网方法，其特征在于，步骤S4包括：S4
‑
1、中心节点利用控制消息收集全网所有节点的位置信息，通过位置轨迹预测算法找出与步骤S3中位置在一跳通信范围内的所有从节点；S4
‑
2、从步骤S4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海飞，彭迎春，梅妍，施渊籍，石晶林，
申请(专利权)人：中科南京移动通信与计算创新研究院，
类型：发明
国别省市：