基于方向性天线的Ａｄ　Ｈｏｃ网络邻居节点扫描方法技术

一种无线通信技术领域的基于方向性天线的Ａｄ?Ｈｏｃ网络邻居节点扫描方法，包括以下步骤：对准备进入方向性天线Ａｄ?Ｈｏｃ网络的每个节点进行二进制编号；分别为每个节点配置同样的天线装置，得到天线的扫描方向数，并将天线的方向依次编号，且每个天线的同一方向的编号相同；在节点进入网络前，对网络进行预估处理，得到网络的节点数目；将通信的时间划分为若干时隙，节点进入网络后，在每个时隙开始时进行收／发模式选择处理，确定天线每个时隙的收／发模式；进行天线扫描图案选择处理，得到天线在第五步的收／发模式下的扫描图案；节点完成本时隙的扫描工作，进入下个时隙。本发明专利技术大大减少了节点扫描的发现时间，且扫描的准确率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种无线通信
的方法，具体是一种基于方向性天线的Ad Hoc(自组织对等式多跳移动通信网络)网络邻居节点扫描方法。
技术介绍
至从上个世纪90年代以来，不需要固定基础设施支撑的、由若干移动节点组成的 自组织无线网络，简称Ad Hoc网络，逐渐成为无线网中的一个热点。Ad Hoc网络没有固定 基础设施，有许多地理上分散的节点组成，这些节点可以自由进入和离开网络，也可以在网 络中自由的移动。容易安装和灵活配置使Ad Hoc网络有非常广泛的应用前景。方向性天线是可以进一步利用空间资源，提高无线通信网络的容量。利用方向性 天线不仅可以达到更远的通信距离，还可以实现信道在空间上的分离，进一步增加空间重 用度，提高网络容量。由于定向天线可以在特定方向上形成波束，而不会干扰到其它方向上 结点的接收，并且结点如果使用定向接收，也不会听到邻居结点的干扰(假设旁瓣的干扰 很小)。使得在一个结点的全向干扰范围内，允许两对或更多的结点同时进行发送与接收， 从而可以得到更大的网络吞吐量。采用自适应天线可以使用窄波束的主瓣接收和发射信 号，旁瓣和零点抑制干扰信号，可以降低系统干扰，提高阵列的输出信噪比，即提高系统的 抗干扰能力，对于多径干扰也有一定的削弱作用。邻居节点发现是Ad Hoc网络组网的基础和前提。特别在基于定向天线的通信网 络中。邻居节点发现是指每个节点开机后，在没有邻节点先验信息的条件下，通过基于一定 的互盲或自盲方法协议迅速找到其通信覆盖范围内的所有其他节点(同时被其他节点所 发现)，并建立基本通信连接的过程。邻居节点发现方法在使用定向天线和全向天线不同选 择的情况下，需要解决的问题也不相同，而且，其方法的优劣直接影响节点通信距离、网络 建立时间等指标。在全向天线系统中，由于每个节点均独立决定发送信号，以扫描其邻近节点分布 情况时，其覆盖范围内的邻居节点必定都能收到信号，因此邻接点发现的主要工作在于解 决扫描握手协议如何尽量减少冲突，以高效利用传输资源。但在采用定向天线的无线网络 中，“必定”的条件并不存在，节点之间的正常通信/碰撞需要满足的条件从传统的时域 不重叠/重叠提升为同时满足时域+空域上的相应条件，所有的发送和接收必须有的放矢 (同时对准时隙和方向，即满足时域/空域重叠)，否则就会是无效通信。两个节点在某时 刻的天线方向图相对，同时收、发模式相反，才能形成一次有效通信。可见，在方向性天线网 络中，信道资源被刻画成二维形式，时隙和天线方向，针对多波束切换天线阵来说，信道资 源可以表达为{T(n)，D(m)}，其中T(n)表示第η个时隙，D(m)表示第m个天线单元。邻居 节点发现的过程就是要确定任意邻居节点(设为节点i)的Di(m)，完成对系统空间资源的 分配，并在此基础上通过时隙调度分配方法确定两节点之间的{T(n)，D(m)}配对。在基于定向天线阵的Ad Hoc网络中，考虑邻节点发现时，收发模式或者扫描方向 没有对好时，将导致永远无法建立握手，出现近在咫尺却难以发现的问题。两个通信节点只有当定向天线指向相对，并且一个处于发状态，另外一个处于收状态时才能发生有效通信， 对于在某时刻收、发模式的选择是一个完全分布式的方法，即各节点根据某种规则自行决 定某时刻天线是处于发状态还是收状态，该方法结合扫描图案方法将决定某次有效通信成 功的统计特性，进而直接影响邻接点发现的最终指标邻接点发现时间。在基于全向天线的Ad Hoc网络中，节点收发都是球状覆盖，因此不存在所谓的“扫 描”问题。而在采用基于定向天线阵的Ad Hoc网络中，为了发现本节点覆盖范围内的所有 邻居节点，本节点必须用方向性天线单元以某种方式对自己的覆盖区进行空间“扫描”。扫 描的过程，也就是在天线阵中不断切换当前所用天线单元的过程，这种切换的顺序和方法， 也就是“扫描图案设计”。从现有技术文献的检索发现，现有的Ad Hoc网络中邻居节点的扫描机制并没有一 致的方法，大多为盲目性的扫描，因此在现有异步纯定向通信下的邻节点发现与维护方案 中，存在节点的发现概率普遍较低、发现周期较长，且“听不见”问题较严重等不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于方向性天线的Ad Hoc 网络邻居节点扫描方法。本专利技术提出了针对节点数量和节点天线方向数的关系的节点扫描 方法，在保证节点能够扫描出所有邻居节点的同时，能够大大减少扫描时间，从而快速地完 成网络拓扑准备工作。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括以下步骤第一步，对准备进入方向性天线Ad Hoc网络的每个节点进行二进制编号。第二步，分别为每个节点配置同样的天线装置，得到天线的扫描方向数N，并将天 线的方向依次编号为1、2、…、N，且每个天线的同一方向的编号相同。所述的天线的扫描方向数N，是2πN=—,B其中Β是天线的波瓣主瓣角。第三步，在节点进入网络前，对网络进行预估处理，得到网络的节点数目Μ。所述的预估处理，是M = 2W,其中W是第一步中二进制编号的位数。第四步，将通信的时间划分为若干时隙，节点进入网络后，在每个时隙开始时进行 收/发模式选择处理，确定天线每个时隙的收/发模式。所述的收/发模式选择处理，是当M≤N时，节点根据本地节点ID号确定收/发模式，当节点在第i次扫描/接 收时，该节点的二进制编号的第i位为0，则该节点选择接收模式，否则，选择发送模式；或 者是，当节点在第i次扫描/接收时，该节点的二进制编号的第i位为0，则该节点选择发送 模式，否则，选择接收模式；当M > N时，节点根据收发概率Y确定收/发模式，在时隙开始时，随机产生出一 个0-10之间的随机数X，当X < 5，则节点选择发送模式，否则，选择接收模式；或者是，当X< 5，则节点选择接收模式，否则，选择发送模式。第五步，进行天线扫描图案选择处理，得到天线在第五步的收/发模式下的扫描 图案。所述的天线扫描图案选择处理，是当M彡NX (1+50% )时，产生一个包含N个伪随机数的伪随机序列Sn = (S1, S2, S3... SN}，且采用该伪随机序列的随机扫描方法进行扫描；当NX (1-50%) <M<NX (1+50% )时，采用顺时针或逆时针同向扫描方法进行 扫描；当M < NX (1-50% )时，采用大步进顺时针或逆时针复合扫描方法进行扫描。所述的随机扫描方法，是在第i个时隙，当i < M，则选择编号为Si的天线方向进 行扫描，当i > M，则选择编号为Sk的天线方向进行扫描，其中=Si是得到的伪随机序列中 的第i个伪随机数，Sk是到的伪随机序列中的第k个伪随机数，k是i整除M的余数。所述的同向扫描方法，是在第i个时隙，当i <M，则选择编号为i的天线方向进 行扫描；当i > M，则选择编号为i整除M的余数的天线方向进行扫描。所述的复合扫描方法，是在区间中随机生成一个整数Τ，Τ’是上个时隙 扫描方向的编号，当Τ+Τ’彡N时，选择编号为Τ+Τ’的天线方向进行扫描；当Τ+Τ’ >Ν时， 选择编号为Τ+Τ’整除N的余数的天线方向进行扫描，对于第一个时隙，Τ’ = 0。第六步，节点完成本时隙的扫描工作，进入下个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于方向性天线的ＡｄＨｏｃ网络邻居节点扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，对准备进入方向性天线ＡｄＨｏｃ网络的每个节点进行二进制编号；第二步，分别为每个节点配置同样的天线装置，得到天线的扫描方向数Ｎ，并将天线的方向依次编号为１、２、…、Ｎ，且每个天线的同一方向的编号相同；第三步，在节点进入网络前，对网络进行预估处理，得到网络的节点数目Ｍ；第四步，将通信的时间划分为若干时隙，节点进入网络后，在每个时隙开始时进行收／发模式选择处理，确定天线每个时隙的收／发模式；第五步，进行天线扫描图案选择处理，得到天线在第五步的收／发模式下的扫描图案；第六步，节点完成本时隙的扫描工作，进入下个时隙，返回第四步。

【技术特征摘要】
一种基于方向性天线的Ad Hoc网络邻居节点扫描方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，对准备进入方向性天线Ad Hoc网络的每个节点进行二进制编号；第二步，分别为每个节点配置同样的天线装置，得到天线的扫描方向数N，并将天线的方向依次编号为1、2、…、N，且每个天线的同一方向的编号相同；第三步，在节点进入网络前，对网络进行预估处理，得到网络的节点数目M；第四步，将通信的时间划分为若干时隙，节点进入网络后，在每个时隙开始时进行收/发模式选择处理，确定天线每个时隙的收/发模式；第五步，进行天线扫描图案选择处理，得到天线在第五步的收/发模式下的扫描图案；第六步，节点完成本时隙的扫描工作，进入下个时隙，返回第四步。2.根据权利要求1所述的基于方向性天线的AdHoc网络邻居节点扫描方法，其特征 是，第二步中所述的天线的扫描方向数N，是μ 1πN =—, B其中Β是天线的波瓣主瓣角。3.根据权利要求1所述的基于方向性天线的AdHoc网络邻居节点扫描方法，其特征 是，第三步中所述的预估处理，是M= 2W，其中W是第一步中二进制编号的位数。4.根据权利要求1所述的基于方向性天线的AdHoc网络邻居节点扫描方法，其特征 是，第四步中所述的收/发模式选择处理，是当M < N时，节点根据本地节点ID号确定收/发模式，当节点在第i次扫描/接收时， 该节点的二进制编号的第i位为0，则该节点选择接收模式，否则，选择发送模式；或者是， 当节点在第i次扫描/接收时，该节点的二进制编号的第i位为0，则该节点选择发送模式， 否则，选择接收模式；当M > N时，节点根据收发概率γ确定收/发模式，在时隙开始时，随机产生出一个 0-10之间的随机数X，当X < 5，则节点选择发送模...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡浩，归琳，马文峰，刘勃，李颖，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]