[发明专利]单跳网络中基于异步时间片的邻居发现方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种节点数已知单跳网络中基于异步时间片的邻居发现方法。

背景技术

无线自组织网络(Wireless ad hoc networks)是由大量的静止或移动的节点以自组织单跳或者多跳方式构成的无线网络，它不需要固定通信设备的支持，各节点之间自行组网。例如，立即部署时，节点不知道它的通信范围内有哪些节点，需要先发现邻居节点，然后才能和被发现的节点进行通信。邻居发现是无线自组织网络初始化中不可缺少的第一步，MAC(media access control)，路由协议以及拓扑控制算法都需要知道邻居信息，才能有效工作。

邻居发现方法可分为两类：随机邻居发现和确定邻居发现。在随机邻居发现中，每个节点传输的次数是随机的，并在一定时间内以极大概率发现所有邻居。在确定邻居发现中，每个节点按照事先确定的策略进行传输，并在一定时间内以概率1发现所有邻居。然而，在分布式环境下，确定性往往是以增加运行时间为代价的，由于确定邻居发现存在上述缺点和不足，我们选择随机邻居发现作为参考提出我们的方法。

目前，邻居发现方法面临着如下问题：

(1)邻居发现需要处理冲突，也就是既要保证冲突的可能性降到最低同时也要保证用的时间是最少；

(2)在许多实际情况下，由于网络节点总数未知，进一步加大了算法处理冲突的难度；

(3)当全局时钟未知的情况下，要求节点能够异步工作同时能有效的发现所有邻居；

(4)在异步条件下，节点可能在不同时间开始邻居发现，可能会错过其它节点传输数据；

(5)当邻居个数未知时，节点不知何时终止邻居发现。

由于传统的邻居发现方法面临着上述5个问题，需要提出一个能有效解决这些问题的邻居发现方法。

在当前申请的方案中考虑如下的网络模型：

用G＝(V,E)表示一个单跳无线网络，其中V是n个节点的集合，是G中无向边的集合。节点i和节点j之间存在一条边是指节点j和节点i相互在对方的传输范围内。节点i和节点j存在一条边，节点j和节点i也存在一条边，即如果(i,j)∈E，则(j,i)∈E，并且(i,j)和(j,i)表示同一条边。

对单跳无线网络G，作如下假设：

(1)节点ID是唯一的，即任意两个节点的ID不相同，ID可以设置为节点的MAC地址或者节点的位置；

(2)半双工收发器模型，每个节点都有一个接收器和发送器，节点可以发送或接收报文，但不能同时工作；

(3)冲突模型，当两个或者更多节点同时发送报文的时候会产生冲突，节点能够侦听冲突。

(4)不考虑报文丢失的情况，即如果没有冲突发生，那么一个节点发送的报文一定被另外的节点接收。

n个节点部署在一个区域中且不知道网络G的信息，定义节点i在时间t内从节点j收到一条或多条信息，则称节点i在时间t内发现节点j。

我们将在上述网络模型和条件下阐述本发明的技术方案。

发明内容

本发明设计了一种基于反馈信息运行时间是Θ(n)的单跳网络邻居发现方法，适用于无线自组织网络中的网络节点进行邻居发现。网络节点能够侦听冲突，即能够区分一个空闲的时间片和一个有冲突的时间片。本方法解决了标准冲突信道模型下邻居发现面临的上述问题。

无线自组织网络中的一个节点包括报文发送模块、报文接收模块和邻居发现主模块。报文发送模块用于不同报文的组装，报文分为DISCOVERY报文和SUCCESS报文。报文接收模块用于接收报文。邻居发现主模块分为时间片管理模块、邻居信息模块、节点信息模块，其中，时间片管理模块用于把邻居发现过程的分为若干个时间片，在某个具体的时间片中，由邻居发现主模块协调报文发送模块和报文接收模块处理报文；邻居信息模块维护邻居节点列表和已发现邻居节点个数，其中邻居节点列表包括已发现邻居节点地址和被发现标识两个字段；节点信息模块维护自身信息，包括是否已被所有邻居发现的标志flag和节点自身地址。

基于反馈信息运行时间是Θ(n)的单跳网络邻居发现方法分为两种：基本邻居发现方法适用于节点间时间片是同步的情况，而异步的邻居发现方法适用于节点间时间片异步的情况。

一种节点数已知单跳网络中基于异步时间片的邻居发现方法，包括如下几个步骤：