[发明专利]一种基于协作的定向自组网邻居发现方法

权利要求书

1.一种基于协作的定向自组网邻居发现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：定义动作集合；

步骤1的实现方法为：

动作a_k是节点在发送模式或接收模式下选择的用来通信的波束k，节点i的动作空间A_i表示为

A_i＝{a₁,a₂,…,a_K},|A_i|＝K (1)

其中，K为波束切换定向天线的波束数；

步骤2：初始化每个节点的概率分布；

步骤3：每个节点选择各自的收发状态；节点i选择发送模式或接收模式的概率相同；

步骤4：每个节点选择动作；节点i依据波束概率分布P_i(t)从动作空间A_i选择动作a_k，即选择当前时隙用来通信的波束；

步骤5：每个节点执行动作；节点i执行步骤4选择的动作，将定向天线切换到选择的波束方向；

步骤6：节点与环境交互，得到环境给与的反馈值；若节点i成功发现邻居节点，转到步骤7，观测到冲突或者时隙空闲，转到步骤9；

步骤6的实现方法为：

若节点i接收到两个以上的数据包则认为发生了冲突，意味着当前时隙选择的波束中可能存在未发现的邻居节点，在之后的时隙中选择该波束的概率应该更高，环境给与奖励m₁；类似地，对已发现邻居的波束以及当前时隙空闲的波束施加惩罚m₂，从而提高选择其他波束的概率；因此，节点i在时隙t接收到的环境反馈为

步骤7：记录成功发现的邻居信息；每个节点在本地存储一个邻居节点表，记录已发现邻居的相对位置，包括距离和方位；

步骤8：计算潜在邻居节点；

步骤8的实现方法为：

若节点i处于接收模式，接收到发送节点发送的邻居发现消息之后，将本地存储的已发现邻居节点信息加入到应答消息数据包中；若节点i处于发送模式，接收到应答消息数据包之后，得到接收节点的一跳邻居信息，通过余弦定理公式计算得到自身的潜在邻居信息，将潜在邻居所在的波束编号存储在潜在邻居节点表中；

步骤9：更新概率分布，提高发生冲突或者存在潜在邻居节点的波束在下一时隙被选择的概率；

步骤10：判断是否完成全网络范围的邻居发现；如果定向自组网中每个节点都已发现自己的所有邻居，则执行步骤11；否则，执行步骤12；

步骤11：记录邻居发现所需的时隙数，每个节点退出邻居发现过程；

步骤12：判断是否超出预定义的最大时隙数t_slot；若超出，则邻居发现过程结束；若未超出，则节点进入下一个时隙，转到步骤3。

2.如权利要求1所述，一种基于协作的定向自组网邻居发现方法，其特征在于，步骤2的实现方法为：

在时隙t节点i的波束概率分布为

其中，表示节点i在时隙t选择波束k的概率；波束的概率分布需要满足公式(3)所示的条件；

由于网络中节点没有邻居节点的先验知识，节点i在初始时刻选择每个波束的概率相同，为

3.如权利要求1所述，一种基于协作的定向自组网邻居发现方法，其特征在于，步骤9的实现方法为：

用T表示概率更新算子，该算子用于时隙t动作概率分布的调整，调整概率分布的依据为环境给与的反馈以及节点存储的潜在邻居节点信息，如公式(5)所示；

P_i(t+1)＝T(P_i(t),F_i(t),M_i(t)) (5)

其中，F_i(t)为节点i在时隙t接收到的环境的反馈，M_i(t)是节点i在时隙t时潜在邻居节点所在波束的集合；

节点i在时隙t更新概率时，包括以下几种情况：

1)节点i在时隙t观测到冲突，得到奖励，并且发生冲突的波束与潜在邻居所在的波束重合；此时，统计所有潜在邻居节点所在的波束个数n，更新节点i的概率分布，提高潜在邻居节点所在波束的概率，如公式(6)所示；

其中，M为潜在邻居节点所在波束的集合，α为学习率，K为波束切换定向天线的波束数；

2)节点i在时隙t观测到冲突，得到奖励，并且发生冲突的波束与潜在邻居所在的波束不重合；统计所有潜在邻居节点所在的波束个数n，更新节点i的概率分布，提高潜在邻居节点所在波束以及发生冲突的波束的概率，如公式(7)所示；

其中，M为潜在邻居节点所在波束的集合，c为发生冲突的波束；

3)节点i在时隙t观测到冲突，得到奖励，但是不存在潜在邻居节点；将发生冲突的波束的概率提高，如公式(8)所示；

其中，c为发生冲突的波束；

4)节点i在时隙t未观测到冲突，得到惩罚，但是存在潜在邻居节点；与第一种情况类似，节点i使用公式(5)更新概率，提高潜在邻居节点所在波束的概率；

5)节点i在时隙t未观测到冲突，得到惩罚，并且不存在潜在邻居节点；此时，需要降低未观测到冲突波束的概率，概率更新公式为(9)；

其中，b为未观测到冲突的波束，K为波束切换定向天线的波束数。