一種基于主動探測與被動偵聽相結(jié)合的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于主動探測與被動偵聽相結(jié)合的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，主要解決被動偵聽中由于無法正確解析出所接收的數(shù)據(jù)幀，而不能得到鄰居節(jié)點準確信息的問題；同時解決了由較大發(fā)送功率導致的網(wǎng)絡節(jié)點間干擾增大和能量消耗加劇的問題。其實現(xiàn)包括對被動偵聽到的鄰居節(jié)點分類、主動探測節(jié)點發(fā)送功率的調(diào)整和鄰居節(jié)點的回復方法?；谏鲜龅泥従庸?jié)點發(fā)現(xiàn)方法，本發(fā)明提高了發(fā)現(xiàn)到的鄰居節(jié)點的數(shù)目和鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)的速度，同時降低節(jié)點能量消耗。
【專利說明】
一種基于主動探測與被動偵聽相結(jié)合的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡技術(shù)領(lǐng)域，尤其是無線機會網(wǎng)絡中一種基于物理層功率控制的主動探測與媒體接入控制層被動偵聽跨層結(jié)合的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法。【背景技術(shù)】
[0002]機會網(wǎng)絡，又被稱為稀疏Ad Hoc網(wǎng)絡、間歇性網(wǎng)絡(Intermittently Connected Network)或者容遲網(wǎng)絡(Delay/Disrupt1n Tolerated Network)。它是一種不需要在源節(jié)點和目的節(jié)點之間存在完整路徑，利用節(jié)點移動帶來的相遇機會實現(xiàn)網(wǎng)絡通信的、時延的和分裂可容忍的自組織網(wǎng)絡。在現(xiàn)實世界中，由于環(huán)境、應用特點、成本等因素的限制，在很多的應用領(lǐng)域都無法建立全連通網(wǎng)絡，以至于傳統(tǒng)的多跳自組織網(wǎng)絡協(xié)議無法在實際場景中很好地應用。而機會網(wǎng)絡恰恰能夠彌補傳統(tǒng)自組織網(wǎng)絡的不足，能夠更好地應用于缺乏通信基礎(chǔ)設(shè)施的、節(jié)點稀疏、節(jié)點移動速度快等惡劣條件導致的網(wǎng)絡連通性差甚至分裂的環(huán)境。
[0003]在機會網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)傳輸本質(zhì)上是依賴于對周圍鄰居的準確發(fā)現(xiàn)，假如不能準確地發(fā)現(xiàn)鄰居，可能使得節(jié)點一直等待轉(zhuǎn)發(fā)機會，不僅大大增加了數(shù)據(jù)的延時，甚至導致數(shù)據(jù)傳遞失敗，同時也會白白浪費了寶貴的存儲器資源和電池電量，造成自身損壞。因此，在對機會網(wǎng)絡的研究過程中，對鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法的研究是十分必要的。
[0004]從鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程的兩個不同階段來看，可以將鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)的方法分成兩大類:主動式鄰居節(jié)點探測和被動式鄰居節(jié)點探測。主動式鄰居探測方法是通過廣播探測包去探測通信范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點，但開銷較大。被動式鄰居探測方法是靜默的監(jiān)聽所有有發(fā)送活動的鄰居節(jié)點，但是對于沒有發(fā)送活動的鄰居節(jié)點則無法監(jiān)聽到，影響鄰居發(fā)現(xiàn)的數(shù)目和準確性。
[0005]李經(jīng)安在“一種改進的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)算法”一文中，通過改進現(xiàn)有的鄰居發(fā)現(xiàn)算法，針對定向天線，提出一種采用在慢掃描時多次發(fā)送Hello數(shù)據(jù)包的方案。該方法屬于主動式探測鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，避免了定向天線的“聽不到”問題，雖然提高了鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)的速度和效率，但是沒有考慮能量的效益，因此鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)所消耗的能量代價太大。
[0006]林爽在“無線機會網(wǎng)絡中鄰居節(jié)點的擴展搜尋”一文中，提出了基于功率變化的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，并將功率等級劃分應用到數(shù)據(jù)傳輸過程中，減少數(shù)據(jù)包傳輸?shù)哪芰俊Ｔ摲椒m然考慮到了節(jié)點的能量效益，但是沒有考慮到在MAC層中未能正確解析出來的這類鄰居節(jié)點，因此在鄰居節(jié)點的發(fā)現(xiàn)數(shù)目上并未有很大的提高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明通過將MAC層被動偵聽到數(shù)據(jù)幀的鄰居節(jié)點分為清晰鄰居節(jié)點和模糊鄰居節(jié)點兩種，以此給主動式探測鄰居節(jié)點調(diào)整功率提供參考。對于模糊的鄰居節(jié)點，由于節(jié)點可以通過接收到的信號，就知道其存在周圍，但是不能清楚地知道該鄰居信息，故從當前功率逐步增大發(fā)送功率來發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點，從而可以節(jié)約節(jié)點自身的能量;對不是模糊鄰居節(jié)點的發(fā)現(xiàn)，直接采用節(jié)點最大的發(fā)送功率，這樣又可以提高鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)的速度;本發(fā)明的目的在于提供了一種基于主動探測與被動偵聽相結(jié)合的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，本方法通過跨層將兩種鄰居節(jié)點的發(fā)現(xiàn)方式結(jié)合，有效地解決了節(jié)點的能量效益問題，同時考慮到那些未能成功解析的節(jié)點，提高了發(fā)現(xiàn)的鄰居節(jié)點的數(shù)目。
[0008]本發(fā)明的一種基于主動探測與被動偵聽相結(jié)合的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]—種基于物理層功率控制的主動探測與媒體接入控制層被動偵聽跨層結(jié)合的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，該方法包括以下的四個子方法:
[0010](I)基于媒體接入控制層的被動偵聽鄰居節(jié)點的發(fā)現(xiàn)和分類方法，該方法中任意一節(jié)點A通過偵聽其周圍節(jié)點的發(fā)送活動，對偵聽到的媒體接入控制層數(shù)據(jù)幀進行解析，根據(jù)解析的結(jié)果將鄰居節(jié)點分為清晰鄰居節(jié)點和模糊鄰居節(jié)點:
[0011](1.1)所述清晰鄰居節(jié)點是指從偵聽到的數(shù)據(jù)幀中能正確解析出發(fā)送節(jié)點的物理地址信息，將這類節(jié)點加入到清晰鄰居節(jié)點列表中；
[0012](1.2)所述模糊鄰居節(jié)點是指所偵聽到的信號無法成功解析，無法確定該信號發(fā)送節(jié)點的物理地址，將這類節(jié)點加入到模糊鄰居節(jié)點列表中。
[0013](2)基于模糊鄰居節(jié)點信息的物理層主動式探測鄰居節(jié)點方法，該方法讓節(jié)點A利用(1.2)中的模糊鄰居節(jié)點信息，通過調(diào)節(jié)其物理層的發(fā)送功率來發(fā)送探測包，所述探測包攜帶的信息包括該節(jié)點當前功率值與最小可接收功率值，該方法包括以下步驟:
[0014](2.1)節(jié)點A的模糊鄰居節(jié)點列表為空的情況下，對于那些不在清晰鄰居節(jié)點列表中的節(jié)點，節(jié)點A采用最大發(fā)送功率發(fā)送探測包來嘗試發(fā)現(xiàn)這些節(jié)點；
[0015](2.2)節(jié)點A的模糊鄰居節(jié)點列表不為空的情況下，對于那些不在清晰鄰居節(jié)點列表中的節(jié)點，節(jié)點以當前所使用的發(fā)送功率為初始值，發(fā)送攜帶功率信息的探測包，并逐步遞增發(fā)送功率，重復上述發(fā)送行為，直到節(jié)點A收到被探測節(jié)點的清晰回復或者節(jié)點A的發(fā)送功率達到其最大允許的發(fā)送功率。
[0016](3)基于探測包功率信息被探測節(jié)點的回復方法，該方法利用(2)中節(jié)點發(fā)送的探測包信息，其方法如下:
[0017](3.1)當被探測節(jié)點B偵聽到節(jié)點A所發(fā)送探測節(jié)點B的探測包信息時，記錄該探測包中的當前功率值Pat、節(jié)點A最小可接收功率值Pmar ；
[0018](3.2)根據(jù)探測包信號強度得到節(jié)點B接收到的探測包功率為PBR，則傳輸?shù)墓β蕮p耗Piciss = Pat - Pbr，故被探測節(jié)點B用Pmar+Pl的功率發(fā)送攜帶功率信息的回復消息。
[0019](4)基于回復信息的節(jié)點發(fā)送功率優(yōu)化調(diào)整方法，節(jié)點A收到被探測節(jié)點B的回復消息后，記錄該回復消息中的節(jié)點B最小可接收功率PMBR，當下次再探測節(jié)點B就用PMBR+Plciss功率發(fā)送探測包。
[0020]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0021](I)通過對偵聽到的消息將節(jié)點分為清晰鄰居節(jié)點和模糊鄰居節(jié)點，對模糊鄰居節(jié)點的發(fā)現(xiàn)結(jié)合了主動式探測的發(fā)現(xiàn)方法?？梢酝瓿蓪]有正確地解析出物理地址的這類節(jié)點的發(fā)現(xiàn)，增加了發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點的數(shù)目。
[0022](2)在主動探測中提出了基于最大發(fā)送功率和遞增發(fā)送功率的兩種功率控制方式，加快了不在清晰鄰居節(jié)點列表中其它節(jié)點的發(fā)現(xiàn)速度，又可以達到節(jié)約能量的目的。
[0023](3)被探測節(jié)點采用最小的發(fā)送功率回復，探測節(jié)點根據(jù)回復消息，重新調(diào)整節(jié)點的發(fā)送功率，達到能量最優(yōu)化。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0025]圖2為本發(fā)明中節(jié)點發(fā)送的探測包格式；
[0026]圖3為本發(fā)明中基于最大發(fā)送功率的鄰居節(jié)點探測方法的示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明中基于功率遞增的鄰居節(jié)點探測方法的示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明中被探測節(jié)點回復方法的示意圖。
具體實施方案
[0029]為使本發(fā)明的目的和技術(shù)方案更加清晰，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進行具體說明。
[0030]圖1顯示了本實施例所述的基于物理層功率控制的主動探測與媒體介入控制層被動偵聽跨層結(jié)合的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法的流程圖。如圖1所示，上述實施例所述的基于物理層功率控制的主動探測與媒體接入控制層被動偵聽跨層結(jié)合的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法應當包括以下過程:
[0031](I)基于媒體接入控制層的被動偵聽鄰居節(jié)點的發(fā)現(xiàn)和分類方法，該方法中任意一節(jié)點A通過偵聽其周圍節(jié)點的發(fā)送活動，對偵聽到的媒體接入控制層數(shù)據(jù)幀進行解析，根據(jù)解析的結(jié)果將鄰居節(jié)點分為清晰鄰居節(jié)點和模糊鄰居節(jié)點:
[0032](1.1)所述清晰鄰居節(jié)點是指從偵聽到的數(shù)據(jù)幀中能正確解析出發(fā)送節(jié)點的物理地址信息，將這類節(jié)點加入到清晰鄰居節(jié)點列表中；
[0033](1.2)所述模糊鄰居節(jié)點是指所偵聽到的信號無法成功解析，無法確定該信號發(fā)送節(jié)點的物理地址，將這類節(jié)點加入到模糊鄰居節(jié)點列表中；
[0034](2)基于模糊鄰居節(jié)點信息的物理層主動式探測鄰居節(jié)點方法，該方法讓節(jié)點A利用(1.2)中的模糊鄰居節(jié)點信息，通過調(diào)節(jié)其物理層的發(fā)送功率來發(fā)送探測包，所述探測包攜帶的信息包括該節(jié)點當前功率值與最小可接收功率值，具體的探測包格式如圖2所示，該方法包括以下:
[0035](2.1)節(jié)點A的模糊鄰居節(jié)點列表為空的情況下，對于那些不在清晰鄰居節(jié)點列表中的節(jié)點，節(jié)點A采用最大發(fā)送功率發(fā)送攜帶功率信息的探測包來嘗試發(fā)現(xiàn)這些節(jié)點，如圖3所示，從圖中可以清楚地看出，當節(jié)點A的周圍沒有模糊鄰居節(jié)點存在時，節(jié)點A就以其最大的發(fā)送功率發(fā)送探測包發(fā)現(xiàn)周圍的鄰居節(jié)點，節(jié)點C、D、E都在在節(jié)點A的最大功率傳輸范圍內(nèi)，當成功收到探測包的節(jié)點發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點就是本節(jié)點時，給節(jié)點A發(fā)送一個回復消息，則此時節(jié)點A將回復的節(jié)點加入自己的清晰鄰居列表中。在節(jié)點周圍沒有模糊鄰居節(jié)點存在的前提下，用這種基于最大發(fā)送功率的鄰居節(jié)點探測方法可以很塊地發(fā)現(xiàn)周圍的鄰居節(jié)點，同時這種單個節(jié)點回復方式，減少節(jié)點間的干擾；
[0036](2.2)節(jié)點A的模糊鄰居節(jié)點列表不為空的情況下，對于那些不在清晰鄰居節(jié)點列表中的節(jié)點，節(jié)點A使用功率遞增的鄰居節(jié)點探測方法，如圖4所示，因為節(jié)點A的周圍存在模糊鄰居，所以節(jié)點A用當前功率等級I發(fā)送攜帶功率信息的探測包，然而并沒有探測到周圍有鄰居節(jié)點活動。于是節(jié)點A調(diào)大發(fā)送功率等級，以功率等級2發(fā)送攜帶功率信息的探測包，此時，周圍有一個節(jié)點B偵聽到節(jié)點A發(fā)送的攜帶功率消息的探測包，B節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己就是目標節(jié)點，于是向節(jié)點A發(fā)送回復消息，節(jié)點A收到節(jié)點B的回復消息后，將節(jié)點B加入本節(jié)點的清晰鄰居列表中。接著節(jié)點A繼續(xù)調(diào)大自己的發(fā)送功率，為發(fā)現(xiàn)更多的鄰居節(jié)點。重復上述發(fā)送行為，直到節(jié)點A收到被探測節(jié)點的清晰回復或者節(jié)點A的發(fā)送功率達到其最大允許的發(fā)送功率，最終節(jié)點D也被探測到；
[0037](3)基于探測包功率信息被探測節(jié)點的回復方法，該方法利用(2)中節(jié)點發(fā)送的探測包信息，如圖5所示，圖中的方格數(shù)目表示功率的值，其方法實現(xiàn)步驟如下:
[0038](3.1)當被探測節(jié)點B偵聽到節(jié)點A所發(fā)送探測節(jié)點B的探測包信息時，記錄該探測包攜帶的當前功率值Pat、節(jié)點A最小可接收功率值Pmar ；
[0039](3.2)根據(jù)探測包信號強度得到節(jié)點B接收到的探測包功率為PBR，則傳輸?shù)墓β蕮pSP1C1ss = Pat-Pbr,故被探測節(jié)點B用PMAR+Plcis^功率發(fā)送攜帶功率信息的回復消息，該發(fā)送功率是節(jié)點昭I」節(jié)點A的最小的發(fā)送功率，節(jié)約節(jié)點的自身能量。
[0040](4)基于回復信息的節(jié)點發(fā)送功率優(yōu)化調(diào)整方法，節(jié)點A收到被探測節(jié)點B的回復消息后，記錄該回復消息攜帶的節(jié)點B最小可接收功率Pmbr，當下次再探測節(jié)點B就用Pmbr+P1-功率發(fā)送探測包，該發(fā)送功率是節(jié)點A能夠探測到節(jié)點B的最小的發(fā)送功率。
【主權(quán)項】
1.一種基于物理層功率控制的主動探測與媒體接入控制層被動偵聽跨層結(jié)合的鄰居 節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于包括四個子方法:方法(1)基于媒體接入控制層的被動偵聽鄰居 節(jié)點的發(fā)現(xiàn)和分類方法;方法(2)基于模糊鄰居節(jié)點信息的物理層主動式探測鄰居節(jié)點方 法;方法(3)基于探測包功率信息被探測節(jié)點的回復方法;方法(4)基于回復信息的節(jié)點發(fā) 送功率優(yōu)化調(diào)整方法；(1)基于媒體接入控制層的被動偵聽鄰居節(jié)點的發(fā)現(xiàn)和分類方法，該方法中任意一節(jié) 點A通過偵聽其周圍節(jié)點的發(fā)送活動，對偵聽到的媒體接入控制層數(shù)據(jù)幀進行解析，根據(jù)解 析的結(jié)果將鄰居節(jié)點分為清晰鄰居節(jié)點和模糊鄰居節(jié)點:(1.1)所述清晰鄰居節(jié)點是指從偵聽到的數(shù)據(jù)幀中能正確解析出發(fā)送節(jié)點的物理地址 信息，將這類節(jié)點加入到清晰鄰居節(jié)點列表中；(1.2)所述模糊鄰居節(jié)點是指所偵聽到的信號無法成功解析，無法確定該信號發(fā)送節(jié) 點的物理地址，將這類節(jié)點加入到模糊鄰居節(jié)點列表中；(2)基于模糊鄰居節(jié)點信息的物理層主動式探測鄰居節(jié)點方法，該方法讓節(jié)點A利用(1.2)中的模糊鄰居節(jié)點信息，通過調(diào)節(jié)其物理層的發(fā)送功率來發(fā)送探測包，所述探測包攜 帶的信息包括該節(jié)點當前功率值與最小可接收功率值，該方法包括以下步驟:(2.1)節(jié)點A的模糊鄰居節(jié)點列表為空的情況下，對于那些不在清晰鄰居節(jié)點列表中的 節(jié)點，節(jié)點A采用最大發(fā)送功率發(fā)送攜帶功率信息的探測包來嘗試發(fā)現(xiàn)這些節(jié)點；(2.2)節(jié)點A的模糊鄰居節(jié)點列表不為空的情況下，對于那些不在清晰鄰居節(jié)點列表中 的節(jié)點，節(jié)點以當前所使用的發(fā)送功率為初始值，發(fā)送攜帶功率信息的探測包，并逐步遞增 發(fā)送功率，重復上述發(fā)送行為，直到節(jié)點A收到被探測節(jié)點的清晰回復或者節(jié)點A的發(fā)送功 率達到其最大允許的發(fā)送功率；(3)基于探測包功率信息被探測節(jié)點的回復方法，該方法利用(2)中節(jié)點發(fā)送的探測包 信息，其方法如下:(3.1)當被探測節(jié)點B偵聽到節(jié)點A所發(fā)送的探測包信息時，記錄該探測包中的當前功 率值Pat、節(jié)點A最小可接收功率值Pmar ;(3.2)根據(jù)探測包信號強度得到節(jié)點B接收到的探測包功率為PBR，則傳輸?shù)墓β蕮p耗 Pi〇ss = Pat _ Pbr，故被探測節(jié)點B用Pmar+Pw的功率發(fā)送攜帶功率信息的回復消息；(4)基于回復信息的節(jié)點發(fā)送功率優(yōu)化調(diào)整方法，節(jié)點A收到被探測節(jié)點B的回復消息 后，記錄該回復消息中的節(jié)點B最小可接收功率P_，當下次再探測節(jié)點B就用P_+Plciss功率 發(fā)送探測包。
【文檔編號】H04W48/16GK105979563SQ201610242978
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】吳世東, 姜勝明, 楊方, 張凱
【申請人】上海海事大學