本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡技術，特別是一種多跳移動無線自組織網(wǎng)絡拓撲快速發(fā)現(xiàn)方法。

背景技術：

無線移動自組織網(wǎng)沒有中心控制，具有分布式特點，網(wǎng)絡拓撲的快速變化導致節(jié)點狀態(tài)信息(位置信息、鄰居節(jié)點信息)也隨著變化?？焖佾@得網(wǎng)絡節(jié)點的拓撲狀態(tài)信息，可以有效提升移動自組織網(wǎng)的網(wǎng)絡性能。實現(xiàn)快速網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)與路由收斂，是移動自組織網(wǎng)在快速移動過程中需要解決的主要問題。

傳統(tǒng)的無線移動自組織網(wǎng)絡拓撲控制機制利用網(wǎng)絡層路由協(xié)議實現(xiàn)，如基于表驅動的路由協(xié)議，利用HELLO消息和TC(Topology Control)消息，實現(xiàn)全網(wǎng)拓撲的發(fā)現(xiàn)。通過設置HELLO消息和TC消息的發(fā)送間隔(如HELLO消息間隔1s，TC消息間隔3s)，雖然減少了信道上的路由開銷，但網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)時間過長(30s-1min)，不能適應快速變化的移動自組織網(wǎng)絡。如果減少HELLO消息和TC消息發(fā)送間隔時間(如HELLO消息間隔0.1s，TC消息間隔0.3s)，可以加快網(wǎng)絡拓撲收斂，但給整個信道上帶來了較大的路由開銷，在無線信道上并不適用。而傳統(tǒng)的按需路由協(xié)議，如AODV、DSR等，由于在沒有獲得網(wǎng)絡拓撲信息(即目的節(jié)點的位置信息及網(wǎng)絡拓撲情況未知)的前提下，查找路由，也給整個網(wǎng)絡的信道傳輸帶來的較大開銷，不能適用于網(wǎng)絡拓撲快速變化的移動自組織網(wǎng)絡。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供了一種多跳移動無線自組織網(wǎng)絡拓撲快速發(fā)現(xiàn)方法。

本發(fā)明采用的技術方案如下：一種多跳移動無線自組織網(wǎng)絡拓撲快速發(fā)現(xiàn)方法，具體包括以下過程：步驟1、全網(wǎng)結構中的節(jié)點A廣播自己的狀態(tài)信息；步驟2、所有的1跳鄰居節(jié)點接受狀態(tài)信息，解析并轉發(fā)給2跳鄰居節(jié)點；步驟3、利用多徑接收方法，所述2跳鄰居節(jié)點同時會接受多個1跳鄰居節(jié)點并發(fā)的節(jié)點A的狀態(tài)信息并解析，將解析出的節(jié)點A的狀態(tài)信息并發(fā)給下一跳鄰居節(jié)點；步驟4、以此類推，利用多徑接收方法，N跳鄰居節(jié)點同時會接受多個N-1跳鄰居節(jié)點并發(fā)的節(jié)點A的狀態(tài)信息并解析，所述N為大于1的自然數(shù)，將解析出的節(jié)點A的狀態(tài)信息并發(fā)給下一跳鄰居節(jié)點直至擴散到全網(wǎng)，所述節(jié)點A的狀態(tài)信息擴散到全網(wǎng)的過程中采用TDMA(時分多址)機制為節(jié)點配置信道資源。

進一步的，所述N-1鄰居節(jié)點接受到N跳鄰居節(jié)點回傳的信息，將回傳的信息刪除不再轉發(fā)。

進一步的，所述節(jié)點A的狀態(tài)信息擴散到全網(wǎng)的過程中TMDA機制的方式具體為：(1)設置MAC協(xié)議的幀結構，采用TDMA機制，子網(wǎng)內(nèi)的TDMA時元包括M個子網(wǎng)內(nèi)時幀，所述M為大于1小于等于32的自然數(shù)；(2)將全網(wǎng)中M個節(jié)點劃為一個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)內(nèi)時幀對應相應的子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點ID號，所述相應的節(jié)點為時幀的主節(jié)點；(3)每個子網(wǎng)內(nèi)時幀的第1個時隙為主節(jié)點狀態(tài)信息廣播時隙，第2個時隙、第4個時隙、第6個時隙、第8個時隙、第10個時隙、第12個時隙和第14個時隙為鄰居節(jié)點接受發(fā)送處理保護時間，第3個時隙、第5個時隙、第7個時隙、第9個時隙、第11個時隙和第13個時隙分別為主節(jié)點1跳鄰居節(jié)點、2跳鄰居節(jié)點、3跳鄰居節(jié)點、4跳鄰居節(jié)點、5跳鄰居節(jié)點、6跳鄰居節(jié)點和7跳鄰居節(jié)點轉發(fā)時隙，將主節(jié)點狀態(tài)信息轉發(fā)給下一跳鄰居節(jié)點，下一跳鄰居節(jié)點在當前時隙內(nèi)多徑接受，主節(jié)點狀態(tài)信息轉發(fā)至全網(wǎng)；(4)全網(wǎng)節(jié)點ID號從1-M號的節(jié)點都按照(3)過程中的方法實現(xiàn)相應節(jié)點狀態(tài)信息的轉發(fā)擴散。

進一步的，所述A節(jié)點狀態(tài)信息格式依次為類型、節(jié)點ID號、位置信息、1跳鄰居節(jié)點和預留；所述類型采用MAC協(xié)議的信令類型，所述節(jié)點ID號采用子網(wǎng)號和節(jié)點編號組成，所述位置信息通過GPS得到，需全網(wǎng)共享，所述1跳鄰居節(jié)點信息全網(wǎng)共享，用于建立全網(wǎng)拓撲，所述預留用于協(xié)議擴展。

進一步的，所述子網(wǎng)內(nèi)的TDMA時元包括32個子網(wǎng)內(nèi)時幀。

進一步的，所述時隙長度為2ms，1個時元960ms后，全網(wǎng)節(jié)點狀態(tài)信息完成擴散。

進一步的，上述多跳移動無線自組織網(wǎng)絡拓撲快速發(fā)現(xiàn)方法還包括以下過程：(1)將全網(wǎng)劃分為子網(wǎng)1、子網(wǎng)2、子網(wǎng)3和子網(wǎng)4，所述子網(wǎng)1的節(jié)點攜帶子網(wǎng)1中的所有節(jié)點狀態(tài)信息進行并發(fā)，與子網(wǎng)1毗鄰的子網(wǎng)2中的1跳鄰居節(jié)點利用多徑接收方法解析子網(wǎng)1的所有節(jié)點狀態(tài)信息，并將所有節(jié)點狀態(tài)信息轉發(fā)給2跳鄰居節(jié)點；(2)所述2跳鄰居節(jié)點與1跳鄰居節(jié)點一起參與子網(wǎng)1，將子網(wǎng)1中的所有節(jié)點狀態(tài)信息轉發(fā)給下一跳鄰居節(jié)點；(3)依次類推，直至子網(wǎng)1中的所有節(jié)點狀態(tài)信息轉發(fā)給子網(wǎng)2中所有的鄰居節(jié)點，實現(xiàn)子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散，所述子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散的過程中通過TDMA機制為節(jié)點配置信道資源。

進一步的，所述子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散的過程中的TDMA機制的方式具體為：(1)設置MAC協(xié)議的幀結構，采用TDMA機制，子網(wǎng)間的TDMA時元包括32個時幀；(2)每個時幀對應相應的子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點ID號，所述相應的節(jié)點為時幀的主節(jié)點；(3)每個時幀分為所述子網(wǎng)內(nèi)時幀和子網(wǎng)間時幀，所述子網(wǎng)間時幀工作在公共信道上。

進一步的，時元的1-8號時幀中的子網(wǎng)間時幀用于子網(wǎng)1的子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散，將子網(wǎng)1的信息擴散到全網(wǎng)，以此類推，所述時元的9-16號時幀用于子網(wǎng)2的子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散，所述時元的17-24號時幀用于子網(wǎng)3的子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散，所述時元的25-32號時幀用于子網(wǎng)4的子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散。

進一步的，所述子網(wǎng)間狀態(tài)信息格式依次為類型、子網(wǎng)ID號、子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點信息和預留，所述類型為MAC協(xié)議的信令類型，所述子網(wǎng)ID號由該子網(wǎng)發(fā)起并發(fā)，所述子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點信息包含節(jié)點ID號和位置信息，所述預留用于協(xié)議擴散。

與現(xiàn)有技術相比，采用上述技術方案的有益效果為：本發(fā)明利用鏈路層信息擴散方法，巧妙地利用多徑接收原理和鏈路層TDMA機制，實現(xiàn)了全網(wǎng)節(jié)點的快速發(fā)現(xiàn)及網(wǎng)絡拓撲信息的快速收斂，收斂時間控制在秒級(協(xié)議設計理論時間1s)。采用本方案具有以下效果：(1)適用于移動自組織網(wǎng)絡，解決網(wǎng)絡拓撲結構變化帶來的狀態(tài)信息共享實時性問題。(2)將網(wǎng)絡層路由機制用于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲的功能利用鏈路層協(xié)議實現(xiàn)，有效提高網(wǎng)絡拓撲收斂性能。(3)網(wǎng)絡拓撲快速發(fā)現(xiàn)的方法基于多徑接收機制，利用抗多徑接收機制，實現(xiàn)同一時刻同一內(nèi)容、不同節(jié)點發(fā)出信息的正確解析。(4)結合TDMA機制，設計MAC協(xié)議，解決不同節(jié)點狀態(tài)信息并發(fā)帶來的沖突問題，并保證網(wǎng)絡拓撲的快速發(fā)現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明利用多徑接受機制實現(xiàn)鏈路層信息擴散的原理圖。

圖2是本發(fā)明A節(jié)點狀態(tài)信息鏈路層全網(wǎng)擴散方法示意圖。

圖3是本發(fā)明A節(jié)點狀態(tài)信息鏈路層全網(wǎng)擴散方法示意圖。

圖4是本發(fā)明A節(jié)點狀態(tài)信息鏈路層全網(wǎng)擴散方法示意圖。

圖5是本發(fā)明A節(jié)點狀態(tài)信息鏈路層全網(wǎng)擴散方法示意圖。

圖6是本發(fā)明實現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)絡拓撲快速發(fā)現(xiàn)的MAC幀結構。

圖7是本發(fā)明節(jié)點A狀態(tài)信息格式定義示意圖。

圖8是本發(fā)明子網(wǎng)間的狀態(tài)信息擴散方法示意圖。

圖9是本發(fā)明子網(wǎng)間的狀態(tài)信息擴散方法示意圖。

圖10是本發(fā)明子網(wǎng)間拓撲發(fā)現(xiàn)MAC時幀結構示意圖。

圖11是本發(fā)明子網(wǎng)間信息擴散時隙分配規(guī)則示意圖。

圖12是本發(fā)明子網(wǎng)間狀態(tài)信息格式定義示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步描述。

如圖1所示為利用抗多徑方法實現(xiàn)鏈路層信息擴散，無線信道的廣播式全向傳輸，多徑接受不可避免，只要源節(jié)點1、源節(jié)點2和源節(jié)點3傳輸?shù)氖窍嗤畔?，即使有輕微的時間差，傳輸?shù)穆窂讲煌?、距離不同，在接收端的目的節(jié)點都可以利用多徑接受方式實現(xiàn)信息的正確解析。節(jié)點信息全網(wǎng)擴散利用了相同信息同時刻發(fā)送的多徑接收原理，實現(xiàn)鏈路層信息擴散。如圖2所述，以節(jié)點A狀態(tài)信息擴散為例，一種多跳移動無線自組織網(wǎng)絡拓撲快速發(fā)現(xiàn)方法，具體包括以下過程：步驟1、全網(wǎng)結構中的節(jié)點A廣播自己的狀態(tài)信息；步驟2、所有的1跳鄰居節(jié)點接受狀態(tài)信息，解析并轉發(fā)給2跳鄰居節(jié)點；步驟3、利用多徑接收方法，所述2跳鄰居節(jié)點同時會接受多個1跳鄰居節(jié)點并發(fā)的節(jié)點A的狀態(tài)信息并解析，將解析出的節(jié)點A的狀態(tài)信息并發(fā)給下一跳鄰居節(jié)點；步驟4、以此類推，利用多徑接收方法，N跳鄰居節(jié)點同時會接受多個N-1跳鄰居節(jié)點并發(fā)的節(jié)點A的狀態(tài)信息并解析，所述N為大于1的自然數(shù)，圖2中示出了3跳鄰居擴散，即3跳鄰居節(jié)點同時會接受多個2跳鄰居節(jié)點并發(fā)的節(jié)點A的狀態(tài)信息并解析，將解析出的節(jié)點A的狀態(tài)信息并發(fā)給4跳鄰居節(jié)點直至擴散到全網(wǎng)，例如有7跳鄰居節(jié)點，需要將節(jié)點A的狀態(tài)信息最終并發(fā)給7跳鄰居節(jié)點，所述節(jié)點A的狀態(tài)信息擴散到全網(wǎng)的過程中采用TDMA(時分多址)機制為節(jié)點配置信道資源。利用同樣的過程，如圖3-5所示，節(jié)點B、節(jié)點C和節(jié)點D的狀態(tài)信息并發(fā)擴散至全網(wǎng)的過程。

所述N-1鄰居節(jié)點接受到N跳鄰居節(jié)點回傳的信息，將回傳的信息刪除不再轉發(fā)。由于N-1鄰居節(jié)點已經(jīng)轉發(fā)過回傳的信息，將其刪除可以防止網(wǎng)絡中信息泛洪。

采用節(jié)點狀態(tài)信息全網(wǎng)擴散方法需結合MAC協(xié)議實現(xiàn)，每個節(jié)點涉及廣播本節(jié)點的狀態(tài)信息(位置信息、鄰居節(jié)點信息等)，接收到狀態(tài)信息的鄰居節(jié)點拷貝該信息，并實施轉發(fā)等處理過程，上述處理過程需要TDMA機制為節(jié)點配置信道資源，避免多個節(jié)點占用信道導致的沖突。如圖6所示為TDMA時元包括32個時幀的實施例，所述節(jié)點A的狀態(tài)信息擴散到全網(wǎng)的過程中TMDA機制的方式具體為：(1)設置MAC協(xié)議的幀結構，采用TDMA機制，子網(wǎng)間的TDMA時元包括32個子網(wǎng)內(nèi)時幀；(2)將全網(wǎng)中32個節(jié)點劃為一個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)內(nèi)時幀對應相應的子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點ID號，所述相應的節(jié)點為時幀的主節(jié)點；例如，ID＝1的節(jié)點對應1號時幀，ID＝1的節(jié)點為1號時幀的主節(jié)點；ID＝2的節(jié)點對應2號時幀，ID＝2的節(jié)點為2號時幀的主節(jié)點；(3)圖6中示出了1號時幀，1號時幀的第1個時隙為主節(jié)點狀態(tài)信息廣播時隙，第2個時隙、第4個時隙、第6個時隙、第8個時隙、第10個時隙、第12個時隙和第14個時隙為鄰居節(jié)點接受發(fā)送處理保護時間，第3個時隙、第5個時隙、第7個時隙、第9個時隙、第11個時隙和第13個時隙分別為主節(jié)點1跳鄰居節(jié)點、2跳鄰居節(jié)點、3跳鄰居節(jié)點、4跳鄰居節(jié)點、5跳鄰居節(jié)點和6跳鄰居節(jié)點轉發(fā)時隙，將主節(jié)點狀態(tài)信息轉發(fā)給下一跳鄰居節(jié)點，下一跳鄰居節(jié)點在當前時隙內(nèi)多徑接受，本實施例中全網(wǎng)的最大跳數(shù)鄰居節(jié)點為7跳鄰居節(jié)點，主節(jié)點狀態(tài)信息轉發(fā)至全網(wǎng)；(4)全網(wǎng)節(jié)點ID號從1-32號的節(jié)點都按照(3)過程中的方法實現(xiàn)相應節(jié)點狀態(tài)信息的轉發(fā)擴散。

如圖7所示，所述節(jié)點狀態(tài)信息格式依次為類型、節(jié)點ID號、位置信息、1跳鄰居節(jié)點和預留；所述類型采用MAC協(xié)議的信令類型，所述節(jié)點ID號采用子網(wǎng)號和節(jié)點編號組成，所述位置信息通過GPS得到，需全網(wǎng)共享，所述1跳鄰居節(jié)點信息全網(wǎng)共享，用于建立全網(wǎng)拓撲，所述預留用于協(xié)議擴展。

所述每一個時隙長度為2ms，TDMA時元具有32個時幀，每個時幀有15個時隙，第14時隙后面的預留也是一個時隙，1個時元就是960ms后，全網(wǎng)節(jié)點狀態(tài)信息在960ms完成擴散。

所述多跳移動無線自組織網(wǎng)絡拓撲快速發(fā)現(xiàn)方法還包括以下過程：(1)將全網(wǎng)劃分為子網(wǎng)1、子網(wǎng)2、子網(wǎng)3和子網(wǎng)4，如圖8所示，所述子網(wǎng)1的節(jié)點攜帶子網(wǎng)1中的所有節(jié)點狀態(tài)信息進行并發(fā)，與子網(wǎng)1毗鄰的子網(wǎng)2中的1跳鄰居節(jié)點利用多徑接收方法解析子網(wǎng)1的所有節(jié)點狀態(tài)信息，并將所有節(jié)點狀態(tài)信息轉發(fā)給2跳鄰居節(jié)點；(2)如圖9所示，所述2跳鄰居節(jié)點與1跳鄰居節(jié)點一起參與子網(wǎng)1，將子網(wǎng)1中的所有節(jié)點狀態(tài)信息轉發(fā)給下一跳鄰居節(jié)點；(3)依次類推，直至子網(wǎng)1中的所有節(jié)點狀態(tài)信息轉發(fā)給子網(wǎng)2中所有的鄰居節(jié)點，實現(xiàn)子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散，其它子網(wǎng)通過同樣的方法也能和毗鄰的子網(wǎng)進行子網(wǎng)間狀態(tài)信息的傳播，所述子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散的過程中通過TDMA機制為節(jié)點配置信道資源。

如圖10所示，所述子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散的過程中的TDMA機制的方式具體為：(1)設置MAC協(xié)議的幀結構，采用TDMA機制，子網(wǎng)間的TDMA時元包括32個時幀；(2)每個時幀對應相應的子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點ID號，所述相應的節(jié)點為時幀的主節(jié)點；(3)每個時幀分為所述子網(wǎng)內(nèi)時幀和子網(wǎng)間時幀，所述子網(wǎng)內(nèi)時幀及其時隙與節(jié)點A的狀態(tài)信息擴散到全網(wǎng)的過程中TMDA機制相同，子網(wǎng)內(nèi)所述子網(wǎng)間時幀工作在公共信道上。

子網(wǎng)間的時幀分配規(guī)則如圖11所示，時元的1-8號時幀中的子網(wǎng)間時幀用于子網(wǎng)1的子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散，將子網(wǎng)1的信息擴散到全網(wǎng)，以此類推，所述時元的9-16號時幀用于子網(wǎng)2的子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散，所述時元的17-24號時幀用于子網(wǎng)3的子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散，所述時元的25-32號時幀用于子網(wǎng)4的子網(wǎng)間狀態(tài)信息擴散，時幀將對應子網(wǎng)所有節(jié)點狀態(tài)信息進行并發(fā)，同時其它子網(wǎng)接收到并發(fā)信息的1跳鄰居節(jié)點、2跳鄰居節(jié)點以及后續(xù)的多跳鄰居節(jié)點參與該子網(wǎng)的狀態(tài)信息的并發(fā)，實現(xiàn)128個節(jié)點的全網(wǎng)信息共享。按照圖11的規(guī)則，子網(wǎng)間信息擴散時隙分配，可以在子網(wǎng)間1個時元中對所有4個子網(wǎng)的節(jié)點狀態(tài)信息進行擴散，在1s內(nèi)就可以將128個節(jié)點的狀態(tài)信息擴散到全網(wǎng)，形成全網(wǎng)拓撲。

所述子網(wǎng)間狀態(tài)信息格式依次為類型、子網(wǎng)ID號、子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點信息和預留，所述類型為MAC協(xié)議的信令類型，本實施例只定義與方法和協(xié)議相關的信令類型，所述子網(wǎng)ID號由該子網(wǎng)發(fā)起并發(fā)，所述子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點信息包含節(jié)點ID號和位置信息，最大支持子網(wǎng)32個節(jié)點狀態(tài)信息，所述預留用于協(xié)議擴散。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。如果本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神所做的非實質性改變或改進，都應該屬于本發(fā)明權利要求保護的范圍。