一种基于定向移动自组网的快速子网融合方法

技术领域

本发明涉及信息技术领域，具体而言，涉及一种基于定向移动自组网的快速子网融合方法。

背景技术

现有的快速子网融合技术是通过第一子网中的第一节点接收到第二子网的信号，将2个子网定时差和调整时刻发送到本子网内的其他节点，达到本子网和第一子网同步的目的。该方法应用于全向天线是没有问题的。

随着相控阵技术的发展，基于相控阵天线通信技术相比全向天线在抗截获、抗干扰和超远距离超宽带通信上有着巨大的优势，同时相比于全向天线+相控阵天线，单相控阵天线有着成本低、结构简单、功耗小、体积小的优势，因此基于单相控阵天线的组网技术有着巨大的应用价值。

在基于单相控阵天线的通信，收发双方需要在约定的时刻同时进入收发状态并且天线对准对方才能通信。因此定向移动自组网的子网融合，除了要解决同步问题外，还要解决如下问题：

由于节点的移动性和位置信息的精度，仅使用网内共享的定时差达到的同步精度是不够的，待融合网络的第二节点需要再次和目标网络的节点进行精同步，同时获取目标网络分配的时频资源，而对于定向网络而言，就需要同步的这2个节点知道彼此的意图，并且在约定的时隙上彼此对准双方从而达到收发匹配。现有的子网融合技术并未涉及以上问题，因此无法直接应用于定向移动自组网。

发明内容

本发明旨在提供一种基于定向移动自组网的快速子网融合方法，以解决上述存在的问题。

本发明提供的一种基于定向移动自组网的快速子网融合方法，包括：

根据子网规模设计固定的专用融合时隙集合，从而保证各子网中任意2个节点都有固定位置的融合时隙可用；

构建子网融合流程，包括邻居发现、融合通知、目标选择和接入；

设计融合通知的消息内容，使得融合通知的范围扩大到参与融合的2个子网。

进一步的，根据子网规模设计固定的专用融合时隙集合时：

子网规模为N个节点，每个融合时隙能够并行的节点数为N/2，需要的融合时隙数为：

2(N-1)，N为偶数；

或2N，N为奇数。

进一步的，每个融合时隙分为完全相同的融合时隙1和融合时隙2；融合时隙1和融合时隙2均分为若干个子时隙，一组可并行的链路的融合时隙占用一对子时隙分别用于接入请求和响应，其位置预先固定。

进一步的，当接入时，根据自己选择的目标节点任意选择融合时隙1或融合时隙2进行接入；若接入失败，则更换融合时隙2或融合时隙1进行接入。

进一步的，所述子网融合流程包括：

(1)邻居发现：待融合的子网Net 2的某个节点Net2_B能发现目标融合子网Net 1的节点Net1_A，通过握手节点Net1_A和节点Net2_B分别获取了对方的子网成员位置信息、定时差以及子网Net1的融合时隙的起始位置；

(2)融合通知：节点Net2_B和节点Net1_A通过各自融合通知流程发送融合通知至本子网的其他成员；

(3)目标选择：子网Net2和子网Net1的成员收到融合通知将新增的节点作为潜在邻居，子网Net2的成员还要将发送融合通知的节点作为潜在邻居，并建立潜在邻居列表，根据融合时隙的固定位置排列获取和潜在邻居对应的融合时隙，记录在潜在邻居列表中，包含子网ID、节点ID、位置、融合时隙；子网Net2的节点在潜在邻居列表中选择最佳的接入目标节点；

(4)接入：子网Net2的每个节点在选择的融合时隙到来前调整帧定时及系统帧号，与子网Net1完成粗同步，在融合时隙到来时发送接入请求；子网Net1的每个节点遍历自己的潜在邻居列表，在关联的融合时隙到来时指向对应的潜在邻居进行接收；子网Net1的节点收到子网Net2的节点的接入请求将该节点从潜在邻居列表移除，加到正式邻居列表中，并为其分配子网Net1的资源，并在关联的响应时隙上回复此节点；收到回复的节点将对方从潜在列表移除，加入到正式邻居列表中。

进一步的，步骤(3)中，子网Net2的节点在潜在邻居列表中根据距离选择最佳的接入目标节点。

进一步的，所述融合通知的消息内容包括：

发起融合的子网：2个子网的定时差、系统帧差、融合时隙的起始帧号、目标子网的成员ID和位置；

融合目标子网：发起融合的子网的成员ID及位置。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、在基于本发明的定向网络中，融合的2个子网成员都能知道对方每个成员的位置以及与每个潜在邻居所对应的融合时隙，使同一时间收发双方的波束对准成为可能。

2、本发明中，待融合的节点在专用的融合时隙可以发起同步，从而和目标网络达成更精确的同步，同时获取到目标网络分配的资源。

3、本发明中，发起融合的节点可以根据距离选择最优节点发起同步，提升融合的成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为子网融合过程示意图。

图2为广播融合通知示意图。

图3为子网融合第一步示意图。

图4为子网融合第二步示意图。

图5为子网规模与融合时隙数量关系图。

图6为融合时隙的结构示意图。

图7为基于定向移动自组网的快速子网融合方法中子网融合流程的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本实施例提出一种基于定向移动自组网的快速子网融合方法，包括：

根据子网规模设计固定的专用融合时隙集合，从而保证各子网中任意2个节点都有固定位置的融合时隙可用；

构建子网融合流程，包括邻居发现、融合通知、目标选择和接入；

设计融合通知的消息内容，使得融合通知的范围扩大到参与融合的2个子网。

具体地：

(1)如图1所示，子网融合前：子网1(成员为节点A和节点D)和子网2(成员为节点B和节点C)为2个独立的子网，子网2的节点B移动到子网1的覆盖范围内，并通过扫描发现节点A，完成2次握手，但由于节点C位置较远还未发现节点A。

(2)如图2所示，广播融合通知消息：节点A和节点B分别在各自的子网内进行融合通知，每个节点建立自己的潜在邻居列表(节点B的潜在邻居为节点A/节点D；节点C的潜在邻居节点A/节点B/节点D)，获取对应的融合时隙，确定该融合时隙上的收发状态；节点B/节点C在潜在邻居列表中选择最佳接入目标获得相关的融合时隙，确定该融合时隙上的收发状态为发送。

(3)如图3所示，子网融合第一步：节点B在融合时隙上向选择接入目标为节点A并发起接入；同时节点A在节点B对应的融合时隙上指向节点B并进入接收状态，节点B接入成功，则成为子网1的成员。

(4)如图4所示，子网融合第二步：节点C在融合时隙上向节点D发起接入；同时节点D在与节点C对应的融合时隙上指向节点C并进入接收状态，节点C接入成功，则成为子网1的成员。

如图5所示，根据子网规模，为每条可能的链路预留专用融合时隙，并且位置固定。子网规模为N的节点，每个融合时隙能够并行的节点数为N/2，需要的融合时隙数为：2(N-1)(N为偶数)或2N(N为奇数)；如图5中子网规模为4个节点，其需要6个融合时隙，每个融合时隙供2条并行链路使用。

进一步的，融合时隙分为融合时隙1和融合时隙2，后者是前者的重复。融合时隙1和融合时隙2均分为若干个子时隙，一组可并行的链路的融合时隙占用一对子时隙分别用于接入请求和响应，其位置预先固定。每个节点根据接入的目标节点即可以找到接入的专用时隙。如图6所示，2、6链路占用了第1和4个子时隙。考虑到选择节点B作为接入目标的节点需要在节点B接入完成后才能向节点B发起接入，这样可能会错过融合时隙1，因此设计了融合时隙2，其和融合时隙1完全相同。这样每条链路有2个专用融合时隙，根据自己选择的目标节点选择使用哪个进行接入，也可以在融合时隙1接入失败时，继续在融合时隙2尝试。

如图7所示，子网融合流程包括：

邻居定义：

潜在邻居：首次发现的新节点，尚未被确认；

正式邻居：潜在邻居在接入过程中得到了确认，转为正式邻居；

流程：

(1)邻居发现：节点A和节点B通过二次握手确认了潜在邻居关系，节点B获得了节点A和节点B之间的下行定时差、节点A所在子网的融合时隙起始位置、节点A的邻居节点D的位置，节点B将节点A/节点D作为潜在邻居，进入节点B的潜在邻居列表；节点A获取节点B的邻居节点C的位置，节点A将节点B/节点C作为潜在邻居，记录进入接点A的潜在邻居列表，除了位置外还有每个潜在邻居对应的融合时隙；针对潜在邻居列表的每个节点起一个老化定时器，定时器超时，则将超时的节点从潜在邻居列表中清除。

表1，节点B的潜在邻居列表：

表2，节点A的潜在邻居列表：

(2)在子网融合阶段，节点B选择融合目标，并向本子网发送融合通知，此时将节点C降级为潜在邻居；节点A向本子网发送融合通知。

表3，节点B的潜在邻居列表：

表4，节点B发送的融合通知消息内容：

表5，节点A发送的融合通知消息内容：

(3)节点C收到融合通知，将节点A/节点B/节点D记录到其潜在邻居列表，并选择距离最近的节点作为接入目标；节点D收到融合通知，将节点B和节点C记录为潜在邻居，建立潜在邻居列表，记录每个潜在邻居对应的融合时隙；

表6，节点C的潜在邻居列表：

表7，节点D的潜在邻居列表：

(4)节点B调整AB的定时差和系统帧号，在BA的融合时隙向节点A发起接入；节点A在BA的融合时隙指向节点B进入接收状态；

(5)节点B接入成功后获得子网1的传输资源，节点A和节点B成为彼此的正式邻居，节点B通过网络拓扑表得知自己的邻居节点D，因此将节点D从潜在邻居列表中删除；

表8，节点B的潜在邻居列表：

表9，节点A的潜在邻居列表：

表10，节点D的潜在邻居列表：

(6)节点C调整定时差在和节点D的融合时隙发起接入。节点D在CD的融合时隙上指向节点C进行接收。

(7)节点C接入成功，获得子网1分配的资源，节点C和节点D成为彼此的正式邻居，通过子网内部的拓扑，节点C得知自己的正式邻居，于是节点C将同子网的节点A/节点B/节点D从潜在邻居列表中删除，至此子网融合完成。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。