基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現方法與平臺技術

本發明專利技術為一種基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現方法與平臺。提出的基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現方法，包括鄰居節點搜索、節點時間同步、節點時隙分配3個部分；提出的基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現平臺，包括變頻模件(1)，MAC層模件(2)，綜合業務處理模件(3)，共3個部分相結合構成一個整體。該方法支持標準通信接口，移植性強，支持后期擴展，該方法與平臺能有效的解決傳統的采用全向天線中遇到的隱藏終端、暴露終端等問題，能滿足在自組網中節點快速、高效的搜索周圍鄰居節點，高速的進行數據傳輸；具有設計合理、方法可靠、理念創新、實用性強，操作靈活快捷，整體結構合理等特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是移動MANET網絡領域內的一種新的鄰居節點發現的方法及其平臺的實現，它是自組織網絡中的MAC層的一種實現方法。
技術介紹
在某些特殊的領域，如在發生火災、水災、地震或遭受其他災難打擊之后，固定的通信網絡設備不能正常運作；當處于偏遠或野外地區時(野外科考、邊遠礦山作業、邊遠地區執行任務的分隊或成員之間的通信等)往往無法依靠固定或預先設置的網絡設備進行通信；部隊快速部署到一個沒有任何網絡設施的地區，各分隊需要快速建立通信網絡等等，這都需要迅速高效的建立一個不依賴于任何預先架設的網絡設施的可靠通信網絡，并在惡劣和特殊的環境下能夠正常工作。這就需要一種不依賴固定基礎設施支持的移動自組織技術，移動自組織網就是其中的一種。MANET網絡是一種無中心節點、所有節點都平等的分布式網絡。網絡有自組織的特性，對于突發故障有一點的修復能力；網絡中的節點能隨意移動，從而允許各個節點在沒有固定基礎設施的環境下進行通信，網絡拓撲結構動態變化，移動中的每個節點可以主動的監聽自己的鄰節點，并智能的感知網絡拓撲狀態，動態的確定最佳分組路由，然后將數據逐跳送達目的節點。對于因為網絡拓撲動態變化、節點突發故障、無線環境的惡化等原因造成的網絡通信質量下降或中斷，移動網絡具有都可以給出相應解決方案。MANET網絡的許多優良特性為它在軍事和民用通信領域占據一席之地提供了有力保證，幾乎涉及到社會生產中的各個方面，從軍事應用如飛機、坦克、單兵到普通民用消費產品，例如，汽車、筆記本、手機終端等等，在移動自組織網中首要解決的就是節點的鄰居發現，節點的鄰居發現是自組網完成組網、路由成功轉發、數據通信等的前提和基礎，是自組網的關鍵和核心技術。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種高效的、工作可靠的基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現的方法與平臺，在無任何網絡設施的環境中，節點可以快速、準確的發現周圍的鄰居節點，為自組織網絡的快速組網及通信提供有力保障。為了達到上述目的，本節點采用的技術方案是：一種基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現方法，包括鄰居節點搜索、節點時間同步、節點時隙分配三個部分，分別由S1、S2、S3共三個步驟完成：所述步驟S1主要完成鄰居節點的搜索，節點通過搜索頻率與切換方向來發現其自身周圍的鄰居節點；所述步驟S2主要完成節點的時間同步，本方法采用的是TDMA，時間同步是基礎，節點與網絡中的基準時間節點完成時間的同步；所述步驟S3主要完成節點的動態時隙分配，為節點的通信提供基礎。所述步驟S1又包含步驟S11及S12，共2個步驟，其中：所述步驟S11中選擇一個節點作為整個網絡的主節點，剩余節點都為次節點，主節點在感知時隙隨機進行收發，或以頻率F1發送時間信息，或以頻率Fj逐扇區進行掃描；所述步驟S12中次節點在開機后，未同步時一直處于定收模式，其定向天線逐扇區逐頻率進行掃描，等待接收主節點的時間信息。節點收到鄰居節點的信息后，記錄節點的相關信息，如節點ID、節點方向、節點頻率等。當次節點收到主節點的時間信息后，確定次節點的層次為1，即在主節點層次上加1，此后次節點按照幀結構正常工作，對主節點的時間信號進行轉發，并加上相應的層次信息，依此類推，由此建立的是一個分級的、層次性的拓撲網絡結構。每個節點的層次數目表示該節點距離根節點的跳數。所述步驟S2又包含步驟S21、S22及S23，共3個步驟，其中：所述步驟S21中次節點收到主節點的時間信息時，此刻次節點就獲得了主節點的粗略時間信息，次節點進入粗同步狀態，時序上按照幀結構工作，在時序感知時隙段，根據隨機函數確定收發狀態；所述步驟S22中主節點收到次節點的信息后，發送同步修正信息；所述步驟S23中次節點收到主節點的同步修正信息后，通過同步算法計算精確的時間差，修正自己同主節點的精確時間差，完成與主節點的時間的對齊。所述步驟S3又包含步驟S31、S32，共2個步驟，其中：所述步驟S31中節點定向將本節點的空閑業務時隙信息發送給自己的鄰居節點，鄰居節點收到上面的空閑業務時隙信息后，與自己的空閑業務時隙進行邏輯與運算，得到公共的業務時隙，同時將此公共業務時隙定向發送給對方；所述步驟S32中節點收到其鄰居節點發送過來的公共業務時隙后，將這些公共業務時隙作為自己與此鄰居節點的業務通信時隙。一種基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現平臺，平臺包括變頻板模塊(1)、ATOM核心板模塊(2)、綜合業務處理模塊(3)。變頻板模塊(1)包括1個變頻集成電路(11)，1個頻合指示單元(13)，1個ADC轉化模塊(12)；ATOM核心板模塊(2)包括1個CPU(21)，1個收發頻率控制單元(22)，1個發功率控制單元(23)，1個人機接口板(24)，1個FLASH模塊(25)，一個SDRAM(26)；綜合業務處理模塊(3)，包括1個FPGA芯片(31)，1個中頻DAC信號處理器(32)，1個USB串口(33)，1個以太網口(34)，一個FLASH(35)，1個JTAG口(36)，1個AGC控制(37),1個外部定位信息接口(38),1個SDRAM(39)。本專利技術提出的基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現方法與平臺，軟件與平臺都采用模塊化設計，接口標準明確。軟件部分鄰居節點發現模塊為基礎，為后面節點同步模塊做鋪墊，同步模塊為核心，為后面時隙預約提供精準的時間對齊。軟件各模塊環環緊扣，結構嚴謹，鄰居節點發現的方法在ATOM板的LINUX環境下運行，其輸出的結果送至物理層開發板進行調制或解調，調制或解調的信號對L中頻或上下頻進行控制，最后的信號送至射頻單元，對全向天線或定向天線進行控制，完成數據的收發與解析。本專利技術基于MANET網絡的MAC層特點，提出了一種新的鄰居節點發現方法及其實現平臺，該方法與平臺中能有效的解決傳統的采用全向天線中遇到的隱藏終端、暴露終端等問題，能滿足在自組網中節點快速、高效的搜索周圍鄰居節點，同時平臺中采用的定向天線使節點通信距離更遠，數據傳輸速率大為增加。同時本專利技術還具有設計合理、方法可靠、理念創新、頗具實用，操作靈活快捷，整體結構合理等特點。附圖說明圖1本專利技術鄰居節點發現方法的三個階段圖2本專利技術鄰居節點搜索方法S11的流程圖圖3本專利技術鄰居節點搜索方法S12的流程圖圖4本方明節點同步的流程圖...

【技術保護點】
一種基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現方法，包括鄰居節點搜索方法、節點時間同步方法、節點時隙分配方法，分別由步驟S1、S2、S3共三個步驟完成，其特征是：所述步驟S1主要完成鄰居節點的搜索，節點通過搜索頻率與切換方向來發現其自身周圍的鄰居節點；所述步驟S2主要完成節點的時間同步，本方法采用的是TDMA，時間同步是基礎，節點與網絡中的基準時間節點完成時間的同步；所述步驟S3主要完成節點的動態時隙分配，為節點的通信提供基礎。

【技術特征摘要】
1.一種基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現方法，包括鄰居節點
搜索方法、節點時間同步方法、節點時隙分配方法，分別由步驟S1、
S2、S3共三個步驟完成，其特征是：
所述步驟S1主要完成鄰居節點的搜索，節點通過搜索頻率與切換
方向來發現其自身周圍的鄰居節點；
所述步驟S2主要完成節點的時間同步，本方法采用的是TDMA，時
間同步是基礎，節點與網絡中的基準時間節點完成時間的同步；
所述步驟S3主要完成節點的動態時隙分配，為節點的通信提供基
礎。
2.如權利要求1所述的基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現方法，
其特征是：
所述步驟S1又包含步驟S11及S12，共2個步驟，其中：
所述步驟S11中選擇一個節點作為整個網絡的主節點，剩余節點都
為次節點，主節點在感知時隙隨機進行收發，或以頻率F1發送時間信
息，或以頻率Fj逐扇區進行掃描；
所述步驟S12中次節點在開機后，未同步時一直處于定收模式，其
定向天線逐扇區逐頻率進行掃描，等待接收主節點的時間信息；
節點收到鄰居節點的信息后，記錄節點的相關信息，如節點ID、
節點方向、節點頻率等；當次節點收到主節點的時間信息后，確定次
節點的層次為1，即在主節點層次上加1，此后次節點按照幀結構正常
工作，對主節點的時間信號進行轉發，并加上相應的層次信息，依此
類推，由此建立的是一個分級的、層次性的拓撲網絡結構；每個節點

\t的層次數目表示該節點距離根節點的跳數。
3.如權利要求1所述的基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現方法，
其特征是：
所述步驟S2又包含步驟S21、S22及S23，共3個步驟，其中：
所述步驟S21中次節點收到主節點的時間信息時，此刻次節點就獲
得了主節點的粗略時間信息，次節點進入粗同步狀態，時序上按照幀
結構工作，在時序感知時隙段，根據隨機函數確定收發狀態；
所述步驟S22中主節點收到次節點的信息后，發送同步修正信息；
所述步驟S23中次節點收到主節點的同步修正信息后，通過同步算
法計算精確的時間差，修正自己同主節點的精確時間差，完成與主節
點的時間的對齊。
4.如權利要求1所述的基于MANET網絡的MAC層鄰居節點發現方法，
其特征是：
所述步驟S3又包含步驟S31、S32，共2個步驟，其中：
所述步驟S31中節點定向將本節點的空閑業務時隙信息發送給自
己的鄰居節點，鄰居節點收到上面的空閑業務時隙信息...

【專利技術屬性】
技術研發人員：嚴忠，黃華東，黃祥，彭宇，李國治，劉月，余召仿，鐘秉飛，喻磊，童嘉新，高立，付培培，
申請(專利權)人：武漢中元通信股份有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42