CN109412921B - 一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法中，主节点周期性广播入网消息，侦听到的单机状态的节点成为预备从机并与主节点粗同步后，在勤务时隙向主节点请求分配编号接入网络；获得编号的预备从机，判断与主节点的距离未超过距离门限的，则等待进入精同步时隙；在精同步时隙再次确认主从节点的距离在距离门限内时，成功加入网络成为从节点，并在每个指令周期的精同步时隙发送精同步请求信息，实现与主节点精校时功能，并保持与主节点网络时间的同步；精同步时隙测量主从节点的距离不在距离门限内后，脱离当前网络，设置“禁止使用信道”并继续侦听。本发明拓扑适应性好、网络重组能力强，同时提高了多簇星型网络节点的组网性能。

Description

一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域。更具体地，涉及一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法。

背景技术

在无线环境下的自组织网络技术中，星型网络是一种网络结构较为简单，易于实现的自组织网络。完成建网后，由于实际任务的需要，节点不断移动网络拓扑快速发生变化，这会经常引发节点快速入网退网问题。如果不能保证节点具有高效、高成功率的入网退网能力，那么整个星型网络的性能就会受到很大的影响。目前，解决由于网络动态变换而导致的节点入网退网成功率低的问题的研究还不多，下面针对现有的一些方法作简要介绍。

文献1（刘强，郝琦. 基于定向天线的移动自组网接入控制协议[J].北京交通大学学报，2017，41（02）：72-78.）提出一种基于定向天线的移动自组网接入控制协议，相较于本发明，该方法的入网退网效率不高，网络扩展能力弱于本发明。文献2（窦维江，张伟，贾中宁. 适于Ad Hoc 的动态TDMA媒体接入控制协议[J].计算机工程与设计，2012，28（10）：2341-2343.）提出一种基于拓扑变化和流量模型的网络节点动态接入的方法，该方法网络拓扑变化的适应性低于本发明的能力，而且网络的重组能力弱于本发明。

专利1（一种无线多跳协作网络的新节点入网方法，201610564921.X，李旭，仇颂清，朱斯燕，张文庆.2016），提出一种基于新节点建立物理邻居列表并选取赞助节点交互赞助信息的入网方法，但是该方法占用的资源较多且入网效率不高。专利2（星型自组织网络的开机布网方法及装置，201710807080.5，黄宇斌.2017），提出一种星型自组织网络的开机布网方法，该方法中设计的节点具备自主切换为中心节点或接入节点的功能，但其应用范围低于本发明所能达到的范围，而且本发明的网络拓扑适应性和可扩充性更优秀。专利3（星型自组织网络中心节点变更方法，201711115206.9，黄宇斌，马原东，高小燕.2017），提出一种基于网络节点数量和拓扑变化频率的星型自组织网络中心节点变更方法，但是该方法的入网退网效率不高，且网络重组能力弱于本发明。

以上众多研究中，还没有看到关于多簇情况下的星型网络中，节点如何入网和退网的策略。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法，以解决现有多簇星型网络中，由于网络动态变换而导致的节点入网退网成功率低的问题，增加了节点入网退网效率，具有拓扑适应性好、网络重组能力强的特点，同时提高了多簇星型网络节点的组网性能。

本发明的一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法，包括如下步骤：

步骤1、在网主节点周期性广播入网消息；

步骤2、节点侦听：新节点尚未加入网络处于单机状态，则进入侦听阶段，侦听时间为t。若时间t内未侦听到广播消息，执行主节点流程。若侦听到主节点的广播入网消息，通过入网消息判断，选择将此信道设置为“禁止使用信道”并继续侦听或者执行粗同步并等待进入勤务时隙。

步骤3、节点请求入网：新节点成为预备从机并与主节点粗同步后，在勤务时隙向主节点请求分配编号接入网络；

步骤4、主从节点距离门限判决：得到主节点回复并获得编号后，预备从机判断与主节点的距离是否超过距离门限。若超过距离门限，设置此信道为“禁止使用信道”并执行步骤2。若未超过距离门限，则等待进入精同步时隙。

步骤5、加入网络：在精同步时隙再次判断与主节点的距离是否在门限内，若确认在距离门限内，则节点成功加入网络，成为从节点。

步骤6、网络维持：成功加入网络后，从节点需要在每个指令周期的精同步时隙发送精同步请求信息，实现与主节点精校时功能，并以此保持与主节点网络时间的同步，同时完成与主节点的距离测量。

步骤7、退出网络：针对精同步时隙主从节点的测量距离，判断该距离是否在主节点的距离门限内，若不在距离门限内，则脱离当前网络，设置此信道为“禁止使用信道”并执行步骤2。

本发明所述技术方案一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法，该技术相较于现有技术具有的优点是，减小了由于网络动态变换而导致的节点入网退网失败的概率，增加了节点入网退网效率，具有拓扑适应性好、网络重组能力强的特点，进而提高了多簇星型网络节点的组网性能。

附图说明

图1 为本发明的多簇星型网络示意图

图2为本发明的时隙结构划分图；

图3为本发明的节点入网流程图；

图4 为本发明的节点退网流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

基于背景技术中对现有技术的分析，现有多簇星型网络主要存在由于网络动态变化而造成的节点入网退网失败率高的问题。本发明提出了一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法，能够解决由于网络动态变化而导致的节点入网退网失败概率高的问题，增加了节点入网退网效率，具有拓扑适应性好、网络重组能力强的特点。

具体的，一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法，包括如下步骤：

步骤1、在网主节点周期性广播入网消息。

步骤2、节点侦听：尚未加入网络的节点处于单机状态，则进入侦听阶段，侦听时间为t。若时间t内未侦听到广播消息，执行主节点流程。若侦听到主节点的广播入网消息，通过入网消息判断，选择将此信道设置为“禁止使用信道”并继续侦听或者执行粗同步并等待进入勤务时隙。

步骤3、节点请求入网：节点成为预备从机并与主节点粗同步后，在勤务时隙向主节点请求分配编号接入网络。

步骤4、主从节点距离门限判决：得到主节点回复并获得编号后，预备从机判断与主节点的距离是否超过距离门限。若超过距离门限，设置此信道为“禁止使用信道”并执行步骤2。若未超过距离门限，则等待进入精同步时隙。

步骤5、加入网络：在精同步时隙再次判断与主节点的距离是否在门限内，若确认在距离门限内，则节点成功加入网络，成为从节点。

步骤6、网络维持：成功加入网络后，从节点需要在每个指令周期的精同步时隙发送精同步请求信息，实现与主节点精校时功能，并以此保持与主节点网络时间的同步，同时完成与主节点的距离测量。

步骤7、退出网络：针对精同步时隙主从节点的测量距离，判断该距离是否在主节点的距离门限内，若不在距离门限内，则脱离当前网络，设置此信道为“禁止使用信道”并执行步骤2。

本发明考虑如图1所示的多簇星型网络示意图，图中仅画出3簇为代表，可支持扩充到L簇，每簇中可最多支持M个从节点。数字标识为0的是本簇中的主节点，大的圆圈代表本簇网络的覆盖范围，数字标识为1-M的节点表示从节点，没有数字标识的节点表示单机节点（可以是将要入网的新节点，也可以是原网络中的退网节点）。网络中的节点具备相同的功能和地位，可根据不同的环境、状态自主切换。

本发明的节点时隙结构划分如图2所示，分为广播时隙、勤务时隙、精同步时隙和业务时隙共四种时隙类型。

步骤1中，只有各簇中的主节点可以占用广播时隙，主节点在广播时隙内周期性广播入网消息，表明网络中存在主节点，同时为待入网的单机提供粗同步时间信息。

步骤2中，尚未加入网络中的节点处于单机状态，这包含两种情况，一种是将要入网的新节点，另一种是退出某簇网络后的节点。该节点进入侦听阶段，侦听时间最长为t。若时间t内该节点未侦听到任何广播消息，则该节点成为主节点，执行主节点流程，进入如图2所示的指令周期。若侦听到主节点的广播入网消息，则分析该工作信道的广播报文，判断该网络中节点是否占满。如果占满，则放弃该网络，并将此信道设置为“禁止使用信道”，设置为禁止信道后，该节点将在30s内禁止对该网络的入网请求并继续侦听其他网络。如果没有占满，则将自己设为预备从机，并将本地时间与主节点进行粗同步，等待进入勤务时隙。

步骤3中，节点成为预备从机并与主节点粗同步后，在勤务时隙向主节点请求分配编号接入网络。

如图3所示为节点入网流程图：

步骤4中，每一簇网络都有其覆盖范围，如图1中所示的圆圈，是以主节点为中心的圆形，距离门限就是该圆形的半径。在勤务时隙，预备从机得到主节点回复并获得编号后，通过发射“测距报文”，判断与主节点的距离是否超过距离门限。如果超过距离门限，设置此信道为“禁止使用信道”，然后执行步骤2节点侦听。如果没有超过距离门限，则等待进入精同步时隙。

步骤5中，在精同步时隙，预备从机通过发射“精同步报文”再次判断与主节点的距离是否在门限内，如果确认节点间的距离小于距离门限，则预备从机节点成功加入到该簇网络，成为网络中的从节点。

步骤6中，网络维持的具体过程为，单机状态节点成功加入网络成为从节点后，网络中的从节点需要在接下来的每个指令周期的精同步时隙发送精同步请求信息，实现与主节点精确校时功能，并以此保持网络中从节点与主节点网络时间的精确同步，同时完成网络中从节点与主节点间的距离测量。

步骤7中，退出网络的具体过程为，如图4所示，网络中的从节点在每一个指令周期的精同步时隙，给主机发送“精同步报文”，并计算主从节点间的距离，判断主从节点间距离大于距离门限，执行脱离当前网络，并设置此网络信道为“禁止使用信道”，然后执行步骤2，进入侦听阶段，重新加入另一簇网络或以自己为主节点建立网络；判断主从节点间距离小于距离门限，则继续保持从机状态，进入业务时隙。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在网主节点周期性广播入网消息；

步骤2、节点侦听：尚未加入网络中的节点处于单机状态，则进入侦听阶段，侦听时间为t；若时间t内未侦听到广播消息，执行主节点流程；若侦听到主节点的广播入网消息，通过入网消息判断：选择将此信道设置为“禁止使用信道”并继续侦听，或者选择执行粗同步并等待进入勤务时隙；

步骤3、节点请求入网：节点成为预备从机并与主节点粗同步后，在勤务时隙向主节点请求分配编号接入网络；

步骤4、主从节点距离门限判决：得到主节点回复并获得编号后，预备从机判断与主节点的距离是否超过距离门限；若超过距离门限，设置此信道为“禁止使用信道”并执行步骤2；若未超过距离门限，则等待进入精同步时隙；

步骤5、加入网络：在精同步时隙再次判断与主节点的距离是否在门限内，若确认在距离门限内，则节点成功加入网络，成为从节点；

步骤6、网络维持：成功加入网络后，从节点需要在每个指令周期的精同步时隙发送精同步请求信息，实现与主节点精校时功能，并以此保持与主节点网络时间的同步，同时完成与主节点的距离测量；

步骤7、退出网络：针对精同步时隙主从节点的测量距离，判断该距离是否在主节点的距离门限内，若不在距离门限内，则脱离当前网络，设置此信道为“禁止使用信道”并执行步骤2。

2.如权利要求1所述多簇星型网络节点的入网退网设计方法，其特征在于，

步骤1中，各簇中的主节点占用广播时隙，并在广播时隙内周期性广播入网消息，表明网络中存在主节点，同时为待入网的单机提供粗同步时间信息。

3.如权利要求1所述多簇星型网络节点的入网退网设计方法，其特征在于，

步骤2中，尚未加入网络中的节点包含将要入网的新节点，和退出簇网络后的节点；

若未侦听到广播消息，并执行主节点流程的，将进入指令周期；

若侦听到主节点的广播入网消息的，则分析工作信道的广播报文，判断该网络中节点是否占满：

如果占满，则放弃该网络，并将此信道设置为“禁止使用信道”，使得该节点在之后的指定时间内禁止发送对该网络的入网请求，并继续侦听其他网络；

如果没有占满，则将该节点设为预备从机，并将本地时间与主节点进行粗同步，等待进入勤务时隙。

4.如权利要求1所述多簇星型网络节点的入网退网设计方法，其特征在于，

步骤4中，在勤务时隙，预备从机得到主节点回复并获得编号后，通过发射“测距报文”，判断与主节点的距离是否超过距离门限：如果超过距离门限，设置此信道为“禁止使用信道”，然后执行步骤2继续侦听；如果没有超过距离门限，则等待进入精同步时隙。

5.如权利要求1所述多簇星型网络节点的入网退网设计方法，其特征在于，

步骤5中，在精同步时隙，预备从机通过发射“精同步报文”再次判断与主节点的距离是否超过门限距离：如果确认节点间的距离小于门限距离，则预备从机节点成功加入到该簇网络，成为网络中的从节点；如果超过距离门限，设置此信道为“禁止使用信道”，然后执行步骤2继续侦听。

6.如权利要求1所述多簇星型网络节点的入网退网设计方法，其特征在于，

步骤7中，网络中的从节点在每一个指令周期的精同步时隙，给主机发送“精同步报文”，并计算主从节点间的距离；判断主从节点间距离大于距离门限时，脱离当前网络，并设置此网络信道为“禁止使用信道”，然后执行步骤2，进入侦听阶段，重新加入另一簇网络或以自己为主节点建立网络；判断主从节点间距离小于距离门限时，则继续保持从机状态，进入业务时隙。

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