一种分布式无线自组织网络的快速构建方法及装置与流程

本发明涉及无线通信网络，具体为一种分布式无线自组织网络的快速构建方法及装置。

背景技术：

1、无线自组织网络是一种不同于传统无线通信网络的技术。传统的无线通信网络，需要一个固定的网络基站来执行用户的接入和对用户的数据进行转发。这种传统的无线通信网络，在人口相对密集的地区，建设有大量的基站来供给我们进行通信，而在偏远地区或者进行紧急救援大范围移动的时候，由于没有基站的覆盖，就会导致通信困难，在空间上限制了信息的传播。为了应对此种情况，无线自组织网络应运而生。

2、无线自组织网络是一组带有无线收发装置的移动终端组成的一种特殊的自组织、对等式、多跳、无线移动网络。相比传统的基础设施网络模式，无线自组网具有较强的扩展性、灵活性和自组织性。它不需要建立固定的基站，可以在没有中心控制节点的情况下，各主机之间相互连通，随时随地组建网络，通过节点之间的协作和路由选择，实现覆盖范围更广、容量更大、鲁棒性更强的无线通信网络。

3、分布式无线自组织网络节点之间使用超短波链路实现通信，自组织网络快速构建的核心是要解决多无线节点的信号冲突问题、以及多节点在不可靠的无线环境中的信息一致问题。这也是自组织网络链路与接入层主要的功能。

4、本文提出了一种针对分布式无线自组织网络快速构建的方法和装置，涉及到无线通信技术领域，在公网缺失的特殊环境下(例如偏远山区、公网信号中断等场景)需要自组网设备进行无线网络覆盖的需求，通过多个自组网设备布控成星型或网状的拓扑结构，实现区域范围内信息互通，加上自组网节点中继可进一步与远程进行数据传输，实时监控现场情况。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：如何解决传统的无线自组织网络在构建过程中存在着节点状态管理、骨干网络构建、节点入网机制等方面的挑战，导致网络搭建效率低下、网络连通性不稳定等问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种分布式无线自组织网络的快速构建方法，包括：定义网络中的节点状态，实施节点之间的状态转换机制；

4、构建并维护虚拟骨干网，共享邻居状态信息和业务时隙占用情况；

5、构建未入网节点的入网机制，并进行非骨干节点状态转移；

6、进行链路优化和动态拓扑维护策略，通过节点自动调整状态以优化链路长度和网络连通性。

7、作为本发明所述的分布式无线自组织网络的快速构建方法的一种优选方案，其中：所述定义网络中的节点状态包括，将网络节点划分为骨干节点、非骨干节点和未入网节点；

8、当节点处于虚拟骨干链路上时，则为骨干节点，可以自主进行业务数据的发送以及其他节点业务数据的转发；

9、当至少有一个骨干邻居的节点，则为非骨干节点，非骨干节点只能进行自身业务数据的发送，无法转发其他节点的业务数据；

10、除骨干节点和非骨干节点以外的其他节点，则为未入网节点，无法加入网络的各类节点。

11、作为本发明所述的分布式无线自组织网络的快速构建方法的一种优选方案，其中：所述实施节点之间的状态转换机制包括，节点能够发生状态转移，初始时刻仅发起点开机，转移为骨干状态，其他节点转移为未入网状态；

12、随后未入网节点接连开机加入虚拟骨干网络，节点入网后首先转移为非骨干活跃态；

13、当活跃周期结束时，转移为非骨干普通态；

14、处于非骨干普通态的节点在监测到周围有未入网邻居时转移为非骨干活跃态；

15、处于任意非骨干状态的节点在被邻居节点需求时转移为骨干状态，而在发现周围无骨干邻居时则转移为未入网状态；

16、处于骨干状态的节点在确认自身冗余时将转移为非骨干普通态。

17、作为本发明所述的分布式无线自组织网络的快速构建方法的一种优选方案，其中：所述构建并维护虚拟骨干网包括，所有骨干节点构成了虚拟骨干网中的虚拟骨干链路，保证每个节点至少有一个骨干邻居节点，并且所有的骨干节点都能够直接通信或通过骨干链路间接通信；

18、建立邻居状态表，存储周边的邻近节点，节点需要维护自身传输范围内的所有一跳邻居的状态，对节点uk，建立一张一跳邻居表存储其一跳邻居状态h′(uk)集合中的元素；

19、节点需要在空间上复用时隙，要求节点知晓两跳邻居的存在，对节点uk，建立一张两跳邻居表存储其二跳邻居状态h″(uk)集合中的元素；

20、规定两跳邻居表内不包含一跳邻居节点，即

21、建立业务时隙表，每个节点需要维护自身占用的时隙表用于告知邻居节点；

22、将一跳邻居时隙表和二跳邻居时隙表分开维护；

23、节点使用周期性广播hello包的方式进行告知，节点间的其他控制信令交互则通过特殊突发控制包完成；

24、所述一跳邻居包括，若两个节点之间可以直接通过一个无线传输链接进行通信，而不需要通过其他节点来转发数据，则这两个节点互为一跳邻居；

25、所述二跳邻居包括，一个节点需要通过一个一跳邻居才可以到达的节点，则这两个节点互为二跳邻居。

26、作为本发明所述的分布式无线自组织网络的快速构建方法的一种优选方案，其中：所述未入网节点的入网机制包括，一个刚开机的未入网节点ux的入网方式将视其一跳邻居集合的整体网络状态而定；

27、当节点ux周围存在至少一个已入网的骨干邻居节点时，未入网节点ux在收到骨干节点uy的hello包后发起入网鉴权；

28、若鉴权成功，ux拥有竞争控制时隙以广播hello包的资格；

29、若uxcsma成功并广播出第一个hello包时，ux成为非骨干节点，成功进入虚拟骨干网；

30、当ux没有已入网的一跳骨干邻居节点，但存在至少一个已入网的非骨干邻居节点uz时，在ux收到uz的第一个hello包时，ux可在鉴权成功后发起控制信道的竞争；

31、若ux第一次csma成功时，ux广播自身hello包告知网内节点自身的存在，ux等待周期tua后再次参与控制信道的竞争；

32、若ux参与控制信道的竞争，并再次csma成功时，ux推举一个非骨干节点以使自身进入虚拟骨干网；

33、ux根据骨干推举规则选择一个非骨干节点uz向其发送信令，请求uz成为骨干节点；

34、所述非骨干节点状态转移包括，当未入网节点成功入网时，转移为非骨干活跃态；

35、当非骨干活跃态在活跃周期结束时，转移为非骨干普通态；

36、当一个普通非骨干节点收到未入网邻居的hello包时，转移为非骨干活跃态。

37、作为本发明所述的分布式无线自组织网络的快速构建方法的一种优选方案，其中：所述进行链路优化和动态拓扑维护策略包括，当非骨干节点uz发现自身的两个邻居骨干节点up、uq之间的链路跳数hoppq＞4时，uz转变为骨干节点对cds进行链路强化；

38、节点uz根据up、uq周期hello包中的邻居表来进行链路优化判定；

39、当uz发起优化检查时，判断up和uq是否具有公共的两跳骨干邻居节点，uz查找本地缓存的up上一次hello包邻居表中的骨干节点与uq上一次hello包邻居表中的骨干节点是否有交集；

40、所述邻居表，包括up的一跳邻居表和二跳邻居表；

41、当up和uq存在公共的两跳骨干邻居节点时，uz保持非骨干状态不进行cds链路优化；

42、反之则说明up和uq之间的链路跳数大于四跳，此时uz判断自身是否为up和uq的公共一跳邻居中id号最小者，若是则将优化标记数νoptim加1；

43、节点uz仅在优化标记数νoptim达到阈值thoptim时才进行实际的优化补充，转变为骨干节点。

44、一种分布式无线自组织网络的快速构建装置，其特征在于：包括，

45、收发天线和射频收发器：用于无线信号的接收和发送，实现节点之间的通信；

46、低噪放和滤波器：用于信号放大和滤波，提高信号质量和抗干扰能力；

47、adc和dac：用于模数转换和数模转换，将收到的模拟信号转换成数字信号进行处理，以及将数字信号转换成模拟信号进行发送；

48、基带处理器：负责对数字信号进行处理和调制解调；

49、协议处理器：用于实现网络层和协议网关功能，；

50、subghz收发单元：包括基带处理和射频前端，用于在subghz频段进行无线通信，并负责处理大吞吐量的数据运算；

51、链路与接入层：控制收发单元的信道接入，协调射频前端在合适时刻、利用波形进行通信；

52、网络层：实现自主完成路由选择，以及基于qos网络互通的最优策略，确保网络的运作；

53、协议网关：实现数据包与其他通信接口的转换，以实现与外部网络的连接和数据交换。

54、本发明的有益效果：本发明能够提高网络搭建效率，提升网络连通性和稳定性，提高网络资源利用率，增强网络的自适应能力，为构建高效稳定的分布式无线自组织网络提供了重要技术支持。