面向机器人网络的邻居发现冲突协调方法、设备及介质技术

本发明专利技术公开了一种面向机器人网络的邻居发现冲突协调方法、设备及介质，涉及通信技术领域，方法包括：初始化基准参数并根据基准参数侦听信道及检测冲突，以更新信标数量、信标接收列表及冲突标记位；根据冲突标记位识别冲突，当未识别出冲突时，重新初始化基准参数并根据基准参数侦听信道及检测冲突，以更新信标数量、信标接收列表及冲突标记位，当识别出冲突时，根据信标数量、冲突标记位、预设的时隙调整步长、预设的退避窗口系数调整时隙长度及退避时间，再根据退避时间侦听信道以更新信标接收列表；根据信标接收列表、退避时间及预设的信标持续时间，控制机器人的工作状态。本发明专利技术能够根据网络状态自适应调整时隙长度和退避窗口进行冲突协调。窗口进行冲突协调。窗口进行冲突协调。

【技术实现步骤摘要】
面向机器人网络的邻居发现冲突协调方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种面向机器人网络的邻居发现冲突协调方法、计算机设备及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]随着机器人技术和无线通信技术的发展，人们将机器人与无线传感器相结合，形成了机器人无线传感器网络。机器人网络被广泛地应用在各个领域，如环境监控，无人探索，数据收集等。这些应用大多由多个机器人协同完成，而多个机器人之间的协同运作则需要通过机器人网络进行信息交互来完成。在组建网络时，机器人作为网络中的一个节点与其他节点进行交互并动态发现其他节点的过程，被称为邻居发现。由于机器人都具有移动性，所以机器人网络中的节点需要不断发现其邻居。
[0003]在分布式网络的条件下，节点间进行邻居发现需要互相接收到对方的信息。因此，如何设计节点的激活和休眠调度规则，使得节点间能够互相接收到对方的信息，被称为邻居发现问题(Neighbor Discovery)。通常，研究人员会将连续的时间离散化为连续数段分割的时间长度，称为时隙模型。传统的邻居发现协议用占空比(节点的一个工作周期中激活的时间占工作周期总时间的比例)衡量节点的能量，主要设计目标是保证邻居发现能在有限的时间内完成以及尽可能地降低邻居发现的发现延迟。大部分协议假设一对节点只要在相同的时刻同时激活节点就能互相发现，通过设计节点激活/休眠时间序列，使得节点能更快地达到在同一时间激活的状态，以达到降低发现延迟的目的。如Disco协议设计了一种基于两个素数生成的时间序列，使得协议能够在给定占空比的情况下进行有发现延迟理论上界的邻居发现。Quorum类协议则是设计了一种根据占空比生成矩阵形式的时间序列的方法。Hello协议通过是结合素数和Quorum技术设计了一种矩阵形式的时间序列，序列中节点每经过一个周期，则在一段长度大于的一半的时隙中连续激活。
[0004]但是对于机器人而言，移动的能量损耗要大于通信的能量损耗，因此机器人节点会保持激活并持续性地发现邻居，这就使得网络中存在大量的信标交互。在机器人网络邻居发现的实际应用中，不同节点发送的信标产生冲突是妨碍邻居发现的重要因素。而处理邻居发现的信标冲突问题主要包含随机退避和时隙长度调整两种手段。随机退避机制如CSMA/CA机制要求节点在检测到冲突后在退避窗口中随机选取一段时间作为退避时间，并在退避时间内停止发送信标。但是当网络中的节点数量过多时，退避机制无法有效地达到冲突处理的目的。另一种冲突处理方法是冲突后改变时隙长度。但是时隙长度快速地增长会使节点工作周期过长、浪费过多的时间资源，导致机器人的任务无法完成；而时隙长度增长过慢则会导致机器人节点无法接收到有效的信息完成任务。此外，由于机器人在完成任务时可能会持续地移动，使得机器人网络的节点分布可能会从密集到稀疏或从稀疏到密集，固定长度的时隙难以满足这样的应用需求。因此，如何让机器人根据当前的网络状态自适应调整邻居发现时隙长度是一个值得关注的问题。
[0005]北京大学提出了基于信标冲突检测的邻居发现信标冲突避免的协议。这两种方法
采用了信标冲突后加倍时隙长度的冲突处理机制，但是这两种方法并未充分考虑改变时隙长度对发现延迟的影响。在节点数量较多的情况下，若某个节点出现连续信标冲突，会导致部分节点时隙长度以指数倍增的速度迅速增长，即使当前整体网络冲突并不频繁，邻居发现所需的时间也会急剧上升，也就会使得机器人完成任务的时间急剧上升甚至无法完成。因此，直接将目前的方法应用到拓扑快速变换的机器人网络难以取得良好的效果。
[0006]综上，为了保证在实际应用场景中分布式无线网络的邻居发现能够在有限的时间内互相发现，加强邻居发现协议的实用性，需要一种能够充分解决邻居发现协议信标冲突问题的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种面向机器人网络的邻居发现冲突协调方法、计算机设备及计算机可读存储介质，可根据网络状态自适应调整时隙长度和退避窗口进行冲突协调。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种面向机器人网络的邻居发现冲突协调方法，包括：初始化基准参数并根据所述基准参数侦听信道及检测冲突，以更新信标数量、信标接收列表及冲突标记位；根据所述冲突标记位识别冲突，当未识别出冲突时，重新初始化所述基准参数并根据所述基准参数侦听信道及检测冲突，以更新所述信标数量、信标接收列表及冲突标记位，当识别出冲突时，根据所述信标数量、所述冲突标记位、预设的时隙调整步长、预设的退避窗口系数调整时隙长度及退避时间，再根据所述退避时间侦听信道以更新所述信标接收列表；根据所述信标接收列表、退避时间及预设的信标持续时间，控制机器人的工作状态。
[0009]作为上述方案的改进，所述根据所述信标数量、所述冲突标记位、预设的时隙调整步长及预设的退避窗口系数调整实时时隙长度和退避时间的步骤包括：根据公式N
E
＝B
R
+CF+1，计算当前的邻居数量N
E
，其中，B
R
为信标数量，CF为冲突标记位；根据公式L'＝S*(N
E
‑
2)，更新实时时隙长度L'，其中，S为预设的时隙调整步长；根据公式BW＝A*L'，计算冲突窗口BW，其中，A为预设的退避窗口系数；在区间[0,BW
‑
1]中选择一个整数作为退避时间BT。
[0010]作为上述方案的改进，所述基准参数包括本地时钟、信标数量、冲突标记位及回复标记位，所述根据所述基准参数侦听信道及检测冲突，以更新信标数量、信标接收列表及冲突标记位的步骤包括：S11，判断所述本地时钟的数值是否小于或等于实时时隙长度，判断为是则运行S12，判断为否则根据所述冲突标记位识别冲突；S12，判断所述回复标记位的数值是否为“0”，判断为是则运行S13，判断为否则运行S15；S13，判断所述本地时钟的数值是否为“1”，判断为是则发送Hello信标并运行S14，判断为否则运行S16；S14，判断是否检测到冲突，判断为是则将所述冲突标记位的数值置为“1”并运行S15，判断为否则运行S17；S15，发送Answer信标，并将所述回复标记位的数值置为“0”，执行S17；S16，侦听信道并接收信标，若节点接收到信标则将所述回复标记位的数值置为“1”，更新所述信标数量B
R
的数值，以使B
R
＝B
R
+1，将信标加入所述信标接收列表并运行S17，否则直接运行S17；S17，更新所述本地时钟T的数值，以使T＝T+1，运行S11。
[0011]作为上述方案的改进，所述根据所述冲突标记位识别冲突的步骤包括：判断所述冲突标记位的数值是否为“1”；判断为是时，则表示识别出冲突；判断为否时，则表示未识别
出冲突。
[0012]作为上述方案的改进，所述根据所述退避时间侦听信道以更新所述信标接收列表的步骤包括：S21，判断所述退避时间是否大于0，判断为是时，则执行S22，判断为否时，则重新初本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向机器人网络的邻居发现冲突协调方法，其特征在于，包括：初始化基准参数并根据所述基准参数侦听信道及检测冲突，以更新信标数量、信标接收列表及冲突标记位；根据所述冲突标记位识别冲突，当未识别出冲突时，重新初始化所述基准参数并根据所述基准参数侦听信道及检测冲突，以更新所述信标数量、信标接收列表及冲突标记位，当识别出冲突时，根据所述信标数量、所述冲突标记位、预设的时隙调整步长、预设的退避窗口系数调整时隙长度及退避时间，再根据所述退避时间侦听信道以更新所述信标接收列表；根据所述信标接收列表、退避时间及预设的信标持续时间，控制机器人的工作状态。2.如权利要求1所述的面向机器人网络的邻居发现冲突协调方法，其特征在于，所述根据所述信标数量、所述冲突标记位、预设的时隙调整步长及预设的退避窗口系数调整实时时隙长度和退避时间的步骤包括：根据公式N
E
＝B
R
+CF+1，计算当前的邻居数量N
E
，其中，B
R
为信标数量，CF为冲突标记位；根据公式L'＝S*(N
E
‑
2)，更新实时时隙长度L'，其中，S为预设的时隙调整步长；根据公式BW＝A*L'，计算冲突窗口BW，其中，A为预设的退避窗口系数；在区间[0,BW
‑
1]中选择一个整数作为退避时间BT。3.如权利要求1所述的面向机器人网络的邻居发现冲突协调方法，其特征在于，所述基准参数包括本地时钟、信标数量、冲突标记位及回复标记位，所述根据所述基准参数侦听信道及检测冲突，以更新信标数量、信标接收列表及冲突标记位的步骤包括：S11，判断所述本地时钟的数值是否小于或等于实时时隙长度，判断为是则运行S12，判断为否则根据所述冲突标记位识别冲突；S12，判断所述回复标记位的数值是否为“0”，判断为是则运行S13，判断为否则运行S15；S13，判断所述本地时钟的数值是否为“1”，判断为是则发送Hello信标并运行S14，判断为否则运行S16；S14，判断是否检测到冲突，判断为是则将所述冲突标记位的数值置为“1”并运行S15，判断为否则运行S17；S15，发送Answer信标，并将所述回复标记位的数值置为“0”，执行S17；S16，侦听信道并接收信标，若节点接收到信标则将所述回复标记位的数值置为“1”，更新所述信标数量B
R
的数值，以使B
R
＝B
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林智勇，易淙铭，魏纵横，温清机，温剑丰，刘青林，许德涛，江俊康，钟林耘，
申请(专利权)人：广东技术师范大学，
类型：发明
国别省市：