【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信，涉及一种基于定向天线的空地邻居发现方法。
技术介绍
1、邻居发现是自组织网络的关键技术之一。在自组织网络中，各节点需先发现周围的邻节点，才能执行相应的信道接入协议进行通信。随着网络拓扑的变化，节点的邻接关系也随之变化，邻居发现流程需周期性执行。
2、基于节点使用的天线形式的不同，自组网中的邻居发现问题可分为基于全向天线的邻居发现和基于定向天线的邻居发现。基于全向天线的邻居发现方法较为简单。全向天线具备全向发送和全向接收能力，通过周期性的广播包发送，可使每个节点都获知各自的邻节点信息。
3、相比于全向天线，定向天线具有增益高、抗干扰、防窃听等优势，在自组网中得到了广泛地应用。由于在基于定向天线的自组网中存在着广播效率低、隐藏终端、聋节点等问题，使得基于定向天线的邻居发现更加复杂。基于定向天线的邻居发现可分为同步扫描和异步扫描两大类方法。在同步扫描方法中，各节点在时间同步、方位同步的条件下，根据一定的算法确定收发状态，并在各个波位上扫描，在一定时间内完成360°全向的扫描。在异步扫描方法中，各节点的时间或方位不同步。各节点随机确定波束方向和收发状态，执行单向、双向或三向握手后完成邻居发现。由于时间或方位不同步，异步扫描方法的效率较低。
4、上述基于定向天线的邻居发现方法仅适用于节点在平面分布的自组织网络。目前，无人机可作为空中基站，为无基础设施覆盖或热点地区提供通信中继功能。在此场景中，节点立体分布，邻居发现问题更加复杂。虽然ieee 802.15.3c、ieee 802.
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：
2、为了解决基于定向天线的空地立体自组网中的邻居发现问题，本专利技术提供一种基于定向天线的空地邻居发现方法，在时间同步及方位同步的条件下可实现仅配备定向天线的空中节点和仅配备定向天线的地面节点的相互发现。
3、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
4、一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，包括：
5、确定空中节点和地面节点的波束覆盖范围；
6、将所述空中节点和地面节点的波束覆盖范围分别划分为数量相同的波束方位组，空中节点和地面节点的对应编号的波束方位组包含相同数量的波束方位；
7、将时间划分为等长的时隙，空中节点和地面节点在时间同步和方位同步的条件下开始在每个时隙进行逐个波束方位的扫描，空中节点发送beacon包，地面节点接收beacon包后发送接入请求包，空中节点接收接入请求包。
8、本专利技术进一步的技术方案：所述确定空中节点的波束覆盖范围，具体为：
9、在以空中节点为原点的东北天坐标系中，确定空中节点的定向天线波束覆盖范围，记为β∈[0°,360°)}，其中α表示波束方位的俯仰角，β表示波束方位的方位角。
10、本专利技术进一步的技术方案：所述确定地面节点的波束覆盖范围，具体为：
11、在以地面节点为原点的东北天坐标系中，确定地面节点的定向天线波束覆盖范围，记为其中θ表示波束方位的俯仰角，表示波束方位的方位角。
12、本专利技术进一步的技术方案：将空中节点的波束覆盖范围划分为若干数量的波束方位组，具体为：
13、将空中节点的波束覆盖范围ω划分为n个波束方位组，分别编号为0、1、2、……、n-1，第i个波束方位组di包含ci个波束方位，记为其中di,k＝(αi,k,βi,k)，αi,k和βi,k分别表示第i个波束方位组中第k个波束方位在坐标系中的俯仰角和方位角，空中节点的波束方位总数为
14、本专利技术进一步的技术方案：将地面节点的波束覆盖范围ψ划分为n个波束方位组，分别编号为0、1、2、……、n-1，第i个波束方位组bi包含ci个波束方位，记为其中θi,k和分别表示第i个波束方位组中第k个波束方位在坐标系中的俯仰角和方位角，地面节点的波束方位总数为
15、本专利技术进一步的技术方案：所述空中节点或地面节点的每个波束方位组各波束方位的俯仰角相同。
16、本专利技术进一步的技术方案：所述空中节点和地面节点的第i个波位方位组的俯仰角之和为180°。
17、本专利技术进一步的技术方案：所述空中节点发送beacon包，具体为：
18、在任一时隙中，空中节点在波束方位上发送beacon包，所述beacon包含空中节点的id、在网地面节点的id列表和空中节点的经纬高信息，发送完毕后在该波束方位上等待接收接入请求包。
19、本专利技术进一步的技术方案：所述地面节点接收beacon包后发送接入请求包，具体为：
20、在任一时隙中，地面节点在波束方位上接收beacon包，如果收到beacon包，则记录其中的空中节点id、在网地面节点的id列表和空中节点的经纬高信息，并在该波束方位上发送接入请求包，所述接入请求包包含地面节点的id和经纬高信息，等待该时隙结束并在下一时隙开始时在下一个波束方位上接收beacon包；如果地面节点未收到beacon包，等待该时隙结束并在下一时隙开始时在下一个波束方位上接收beacon包。
21、本专利技术进一步的技术方案：所述空中节点接收接入请求包，具体为：
22、在任一时隙中，如果空中节点收到接入请求包，则记录其中的地面节点id和经纬高信息，将该地面节点加入在网地面节点的id列表，在下一时隙开始时在下一个波束方位上发送新的beacon包；如果空中节点未收到接入请求包，则在下一时隙开始时在下一个波束方位上发送新的beacon包。
23、本专利技术的有益效果在于：
24、本专利技术提供的一种基于定向天线的空地邻居发现方法，包括：确定空中节点和地面节点的波束覆盖范围；将空中节点和地面节点的波束覆盖范围划分为相同数量的波束方位组，并且每个波束方位组包含相同数量的波束方位；将时间划分为等长的时隙，空中节点和地面节点在时间同步和方位同步的条件下开始在每个时隙进行逐个波束方位的扫描，空中节点发送beacon包，地面节点接收beacon包。通过设计空中节点和地面节点的扫描波束方位、发送包内容和接收包处理流程，可确保处于通信范围内的空中节点和地面节点在一定时间内相互发现，并且无需全向天线辅助。
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1.一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，所述确定空中节点的波束覆盖范围，具体为：
3.根据权利要求1所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，所述确定地面节点的波束覆盖范围，具体为：
4.根据权利要求1所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，将空中节点的波束覆盖范围划分为若干数量的波束方位组，具体为：
5.根据权利要求4所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，将地面节点的波束覆盖范围划分为与空中节点数量相同的波束方位组，具体为：
6.根据权利要求5所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，所述空中节点或地面节点的每个波束方位组各波束方位的俯仰角相同。
7.根据权利要求5所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，所述空中节点和地面节点的第i个波位方位组的俯仰角之和为180°。
8.根据权利要求1所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，所述空中节点
9.根据权利要求8所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，所述地面节点接收beacon包后发送接入请求包，具体为：
10.根据权利要求9所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，所述空中节点接收接入请求包，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，所述确定空中节点的波束覆盖范围，具体为：
3.根据权利要求1所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，所述确定地面节点的波束覆盖范围，具体为：
4.根据权利要求1所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，将空中节点的波束覆盖范围划分为若干数量的波束方位组，具体为：
5.根据权利要求4所述一种基于定向天线的空地邻居发现方法，其特征在于，将地面节点的波束覆盖范围划分为与空中节点数量相同的波束方位组，具体为：
6.根据权利要求5所述一...
【专利技术属性】
技术研发人员：任塨晔，袁韵洁，蔡晓磊，胡晓娇，
申请(专利权)人：西安电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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