一種群移動通信系統中的節點定位及拓撲更新方法
2023-06-07 16:56:06
專利名稱：一種群移動通信系統中的節點定位及拓撲更新方法
技術領域：
本發明涉及群移動通信系統中的節點定位及拓撲數據更新方法，屬於移動通信技術領域
背景技術：
目前在移動通信中對移動節點的定位技術是以GPS技術為主對單個GPS終端的位置進行地位，由於GPS定位的時延較長，且主要依託高空衛星，對橋梁遮擋、坑道、以及隱蔽前進的無法識別；無線傳感網(WSN)中的無線傳感器節點大都處於靜態位置，網內無線傳感器節點拓撲信息是通過以能量估算的最大半徑的交集進行數據估計的，因此在運動性和準確性上，都非常欠缺。由於在群移動通信系統應用時，常常要求某個群組完成群組運動且組內互通位置信息，並傳遞少量重要數據，在整個群組運動中各個節點均保持與頭點運動相一致的運動方向，或者部分節點接受頭點指令進行迂迴運動等。有時候由於該群組保密性需要，不開GPS定位或者只有頭點機擁有GPS定位及對外通信功能，這就要求一種能在群組內部之間進行隱蔽通信，並且運動的群組內部之間能相互確立準確的位置信息，以及傳遞少量數據信息，因此需引入無線射頻技術。關於對無線射頻技術的選擇，目前市場上的無線通信技術主要有無線區域網WiFi、藍牙和一些專用標準(如Adhoc網等)的產品。一些大公司為開拓市場和應用領域，也在積極研究和制定一些新的無線組網通信技術標準比如超寬帶通信UWB和WiMax等。藍牙(bluetooth)是1994年由愛立信公司首先提出的一種短距離無線通信技術規範，它是使用無線連接來替代已經廣泛使用的有線連接。藍牙技術專門為近距離無線數據傳輸而設計，其有效傳輸距離為10 100米(商業化射頻模塊距離為15米左右),傳輸速率為1Mbps。從藍牙技術正式公布到現在，一直受晶片價格高、廠商支持力度不夠、傳輸距離限制及抗幹擾能力差等問題的困擾，沒有得到預期的大範圍的應用，因此其通訊晶片以及開發設備價格相對較高。目前主要應用在無線耳機等不需要很高傳輸帶寬的領域，且互通性方面也存在問題。WiFi (Wireless Fidelity無線保真)在Intel的大力支持下，借迅馳處理器迅速佔領市場；採用IEEE802. Ilb標準，使用2. 4GHz直接序列擴頻，最大數據傳輸速率為IlMbps,並可根據信號強弱把傳輸率調整為5. 5Mbps,2Mbps和IMbps帶寬。寬帶的自動調整，有效的保障了網絡的穩定性和可靠性。採用最新的802. 118時，速率可達54Mbps，是目前應用最廣的無線網絡傳輸協議，WiFi更適合工作時固定位置的無線通信場合，對運動中的無線通信組網模式複雜。UffB (Ultra WindBand超寬頻)是一種未來短距離寬帶無線傳輸技術。由於未採用通常無線收發中的載波調製技術，因此它不需要混頻、過濾和射頻/中頻轉換模塊，實現了低成本，低功耗和高帶寬性能。自前有兩大技術陣營競爭技術標準，預期的通信距離5 IOm (工作距離是一大瓶頸)，速率甚至可高達lGbps，非常適合於家用消費電子產品之間的大容量數據傳輸，目前商 業化的無線模塊數量較少。作為無線通信下一代技術的WiMax，被設想成一項無線城域網接入技術，在傳輸距離和速度方面均勝過WiFi，最高接入速率為70Mbps，信號傳輸半徑可達到50km。由於WiMax技術專利由美國所獲得，因此使用WiMax專利的無線射頻模塊以及終端將支付高額的專利費用，對市場化有非常大的限制。下表從幾個方向對無線射頻技術進行比較。
權利要求
1.一種群移動通信系統中的節點定位及拓撲更新方法，其特徵在於，包括群內可信節點註冊步驟、相鄰視距節點方位計算步驟、最大能量優先拓撲建立步驟；具體如下 A、群內可信節點註冊步驟，具體如下 步驟Al、將群移動通信系統中的所有節點機裝置集中在無線信號覆蓋範圍內，然後對節點機裝置的功能進行初始化設定；所有節點機裝置均具有兩個射頻收發模塊； 步驟A2、在所有節點機裝置中設定一個節點機作為主節點機、其他的節點機作為群成員； 步驟A3、由群成員節點機向主節點機發送密鑰請求，主節點機接收請求並隨機選取密鑰方案，然後組播發送給各群成員節點機，各群成員節點機進行接收確認； B、相鄰視距節點方位計算步驟，具體如下 BI、當A節點機與相鄰B節點機之間視距無遮擋時，測距及定位的步驟如下 步驟BI. I、由A節點機的兩個射頻模塊分別同時向相鄰B節點機發出測距請求信號，即A節點機的第一射頻模塊分別向相鄰B節點機的兩個射頻模塊發出測距請求信號，同時A節點機的第二射頻模塊分別向相鄰B節點機的兩個射頻模塊發出測距請求信號； 步驟BI. 2、相鄰B節點機的兩個射頻模塊分別同時向A節點機的兩個射頻模塊返回信號及其輻射半徑信息，即B節點機的第一射頻模塊分別向A節點機的兩個射頻模塊返回信號及其輻射半徑信息，B節點機的第二射頻模塊分別A節點機的兩個射頻模塊返回信號及其輻射半徑信息； 步驟BI. 3、通過對A節點機的兩個射頻模塊接收到B節點機的第一射頻模塊的返回信號的時延差以及輻射半徑信息計算出A節點機與相鄰B節點機之間的距離LI，以及B節點機的該射頻模塊相對於A節點機的方位角αI ； 步驟BI. 4、通過對A節點機的兩個射頻模塊接收到B節點機的第二射頻模塊的返回信號的時延差以及輻射半徑信息計算出A節點機與相鄰B節點機之間的距離L2，以及B節點機的該射頻模塊相對於A節點機的方位角α 2 ； 步驟BI. 5、如果LI與L2之間的誤差小於10%時，則認定A節點機與B節點機之間視距無遮擋；則以LI和α I作為A節點機和B節點機之間的距離的方位信息；否則，當LI與L2之間的誤差大於等於10%時，轉至Β2步驟； Β2、當A節點機與相鄰B節點機之間視距出現遮擋時，採取模糊位置估算法進行定位和測距，步驟如下 步驟Β2. I、A節點機通過步驟BI方法計算出(LI，0 1)和化2，α 2)； 步驟Β2. 2、B節點機通過步驟BI方法計算出(LI』，0 3)和化2』，α 4)； 步驟Β2. 3、B節點機向A節點機傳遞距離消息(LI』，0 3)和化2』，α 4)； 步驟Β2. 4、A節點機利用步驟Β2. I及步驟Β2. 3所述的四組數據信息構建最小四邊形區域，並估算出最小四邊形的對角線長度作為A節點機與B節點機之間的距離；同時取(α 1+ α 2) /2作為B節點機相對於A節點機的方位角； C、最大能量優先拓撲建立步驟，具體如下 步驟Cl、群移動通信系統中任意一個節點機採用步驟B對相鄰的鄰居節點機的定位測距過程後，選擇一個能量最大的節點機與其建立聯接關係，並且該能量最大節點機尚未與其他節點機建立直鏈關係；如果所選擇的能量最大的節點機應答已經接受其他節點機的請求，則向能量次之的節點機發出建立連結請求； 步驟C2、如果某個節點機發出的建立連結請求被所有鄰居節點機拒絕，則該節點機隨機在能量最大的前3個節點機中完成增加連結請求； 步驟C3、直聯的節點機添加其他直聯路由信息到自身的路由表中，添加時只添加最靠近其他直聯鏈路中能量最大節點機的信息作為路由轉發點，由此保證不會出現路由環路；步驟C4、每個節點機存儲將轉發路由信息，在群組內所有節點機形成一條開環的路由樹，在群組內以該路由樹的拓撲鏈路進行數據轉發。
全文摘要
本發明公開了一種群移動通信系統中的節點定位及拓撲更新方法，包括群內可信節點註冊步驟、相鄰視距節點方位計算步驟、最大能量優先拓撲建立步驟；其中群內可信節點註冊步驟用於保證群內無線通信的可信度，未經註冊的節點機被認為是非法節點，將會發出群內警告消息；相鄰視距節點方位計算步驟通過相位差及覆蓋半徑計算出節點間距離數據及方位信息；最大能量優先拓撲建立步驟使用最大能量優先法建立和維護拓撲路徑，並通過路由協商，最終所有節點獲得全部群移動通信系統的最佳估計位置信息。本發明在解決班組軍事搜索運動，團隊進退運動管理，坑道運動群組中的節點拓撲建鏈、位置更新以及協同通信起著重要的作用。
文檔編號H04W40/02GK102638762SQ20121014317
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月10日 優先權日2012年5月10日
發明者徐名海, 林曉勇, 王斌, 糜正琨, 蔣玲慧 申請人:南京郵電大學