[发明专利]一种IEEE802.15.4e网络的邻居发现方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感网的技术领域，特别涉及一种IEEE802.15.4e网络的邻居发现方法。

背景技术

近年来，无线传感器网络广泛应用于工业领域，工业无线设备除了高可靠性、高实时性，低功耗也是工业应用方面的迫切需求。在WSN中,节点能量有限且难以补充,因此,工业无线取代有线，能量问题是实际应用中关注的热点,而通信协议的改进又是提高能效的重要措施。在WSN协议栈中,MAC层决定着信道分配与使用方法,在协议栈能耗中有举足轻重的地位。为此，TG4e（IEEE802.15.4e）工作组于2008年正式成立，其目的是在MAC层提高和增加IEEE802.15.4-2006对于工业领域无线应用以及TG4c的支持，增强并增加MAC的功能性。IEEE802.15.4e包含多种MAC协议，其中最主要的两支为DSME(Deterministic Synchronous Multichannel Extension,确定性同步多信道扩展)和TSCH（Time Synchronized Channel Hoping，时间同步和信道跳频），主要采用两种技术:1）时间分集，如TDMA（Time Division Multiple Access，时分复用）调度、重传；2）频率分集，如跳频等。

IEEE802.15.4e网络与其他自组织网络一样，网络组建包括时间同步、邻居发现和组网交互的过程。其中，邻居发现是网络组建的一个非常重要的步骤，是MAC协议、路由发现、拓扑管理算法的基础，快速的邻居发现对于提高网络性能具有重要意义。

近年来，关于邻居发现方面的研究引起了很大关注，但是多集中在CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问）网络，如IEEE802.15.4网络，这种网络使用单信道通信。由于IEEE802.15.4e网络采用了多信道通信，无法直接使用单信道的各种邻居发现方法。因为多信道的特性，使得搜索空间直接扩展了一个维度，不确定性增加，组网的问题也就变成了信道搜索和邻居发现两个问题，实际完成时间也大大增加。例如IEEE802.15.4网络中一种被动邻居发现方法PSV(Passive Discovery,被动发现)，通过轮流在所有可用信道上进行邻居发现，每个信道上持续监听信标间隔时间，直到某个信道上监听到信标帧。该方法简单实用，但是在无法确定信标间隔的情况下，将消耗大量的时间和能量。

针对信道搜索时间过长的问题，有文献在PSV的基础上提出了OPT策略，降低了信道搜索过程中的第一次、平均和最长搜索时间。但是这种策略仅仅是针对信道搜索时间进行了优化，并未对能耗进行优化，在一些对能耗有严格要求的网络中，该方法并不适用；另外该方法监听的目标是信标帧，而没有考虑到别的报文的监听。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种IEEE802.15.4e网络的邻居发现方法，旨在解决信道搜索时间过长、能耗过高的问题。

该方法通过监听普通报文代替传统的监听信标帧，改进邻居发现的监听次序，根据普通报文预测信标帧可能的位置，仅在信标帧可能出现的时隙打开监听，其余时间休眠，既节省了信道搜索的时间，又降低了邻居发现所产生的能耗，进而降低整个网络组建的时间和能耗。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

本发明一种IEEE802.15.4e网络的邻居发现方法，包括下述步骤：

S1、设计报文监听算法E-OPT，选择任意时隙为起始点，开始监听报文，监听的顺序、时隙和信道完全按照报文监听算法E-OPT执行；

S2、当监听到第一个报文后，记录报文类型和报文检测消耗的时间，根据报文类型、报文检测消耗的时间和当前绝对时隙号预测信标帧次序b的范围；

S3、根据信标帧次序b的范围中最小的b值，通过公式T-t_current=ASN_Beacon-ASN_current，ASN_Beacon=2^b×a来预测信标帧最近可能出现的时隙T，其中t_current为当前时隙，即报文检测消耗的时隙，ASN_current为当前绝对时隙号，ASN_Beacon为信标帧的绝对时隙号，a为常数；