专利摘要

本发明提供了一种下一代无线网络的通信实现方法，所述无线网络包括三类节点：坐标节点，已配置节点和新节点；所述无线网络中包含四个坐标节点，分为称为东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点，东坐标节点位于所述无线网络东边的边界处，南坐标节点位于所述无线网络南边的边界处，西坐标节点位于所述无线网络西边的边界处，北坐标节点位于所述无线网络北边的边界处；已配置节点为已经配置地址的节点，新节点为没有配置地址的节点；当无线网络发生分裂和合并时能够确保网络地址的唯一性和通信正确性。所述下一代无线网络中的每个节点通过本发明所提供的通信实现方法，可拥有具有唯一性的地址，彼此之间实现正确的通信。

权利要求

1.一种下一代无线网络的通信实现方法，其特征在于，所述无线网络包括三类节点：坐标节点，已配置节点和新节点；所述无线网络中包含四个坐标节点，分为称为东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点，东坐标节点位于所述无线网络东边的边界处，南坐标节点位于所述无线网络南边的边界处，西坐标节点位于所述无线网络西边的边界处，北坐标节点位于所述无线网络北边的边界处；已配置节点为已经配置地址的节点，新节点为没有配置地址的节点；

无线网络启动后，所有节点均为新节点，并选举出东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点；选举出的东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点分别广播信标消息；无线网络中的新节点根据接收到的坐标节点的信标消息确定自己的四元组坐标，四元组坐标包括到达东坐标节点的跳数，到达南坐标节点的跳数，到达西坐标节点的跳数以及到达北坐标节点的跳数；其中，东坐标节点到达东坐标节点的跳数为0，南坐标节点到达南坐标节点的跳数为0，西坐标节点到达西坐标节点的跳数为0，北坐标节点到达北坐标节点的跳数为0；坐标节点广播的信标消息的负载为自己的四元组坐标，无线网络中的新节点通过判断坐标节点广播的信标消息的负载判断该消息来源于哪个坐标节点，从而计算出相应的坐标值；

每个新节点用硬件ID作为临时地址；在一个新节点获取地址之前，由其临时地址唯一标识；

无线网络中的每个新节点定期在一跳范围内广播信标消息，消息源地址为其临时地址；一个节点通过接收邻居节点的信标消息获取与该邻居节点的相对角度；

新节点X根据下述方法判断自己是否为坐标节点：

1)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(270°,360°]或者(0°,90°]，那么新节点X则将自己标记为西坐标节点；

2)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(180°,360°]，那么新节点X则将自己标记为北坐标节点；

3)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(90°,270°]，那么新节点X则将自己标记为东坐标节点；

4)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(0°,180°]，那么新节点X则将自己标记为南坐标节点；

如果上述坐标节点产生过程产生多于4个的坐标节点，那么采用下述算法确定无线网络内最终4个坐标节点：每个节点将自己标记为坐标节点后，在无线网络内广播一个信标消息，当一个西坐标节点收到另外一个西坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终地址最小的西坐标节点成为无线网络中唯一的西坐标节点；当一个东坐标节点收到另外一个东坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终只有地址最小的东坐标节点成为无线网络中唯一的东坐标节点；当一个南坐标节点收到另外一个南坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终只有地址最小的南坐标节点成为无线网络中唯一的南坐标节点；当一个北坐标节点收到另外一个北坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终只有地址最小的北坐标节点成为无线网络中唯一的北坐标节点；

一个节点的地址由四部分组成，第一部分为i比特的无线网络ID，一个无线网络中所有节点的无线网络ID都相同，它唯一标识一个无线网络；第二部分为四元组坐标，四元组坐标中的每个元素由j比特表示；第三部分为k比特的节点ID，用于区分一个无线网络中具有相同四元组坐标的节点；第四部分为m比特的新节点ID，用于在地址初始化之后分配给新加入的新节点，i、j、k、m为正整数。

2.根据权利要求1所述的下一代无线网络的通信实现方法，其特征在于，无线网络启动后，进行无线网络初始化；所有节点均为新节点，无线网络首先产生东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点，其中，西坐标节点的初始四元组坐标为(1,1,0,1)，东坐标节点的初始四元组坐标为(0,1,1,1)，北坐标节点的初始四元组坐标为(1,1,1,0)，南坐标节点的初始四元组坐标为(1,0,1,1)，然后，每个坐标节点在无线网络内广播信标消息，信标消息负载为初始四元组坐标以及跳数；其中，西坐标节点随机产生一个无线网络ID，其广播的信标消息负载还包括该无线网络ID；信标消息负载中的跳数初始值为0，信标消息被转发一次，跳数递增1；

无线网络中的新节点收到坐标节点广播的信标消息后，根据信标消息中的四元组坐标来判断是东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点还是北坐标节点，然后选择到达东坐标节点的最小跳数，到达南坐标节点的最小跳数，到达西坐标节点的最小跳数，到达北坐标节点的最小跳数来建立自己的四元组坐标；当新节点收到西坐标节点广播的信标消息后，记录下负载中的无线网络ID，并与建立的四元组坐标构建地址，其中，节点ID和新节点ID为0；

新节点获取地址后，如果地址的节点ID为q，新节点在一跳范围内广播信标消息，信标消息负载为空，信标消息源地址为自己配置的地址，新节点将自己标记为已配置节点；新节点的邻居新节点收到新节点广播的信标消息后，如果邻居新节点的四元组坐标等于新节点的四元组坐标，那么邻居新节点执行赋值操作，q＝q+1，然后邻居新节点将自己的节点ID设置为q，广播信标消息，并将自己标记为已配置节点；新节点的所有邻居新节点重复上述配置过程，直到新节点所有邻居新节点都转换为已配置节点为止；

一个无线网络内具有相同四元组坐标的节点ID均不同。

3.根据权利要求2所述的下一代无线网络的通信实现方法，其特征在于，无线网络初始化结束后，已配置节点在一跳范围内广播信标消息，信标消息负载为可分配新节点ID的长度；

新节点X加入无线网络后，开始侦听邻居已配置节点的信标消息，然后选择从可分配新节点ID长度最大的邻居已配置节点X2获取地址，假设已配置节点X2的新节点ID区间为[L,U]，L和U为正整数且L<U，新节点X从已配置节点X2获取地址的过程为：

步骤101：开始；

步骤102：新节点X向已配置节点X2发送地址请求消息，地址请求消息源地址为新节点X的临时地址；

步骤103：已配置节点X2收到地址请求消息后，选择一段新节点ID空间[L1,U]，L<L1<U且L1为正整数，然后向新节点X1返回地址响应消息，消息负载为地址L1和U，然后将自己的新节点ID空间更新为地址空间[L,L1-1]；

步骤104：新节点X收到地址响应消息后，将地址L1作为自己的新节点ID，然后与已配置节点X2的无线网络ID，四元组坐标和节点ID相结合形成地址，将自己标记为已配置节点，同时将地址空间[L+1,L1]作为自己的新节点ID空间；

步骤105：结束。

4.根据权利要求3所述的下一代无线网络的通信实现方法，其特征在于，当已配置节点X的新节点ID长度为0时，其新节点ID空间记做[0,0]，并发起地址回收过程：

步骤201：开始；

步骤202：已配置节点X广播地址回收消息；

步骤203：无线网络中与已配置节点X具有相同无线网络ID，四元组坐标和节点ID的节点收到地址回收消息后，向已配置节点X返回地址确认消息，地址确认消息负载为自己的新节点ID范围；

步骤204：在规定时间后，已配置节点X整理所收到的地址确认消息，选择一段最长的连续没有被占用的新节点ID空间作为自己的新节点ID空间；

步骤205：结束；

步骤204中，规定时间设定为α·d·t，其中d为无线网络直径，t为一跳传输延迟，α为调节参数。

5.根据权利要求1所述的下一代无线网络的通信实现方法，其特征在于，如果下述情况之一发生，则一个已配置节点X判定自己脱离了原来的无线网络：

第一种情况：已配置节点X在规定时间内没有收到任何节点广播的信标消息；

第二种情况：已配置节点收到的所有信标消息均来自新节点；

第三种情况：已配置节点X收到的所有信标消息的无线网络ID与自己的无线网络ID都不同；

在第一种情况下，已配置节点X保留原来的地址，并转换为新节点；

在第二种情况下，已配置节点X保留原来的地址，并执行下述步骤：

步骤301：开始；

步骤302：已配置节点X产生一个新的无线网络ID，并广播一个地址更新消息，地址更新消息负载为新产生的无线网络ID和自己原来的无线网络ID；

步骤303：无线网络中的新节点收到该地址更新消息后，判断自己原来地址的无线网络ID与已配置节点X原来地址的无线网络ID是否相同，如果是，则进行步骤304，否则进行步骤305；

步骤304：无线网络中的新节点将原来地址的无线网络ID更新为地址更新消息中新产生的无线网络ID，地址其他部分保持不变，并将更新后的地址作为自己的地址并转换为已配置节点，进行步骤306；

步骤305：无线网络中的新节点放弃原来的地址，并根据步骤101到步骤105重新获取地址并转换为已配置节点；

步骤306：结束；

在第三种情况下，已配置节点X检测到自己脱离原来的无线网络后，将自己标记为新节点，然后在新的无线网络执行步骤101到步骤105获取地址。

6.根据权利要求4所述的下一代无线网络的通信实现方法，其特征在于，如果下述情况之一发生，则已配置节点X判定自己的无线网络与其他无线网络发生了合并：

第一种情况：已配置节点X收到了一条信标消息，该信标消息的源地址无线网络ID与自己的无线网络ID相同，同时已配置节点X也收到了一条信标信息，该信标消息的源地址无线网络ID与自己的无线网络ID不同；

第二种情况：已配置节点X的地址与另外一个已配置节点的地址相同；

在第一种情况下，假设已配置节点X位于无线网络MANET1中，已配置节点Y位于无线网络MANET2中，无线网络MANET1中的节点数量小于无线网络MANET2中的节点数量；当已配置节点X收到已配置节点Y的信标消息并检测到自己的无线网络ID与已配置节点Y的无线网络ID不同时，已配置节点X发起下述合并操作：

步骤401：开始；

步骤402：已配置节点X向已配置节点Y发送一条合并消息；

步骤403：已配置节点Y在无线网络内广播合并消息，无线网络MANET2中的已配置节点收到该合并消息后，向已配置节点Y返回一个合并确认消息，无线网络MANET1中的已配置节点收到已配置节点Y的合并消息后，丢弃该合并消息；

步骤404：已配置节点Y查看所有合并确认消息，计算出无线网络MANET2中节点总数量以及无线网络MANET2中的所有已配置节点的四元组坐标的第一个元素到达东坐标节点的跳数的最大值E_max，第二个元素到达南坐标节点的跳数的最大值S_max，第三个元素到达西坐标节点的跳数最大值W_max，第四个元素到达北坐标节点的跳数的最大值N_max,，然后向已配置节点X返回一个合并初始化消息，合并初始化消息负载为无线网络MANET2的节点总数量以及到达东坐标节点的跳数的最大值E_max，到达南坐标节点的跳数的最大值S_max，到达西坐标节点的跳数的最大值W_max和到达北坐标节点的跳数的最大值N_max。；

步骤405：已配置节点X收到合并初始化消息后，已配置节点X在无线网络中广播合并地址消息，合并地址消息负载为无线网络MANET2的无线网络ID，以及到达东坐标节点的跳数的最大值E_max，到达南坐标节点的跳数的最大值S_max，到达西坐标节点的跳数的最大值W_max和到达北坐标节点的跳数的最大值N_max；

步骤406：无线网络MANET1中的已配置节点X1收到已配置节点X的合并地址消息后，将自己地址中的无线网络ID更新为无线网络MANET2的无线网络ID，假设已配置节点X1到达东坐标节点的跳数为E_x1，到达南坐标节点的跳数为S_x1，到达西坐标节点的跳数为W_x1，到达北坐标节点的跳数为N_x1，已配置节点X1执行以下赋值操作：E_x1＝E_x1+E_max+1，S_x1＝S_x1+S_max+1，W_x1＝W_x1+W_max+1，N_x1＝N_x1+N_max+1；

步骤407：已配置节点X1判断跳数E_x1，S_x1，W_x1和N_x1的值是否都小于或者等于2^j-1，如果是，进行步骤408，否则进行步骤409；

步骤408：已配置节点X1将自己标记为新节点，并执行步骤101到步骤105重新获取地址，执行步骤410；

步骤409：已配置节点X1将地址中的四元组坐标更新为执行步骤406后的四元组坐标，从而获得了无线网络合并后新的地址；

步骤410：结束；

在第二种情况下，假设无线网络ID的长度为i比特，有x个无线网络，每个无线网络产生一个无线网络ID，那么这些无线网络的无线网络ID冲突的概率p如公式(1)所示：

$p=1-e^{-x}{(1-\frac{x}{i})}^{x-i-\frac{1}{2}}---\left(1\right)$

根据公式(1)，两个无线网络产生相同无线网络ID的概率趋于0；

如果已配置节点X的地址检测到与另外一个已配置节点的地址相同，那么已配置节点X广播初始化消息，当无线网络内节点收到初始化消息后，将自己转变为新节点，通过无线网络初始化重新进行地址配置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信实现方法，尤其涉及的是一种下一代无线网络的通信实现方法。

背景技术

下一代无线网络中的节点之间通信通过中间节点的转发和路由来实现，因此，每个节点必须配有具有唯一性的地址来实现通信，因此，实现下一代无线网络需要解决的关键技术之一就是地址自动配置问题。

目前的地址配置分为有状态地址配置和无状态地址配置两种形式，有状态地址配置方案采用服务器/客户端的通信方式分配地址，即节点向服务器提出申请地址的请求，然后由服务器统一为无线网络内的节点分配地址。由于下一代无线网络没有任何基础设施，例如服务器，因此，有状态地址配置方案无法应用到下一代无线网络中。在无状态地址配置方案中，每个被分配的地址都需要在整个无线网络中进行重复地址检测以确保它的唯一性，导致了大量的控制包开销，消耗了大量的无线网络资源，因此也不适用于下一代无线网络使用。

因此针对下一代无线网络需要建立一种低开销的地址自动配置方案来实现移动通信。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种下一代无线网络的通信实现方法。

技术方案：本发明公开了一种下一代无线网络的通信实现方法，所述无线网络包括三类节点：坐标节点，已配置节点和新节点；所述无线网络中包含四个坐标节点，分为称为东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点，东坐标节点位于所述无线网络东边的边界处，南坐标节点位于所述无线网络南边的边界处，西坐标节点位于所述无线网络西边的边界处，北坐标节点位于所述无线网络北边的边界处；已配置节点为已经配置地址的节点，新节点为没有配置地址的节点；

无线网络启动后，所有节点均为新节点，并选举出东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点；选举出的东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点分别广播信标消息；无线网络中的新节点根据接收到的坐标节点的信标消息确定自己的四元组坐标，四元组坐标包括到达东坐标节点的跳数，到达南坐标节点的跳数，到达西坐标节点的跳数以及到达北坐标节点的跳数；其中，东坐标节点到达东坐标节点的跳数为0，南坐标节点到达南坐标节点的跳数为0，西坐标节点到达西坐标节点的跳数为0，北坐标节点到达北坐标节点的跳数为0；坐标节点广播的信标消息的负载为自己的四元组坐标，无线网络中的新节点通过判断坐标节点广播的信标消息的负载判断该消息来源于哪个坐标节点，从而计算出相应的坐标值；

每个新节点用硬件ID作为临时地址，例如MAC地址或者初始ID；在一个新节点获取地址之前，由其临时地址唯一标识；

无线网络中的每个新节点定期在一跳范围内广播信标消息，消息源地址为其临时地址；一个节点通过现有技术(例如AoA算法)接收邻居节点的信标消息获取与该邻居节点的相对角度；

新节点X根据下述方法判断自己是否为坐标节点：

1)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(270°,360°]或者(0°,90°]，那么新节点X则将自己标记为西坐标节点；

2)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(180°,360°]，那么新节点X则将自己标记为北坐标节点；

3)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(90°,270°]，那么新节点X则将自己标记为东坐标节点；

4)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(0°,180°]，那么新节点X则将自己标记为南坐标节点；

如果上述坐标节点产生过程产生多于4个的坐标节点，那么采用下述算法确定无线网络内最终4个坐标节点：每个节点将自己标记为坐标节点后，在无线网络内广播一个信标消息，当一个西坐标节点收到另外一个西坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终地址最小的西坐标节点成为无线网络中唯一的西坐标节点；当一个东坐标节点收到另外一个东坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终只有地址最小的东坐标节点成为无线网络中唯一的东坐标节点；当一个南坐标节点收到另外一个南坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终只有地址最小的南坐标节点成为无线网络中唯一的南坐标节点；当一个北坐标节点收到另外一个北坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终只有地址最小的北坐标节点成为无线网络中唯一的北坐标节点；

一个节点的地址由四部分组成，第一部分为i比特的无线网络ID，一个无线网络中所有节点的无线网络ID都相同，它唯一标识一个无线网络；第二部分为四元组坐标，四元组坐标中的每个元素由j比特表示；第三部分为k比特的节点ID，用于区分一个无线网络中具有相同四元组坐标的节点；第四部分为m比特的新节点ID，用于在地址初始化之后分配给新加入的新节点，i、j、k、m为正整数。这些变量可以根据实际应用进行动态调整

本发明所述方法中，无线网络启动后，进行无线网络初始化；所有节点均为新节点，无线网络首先产生东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点，其中，西坐标节点的初始四元组坐标为(1,1,0,1)，东坐标节点的初始四元组坐标为(0,1,1,1)，北坐标节点的初始四元组坐标为(1,1,1,0)，南坐标节点的初始四元组坐标为(1,0,1,1)，然后，每个坐标节点在无线网络内广播信标消息，信标消息负载为初始四元组坐标以及跳数；其中，西坐标节点随机产生一个无线网络ID，其广播的信标消息负载还包括该无线网络ID；信标消息负载中的跳数初始值为0，信标消息被转发一次，跳数递增1；

无线网络中的新节点收到坐标节点广播的信标消息后，根据信标消息中的四元组坐标来判断是东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点还是北坐标节点，然后选择到达东坐标节点的最小跳数，到达南坐标节点的最小跳数，到达西坐标节点的最小跳数，到达北坐标节点的最小跳数来建立自己的四元组坐标；当新节点收到西坐标节点广播的信标消息后，记录下负载中的无线网络ID，并与建立的四元组坐标构建地址，其中，节点ID和新节点ID为0；

新节点获取地址后，如果地址的节点ID为q，新节点在一跳范围内广播信标消息，信标消息负载为空，信标消息源地址为自己配置的地址，新节点将自己标记为已配置节点；新节点的邻居新节点收到新节点广播的信标消息后，如果邻居新节点的四元组坐标等于新节点的四元组坐标，那么邻居新节点执行赋值操作，q＝q+1，然后邻居新节点将自己的节点ID设置为q，广播信标消息，并将自己标记为已配置节点；新节点的所有邻居新节点重复上述配置过程，直到新节点所有邻居新节点都转换为已配置节点为止；

一个无线网络内具有相同四元组坐标的节点ID均不同。

上述过程可以确保每个已配置节点地址在无线网络中的地址唯一性，因此确保了节点之间通信的正确性。

本发明所述方法中，无线网络初始化结束后，已配置节点在一跳范围内广播信标消息，信标消息负载为可分配新节点ID的长度；

新节点X加入无线网络后，开始侦听邻居已配置节点的信标消息，然后选择从可分配新节点ID长度最大的邻居已配置节点X2获取地址，假设已配置节点X2的新节点ID区间为[L,U]，L和U为正整数且L<U，新节点X从已配置节点X2获取地址的过程为：

步骤101：开始；

步骤102：新节点X向已配置节点X2发送地址请求消息，地址请求消息源地址为新节点X的临时地址；

步骤103：已配置节点X2收到地址请求消息后，选择一段新节点ID空间[L1,U]，L<L1<U且L1为正整数，然后向新节点X1返回地址响应消息，消息负载为地址L1和U，然后将自己的新节点ID空间更新为地址空间[L,L1-1]；

步骤104：新节点X收到地址响应消息后，将地址L1作为自己的新节点ID，然后与已配置节点X2的无线网络ID，四元组坐标和节点ID相结合形成地址，将自己标记为已配置节点，同时将地址空间[L+1,L1]作为自己的新节点ID空间；

步骤105：结束。

通过上述过程，新节点可以通过邻居节点获取具有唯一性的地址，从而进行正确性。

本发明所述方法中，当已配置节点X的新节点ID长度为0时，其新节点ID空间记做[0,0]，并发起地址回收过程：

步骤201：开始；

步骤202：已配置节点X广播地址回收消息；

步骤203：无线网络中与已配置节点X具有相同无线网络ID，四元组坐标和节点ID的节点收到地址回收消息后，向已配置节点X返回地址确认消息，地址确认消息负载为自己的新节点ID范围；

步骤204：在规定时间后，已配置节点X整理所收到的地址确认消息，选择一段最长的连续没有被占用的新节点ID空间作为自己的新节点ID空间；

步骤205：结束；

步骤204中，规定时间设定为α·d·t，其中d为无线网络直径，t为一跳传输延迟，α为调节参数。取值范围一般为大于2的数值。

上述过程实现了地址配置空间的回收，从而确保具有足够的地址空间进行分配，增加了地址配置成功率。

本发明所述方法中，如果下述情况之一发生，则一个已配置节点X判定自己脱离了原来的无线网络：

第一种情况：已配置节点X在规定时间内没有收到任何节点广播的信标消息，其中规定时间设定为α·d·t，其中d为无线网络直径，t为一跳传输延迟，α为调节参数。α一般为大于2的数值。

第二种情况：已配置节点收到的所有信标消息均来自新节点；

第三种情况：已配置节点X收到的所有信标消息的无线网络ID与自己的无线网络ID都不同；

在第一种情况下，已配置节点X保留原来的地址，并转换为新节点；

在第二种情况下，已配置节点X保留原来的地址，并执行下述步骤：

步骤301：开始；

步骤302：已配置节点X产生一个新的无线网络ID，并广播一个地址更新消息，地址更新消息负载为新产生的无线网络ID和自己原来的无线网络ID；

步骤303：无线网络中的新节点收到该地址更新消息后，判断自己原来地址的无线网络ID与已配置节点X原来地址的无线网络ID是否相同，如果是，则进行步骤304，否则进行步骤305；

步骤304：无线网络中的新节点将原来地址的无线网络ID更新为地址更新消息中新产生的无线网络ID，地址其他部分保持不变，并将更新后的地址作为自己的地址并转换为已配置节点，进行步骤306；

步骤305：无线网络中的新节点放弃原来的地址，并根据步骤101到步骤105重新获取地址并转换为已配置节点；

步骤306：结束；

在第三种情况下，已配置节点X检测到自己脱离原来的无线网络后，将自己标记为新节点，然后在新的无线网络执行步骤101到步骤105获取地址。

上述过程中，节点脱离了原来的网络后，会重新获取具有唯一性的地址，然后进行正确的通信。

本发明所述方法中，如果下述情况之一发生，则已配置节点X判定自己的无线网络与其他无线网络发生了合并：

第一种情况：已配置节点X收到了一条信标消息，该信标消息的源地址无线网络ID与自己的无线网络ID相同，同时已配置节点X也收到了一条信标信息，该信标消息的源地址无线网络ID与自己的无线网络ID不同；

第二种情况：已配置节点X的地址与另外一个已配置节点的地址相同；

在第一种情况下，假设已配置节点X位于无线网络MANET1中，已配置节点Y位于无线网络MANET2中，无线网络MANET1中的节点数量小于无线网络MANET2中的节点数量；当已配置节点X收到已配置节点Y的信标消息并检测到自己的无线网络ID与已配置节点Y的无线网络ID不同时，已配置节点X发起下述合并操作：

步骤401：开始；

步骤402：已配置节点X向已配置节点Y发送一条合并消息；

步骤403：已配置节点Y在无线网络内广播合并消息，无线网络MANET2中的已配置节点收到该合并消息后，向已配置节点Y返回一个合并确认消息，无线网络MANET1中的已配置节点收到已配置节点Y的合并消息后，丢弃该合并消息；

步骤404：已配置节点Y查看所有合并确认消息，计算出无线网络MANET2中节点总数量以及无线网络MANET2中的所有已配置节点的四元组坐标的第一个元素到达东坐标节点的跳数的最大值E_max，第二个元素到达南坐标节点的跳数的最大值S_max，第三个元素到达西坐标节点的跳数最大值W_max，第四个元素到达北坐标节点的跳数的最大值N_max,，然后向已配置节点X返回一个合并初始化消息，合并初始化消息负载为无线网络MANET2的节点总数量以及到达东坐标节点的跳数的最大值E_max，到达南坐标节点的跳数的最大值S_max，到达西坐标节点的跳数的最大值W_max和到达北坐标节点的跳数的最大值N_max。；

步骤405：已配置节点X收到合并初始化消息后，由于无线网络MANET2中的节点数量比无线网络MANET1的节点数量多，已配置节点X在无线网络中广播合并地址消息，合并地址消息负载为无线网络MANET2的无线网络ID，以及到达东坐标节点的跳数的最大值E_max，到达南坐标节点的跳数的最大值S_max，到达西坐标节点的跳数的最大值W_max和到达北坐标节点的跳数的最大值N_max；

步骤406：无线网络MANET1中的已配置节点X1收到已配置节点X的合并地址消息后，将自己地址中的无线网络ID更新为无线网络MANET2的无线网络ID，假设已配置节点X1到达东坐标节点的跳数为E_x1，到达南坐标节点的跳数为S_x1，到达西坐标节点的跳数为W_x1，到达北坐标节点的跳数为N_x1，已配置节点X1执行以下赋值操作：E_x1＝E_x1+E_max+1，S_x1＝S_x1+S_max+1，W_x1＝W_x1+W_max+1，N_x1＝N_x1+N_max+1；

步骤407：已配置节点X1判断跳数E_x1，S_x1，W_x1和N_x1的值是否都小于或者等于2^j-1，如果是，进行步骤408，否则进行步骤409；

步骤408：已配置节点X1将自己标记为新节点，并执行步骤101到步骤105重新获取地址，执行步骤410；

步骤409：已配置节点X1将地址中的四元组坐标更新为执行步骤406后的四元组坐标，从而获得了无线网络合并后新的地址；

步骤410：结束；

通过上述过程，两个网络合并之后仍能确保每个节点的唯一性，从而确保了通信的正确性。

在第二种情况下，假设无线网络ID的长度为i比特，有x个无线网络，每个无线网络产生一个无线网络ID，那么这些无线网络的无线网络ID冲突的概率p如公式(1)所示：

p=1-e-x(1-xi)x-i-12---(1)]]>

根据公式(1)，两个无线网络产生相同无线网络ID的概率趋于0；

由于分裂出去的无线网络重新产生无线网络ID，因此即使无线网络分裂后再合并，它们的无线网络ID也不同。如果已配置节点X的地址检测到与另外一个已配置节点的地址相同，那么已配置节点X广播初始化消息，当无线网络内节点收到初始化消息后，将自己转变为新节点，通过无线网络初始化重新进行地址配置。

有益效果：本发明提供了一种下一代无线网络的通信实现方法，在本发明中，当无线网络发生分裂和合并时能够确保网络地址的唯一性和通信正确性。所述下一代无线网络中的每个节点通过本发明所提供的通信实现方法，可拥有具有唯一性的地址，彼此之间实现正确的通信。本发明可应用于交通路况检控及农业工程化等诸多领域，具有广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明所述的下一代无线网络拓扑结构示意图。

图2为本发明所述节点地址结构示意图。

图3为本发明所述新节点从已配置节点获取地址的流程示意图。

图4为本发明所述地址回收流程示意图。

图5为本发明所述网络分裂流程示意图。

图6为本发明所述网络合并流程示意图。

具体实施方式：

本发明提供了一种下一代无线网络的通信实现方法，在本发明中，当无线网络发生分裂和合并时能够确保网络地址的唯一性和通信正确性。所述下一代无线网络中的每个节点通过本发明所提供的通信实现方法，可拥有具有唯一性的地址，彼此之间实现正确的通信。本发明可应用于交通路况检控及农业工程化等诸多领域，具有广泛的应用前景。

图1为本发明所述的下一代无线网络拓扑结构示意图。所述无线网络1包括三类节点：坐标节点2，已配置节点3和新节点4；所述无线网络1中包含四个坐标节点2，分为称为东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点，东坐标节点位于所述无线网络1东边的边界处，南坐标节点位于所述无线网络1南边的边界处，西坐标节点位于所述无线网络1西边的边界处，北坐标节点位于所述无线网络1北边的边界处；已配置节点3为已经配置地址的节点，新节点4为没有配置地址的节点。

图2为本发明所述节点地址结构示意图。无线网络启动后，所有节点均为新节点，并选举出东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点；选举出的东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点分别广播信标消息；无线网络中的新节点根据接收到的坐标节点的信标消息确定自己的四元组坐标，四元组坐标包括到达东坐标节点的跳数，到达南坐标节点的跳数，到达西坐标节点的跳数以及到达北坐标节点的跳数；其中，东坐标节点到达东坐标节点的跳数为0，南坐标节点到达南坐标节点的跳数为0，西坐标节点到达西坐标节点的跳数为0，北坐标节点到达北坐标节点的跳数为0；坐标节点广播的信标消息的负载为自己的四元组坐标，无线网络中的新节点通过判断坐标节点广播的信标消息的负载判断该消息来源于哪个坐标节点，从而计算出相应的坐标值；

每个新节点用硬件ID作为临时地址，例如MAC地址或者初始ID；在一个新节点获取地址之前，由其临时地址唯一标识；

无线网络中的每个新节点定期在一跳范围内广播信标消息，消息源地址为其临时地址；一个节点通过现有技术(例如AoA算法)接收邻居节点的信标消息获取与该邻居节点的相对角度；

新节点X根据下述方法判断自己是否为坐标节点：

1)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(270°,360°]或者(0°,90°]，那么新节点X则将自己标记为西坐标节点；

2)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(180°,360°]，那么新节点X则将自己标记为北坐标节点；

3)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(90°,270°]，那么新节点X则将自己标记为东坐标节点；

4)如果新节点X与其所有邻居节点的相对角度都在区间(0°,180°]，那么新节点X则将自己标记为南坐标节点；

如果上述坐标节点产生过程产生多于4个的坐标节点，那么采用下述算法确定无线网络内最终4个坐标节点：每个节点将自己标记为坐标节点后，在无线网络内广播一个信标消息，当一个西坐标节点收到另外一个西坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终地址最小的西坐标节点成为无线网络中唯一的西坐标节点；当一个东坐标节点收到另外一个东坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终只有地址最小的东坐标节点成为无线网络中唯一的东坐标节点；当一个南坐标节点收到另外一个南坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终只有地址最小的南坐标节点成为无线网络中唯一的南坐标节点；当一个北坐标节点收到另外一个北坐标节点广播的信标消息后，对比自己的临时地址与接收到的信标消息的源地址，如果自己的临时地址更大，则将自己重新标记为新节点，最终只有地址最小的北坐标节点成为无线网络中唯一的北坐标节点；

一个节点的地址由四部分组成，第一部分为i比特的无线网络ID，一个无线网络中所有节点的无线网络ID都相同，它唯一标识一个无线网络；第二部分为四元组坐标，四元组坐标中的每个元素由j比特表示；第三部分为k比特的节点ID，用于区分一个无线网络中具有相同四元组坐标的节点；第四部分为m比特的新节点ID，用于在地址初始化之后分配给新加入的新节点，i、j、k、m为正整数。这些变量可以根据实际应用进行动态调整；

无线网络启动后，进行无线网络初始化；所有节点均为新节点，无线网络首先产生东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点和北坐标节点，其中，西坐标节点的初始四元组坐标为(1,1,0,1)，东坐标节点的初始四元组坐标为(0,1,1,1)，北坐标节点的初始四元组坐标为(1,1,1,0)，南坐标节点的初始四元组坐标为(1,0,1,1)，然后，每个坐标节点在无线网络内广播信标消息，信标消息负载为初始四元组坐标以及跳数；其中，西坐标节点随机产生一个无线网络ID，其广播的信标消息负载还包括该无线网络ID；信标消息负载中的跳数初始值为0，信标消息被转发一次，跳数递增1；

无线网络中的新节点收到坐标节点广播的信标消息后，根据信标消息中的四元组坐标来判断是东坐标节点，南坐标节点，西坐标节点还是北坐标节点，然后选择到达东坐标节点的最小跳数，到达南坐标节点的最小跳数，到达西坐标节点的最小跳数，到达北坐标节点的最小跳数来建立自己的四元组坐标；当新节点收到西坐标节点广播的信标消息后，记录下负载中的无线网络ID，并与建立的四元组坐标构建地址，其中，节点ID和新节点ID为0；

新节点获取地址后，如果地址的节点ID为q，新节点在一跳范围内广播信标消息，信标消息负载为空，信标消息源地址为自己配置的地址，新节点将自己标记为已配置节点；新节点的邻居新节点收到新节点广播的信标消息后，如果邻居新节点的四元组坐标等于新节点的四元组坐标，那么邻居新节点执行赋值操作，q＝q+1，然后邻居新节点将自己的节点ID设置为q，广播信标消息，并将自己标记为已配置节点；新节点的所有邻居新节点重复上述配置过程，直到新节点所有邻居新节点都转换为已配置节点为止；

一个无线网络内具有相同四元组坐标的节点ID均不同。

上述过程可以确保每个已配置节点地址在无线网络中的地址唯一性，因此确保了节点之间通信的正确性。

图3为本发明所述新节点从已配置节点获取地址的流程示意图。无线网络初始化结束后，已配置节点在一跳范围内广播信标消息，信标消息负载为可分配新节点ID的长度；

新节点X加入无线网络后，开始侦听邻居已配置节点的信标消息，然后选择从可分配新节点ID长度最大的邻居已配置节点X2获取地址，假设已配置节点X2的新节点ID区间为[L,U]，L和U为正整数且L<U，新节点X从已配置节点X2获取地址的过程为：

步骤101：开始；

步骤102：新节点X向已配置节点X2发送地址请求消息，地址请求消息源地址为新节点X的临时地址；

步骤103：已配置节点X2收到地址请求消息后，选择一段新节点ID空间[L1,U]，L<L1<U且L1为正整数，然后向新节点X1返回地址响应消息，消息负载为地址L1和U，然后将自己的新节点ID空间更新为地址空间[L,L1-1]；

步骤104：新节点X收到地址响应消息后，将地址L1作为自己的新节点ID，然后与已配置节点X2的无线网络ID，四元组坐标和节点ID相结合形成地址，将自己标记为已配置节点，同时将地址空间[L+1,L1]作为自己的新节点ID空间；

步骤105：结束。

通过上述过程，新节点可以通过邻居节点获取具有唯一性的地址，从而进行正确性。

图4为本发明所述地址回收流程示意图。当已配置节点X的新节点ID长度为0时，其新节点ID空间记做[0,0]，并发起地址回收过程：

步骤201：开始；

步骤202：已配置节点X广播地址回收消息；

步骤203：无线网络中与已配置节点X具有相同无线网络ID，四元组坐标和节点ID的节点收到地址回收消息后，向已配置节点X返回地址确认消息，地址确认消息负载为自己的新节点ID范围；

步骤204：在规定时间后，已配置节点X整理所收到的地址确认消息，选择一段最长的连续没有被占用的新节点ID空间作为自己的新节点ID空间；

步骤205：结束；

步骤204中，规定时间设定为α·d·t，其中d为无线网络直径，t为一跳传输延迟，α为调节参数。取值范围一般为大于2的数值。

上述过程实现了地址配置空间的回收，从而确保具有足够的地址空间进行分配，增加了地址配置成功率。

图5为本发明所述网络分裂流程示意图。如果下述情况之一发生，则一个已配置节点X判定自己脱离了原来的无线网络：

第一种情况：已配置节点X在规定时间内没有收到任何节点广播的信标消息，其中规定时间设定为α·d·t，其中d为无线网络直径，t为一跳传输延迟，α为调节参数。α一般为大于2的数值。

第二种情况：已配置节点收到的所有信标消息均来自新节点；

第三种情况：已配置节点X收到的所有信标消息的无线网络ID与自己的无线网络ID都不同；

在第一种情况下，已配置节点X保留原来的地址，并转换为新节点；

在第二种情况下，已配置节点X保留原来的地址，并执行下述步骤：

步骤301：开始；

步骤302：已配置节点X产生一个新的无线网络ID，并广播一个地址更新消息，地址更新消息负载为新产生的无线网络ID和自己原来的无线网络ID；

步骤303：无线网络中的新节点收到该地址更新消息后，判断自己原来地址的无线网络ID与已配置节点X原来地址的无线网络ID是否相同，如果是，则进行步骤304，否则进行步骤305；

步骤304：无线网络中的新节点将原来地址的无线网络ID更新为地址更新消息中新产生的无线网络ID，地址其他部分保持不变，并将更新后的地址作为自己的地址并转换为已配置节点，进行步骤306；

步骤305：无线网络中的新节点放弃原来的地址，并根据步骤101到步骤105重新获取地址并转换为已配置节点；

步骤306：结束；

在第三种情况下，已配置节点X检测到自己脱离原来的无线网络后，将自己标记为新节点，然后在新的无线网络执行步骤101到步骤105获取地址。

上述过程中，节点脱离了原来的网络后，会重新获取具有唯一性的地址，然后进行正确的通信。

图6为本发明所述网络合并流程示意图。如果下述情况之一发生，则已配置节点X判定自己的无线网络与其他无线网络发生了合并：

第一种情况：已配置节点X收到了一条信标消息，该信标消息的源地址无线网络ID与自己的无线网络ID相同，同时已配置节点X也收到了一条信标信息，该信标消息的源地址无线网络ID与自己的无线网络ID不同；

第二种情况：已配置节点X的地址与另外一个已配置节点的地址相同；

在第一种情况下，假设已配置节点X位于无线网络MANET1中，已配置节点Y位于无线网络MANET2中，无线网络MANET1中的节点数量小于无线网络MANET2中的节点数量；当已配置节点X收到已配置节点Y的信标消息并检测到自己的无线网络ID与已配置节点Y的无线网络ID不同时，已配置节点X发起下述合并操作：

步骤401：开始；

步骤402：已配置节点X向已配置节点Y发送一条合并消息；

步骤403：已配置节点Y在无线网络内广播合并消息，无线网络MANET2中的已配置节点收到该合并消息后，向已配置节点Y返回一个合并确认消息，无线网络MANET1中的已配置节点收到已配置节点Y的合并消息后，丢弃该合并消息；

步骤404：已配置节点Y查看所有合并确认消息，计算出无线网络MANET2中节点总数量以及无线网络MANET2中的所有已配置节点的四元组坐标的第一个元素到达东坐标节点的跳数的最大值E_max，第二个元素到达南坐标节点的跳数的最大值S_max，第三个元素到达西坐标节点的跳数最大值W_max，第四个元素到达北坐标节点的跳数的最大值N_max,，然后向已配置节点X返回一个合并初始化消息，合并初始化消息负载为无线网络MANET2的节点总数量以及到达东坐标节点的跳数的最大值E_max，到达南坐标节点的跳数的最大值S_max，到达西坐标节点的跳数的最大值W_max和到达北坐标节点的跳数的最大值N_max。；

步骤405：已配置节点X收到合并初始化消息后，由于无线网络MANET2中的节点数量比无线网络MANET1的节点数量多，已配置节点X在无线网络中广播合并地址消息，合并地址消息负载为无线网络MANET2的无线网络ID，以及到达东坐标节点的跳数的最大值E_max，到达南坐标节点的跳数的最大值S_max，到达西坐标节点的跳数的最大值W_max和到达北坐标节点的跳数的最大值N_max；

步骤406：无线网络MANET1中的已配置节点X1收到已配置节点X的合并地址消息后，将自己地址中的无线网络ID更新为无线网络MANET2的无线网络ID，假设已配置节点X1到达东坐标节点的跳数为E_x1，到达南坐标节点的跳数为S_x1，到达西坐标节点的跳数为W_x1，到达北坐标节点的跳数为N_x1，已配置节点X1执行以下赋值操作：E_x1＝E_x1+E_max+1，S_x1＝S_x1+S_max+1，W_x1＝W_x1+W_max+1，N_x1＝N_x1+N_max+1；

步骤407：已配置节点X1判断跳数E_x1，S_x1，W_x1和N_x1的值是否都小于或者等于2^j-1，如果是，进行步骤408，否则进行步骤409；

步骤408：已配置节点X1将自己标记为新节点，并执行步骤101到步骤105重新获取地址，执行步骤410；

步骤409：已配置节点X1将地址中的四元组坐标更新为执行步骤406后的四元组坐标，从而获得了无线网络合并后新的地址；

步骤410：结束；

通过上述过程，两个网络合并之后仍能确保每个节点的唯一性，从而确保了通信的正确性。

在第二种情况下，假设无线网络ID的长度为i比特，有x个无线网络，每个无线网络产生一个无线网络ID，那么这些无线网络的无线网络ID冲突的概率p如公式(1)所示：

p=1-e-x(1-xi)x-i-12---(1)]]>

根据公式(1)，两个无线网络产生相同无线网络ID的概率趋于0；

由于分裂出去的无线网络重新产生无线网络ID，因此即使无线网络分裂后再合并，它们的无线网络ID也不同。如果已配置节点X的地址检测到与另外一个已配置节点的地址相同，那么已配置节点X广播初始化消息，当无线网络内节点收到初始化消息后，将自己转变为新节点，通过无线网络初始化重新进行地址配置。

综上所述，本发明提供了一种下一代无线网络的通信实现方法，在本发明中，当无线网络发生分裂和合并时能够确保网络地址的唯一性和通信正确性。所述下一代无线网络中的每个节点通过本发明所提供的通信实现方法，可拥有具有唯一性的地址，彼此之间实现正确的通信。本发明可应用于交通路况检控及农业工程化等诸多领域，具有广泛的应用前景。

实施例1

基于表1的仿真参数，本实施例模拟了本发明中的地址配置实现方法，性能分析如下：当网络面积不变，节点数量增加的情况下，地址配置代价和延迟随之增加，网络分裂代价和延迟随之增加，网络合并代价和延迟也随之增加。地址配置的平均代价为40，平均延迟为50ms，网络分裂平均代价为100，网络分裂平均延迟为300ms，网络合并平均代价为150，网络合并平均延迟为95.

表1仿真参数

本发明提供了一种下一代无线网络的通信实现方法的思路，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

下一代无线网络的通信实现方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。