RU2683275C1

RU2683275C1 - Neighboring nodes in the mobile wireless dynamic radio communication network detection method

Info

Publication number: RU2683275C1
Application number: RU2018112821A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Николаевич Верещагин
Original assignee: Акционерное общество "Воронежский научно-исследовательский институт "Вега" (АО "ВНИИ "Вега")
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2019-03-27

Abstract

FIELD: radio equipment and communication.SUBSTANCE: invention relates to the radio communication equipment and can be used in the mobile wireless dynamic (self-organizing) networks establishing between mobile objects, which change coordinates over time according to the chaotic (random) law. Method comprises the “request” message transmission and the “receipt” message reception, wherein the transmitting devices and receiving devices of all nodes are connected to the directional antennas. Rotating radiation patterns of the latter until the said messages steady exchange between the neighboring nodes transmitting and receiving devices. Transmitting device directional antenna main radiation direction RR and the receiving device directional antenna main radiation direction RR at each of the network node are combined, and rotating the RR with the constant speed, which does not coincide with the RR rotation speed in the other network nodes.EFFECT: enabling establishing communication with the neighboring nodes at the greater range.1 cl

Description

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано при организации мобильных беспроводных динамических (самоорганизующихся) сетей между подвижными объектами, которые меняют координаты с течением времени по хаотическому (случайному) закону.The invention relates to radio communications and can be used in the organization of mobile wireless dynamic (self-organizing) networks between moving objects that change coordinates over time according to a chaotic (random) law.

Одной из важных задач при организации мобильной беспроводной динамической (самоорганизующейся) сети радиосвязи между подвижными объектами, которые меняют свои координаты с течением времени по хаотическому (случайному) закону, является поиск соседних узлов для установления соединения.One of the important tasks in organizing a mobile wireless dynamic (self-organizing) radio communication network between mobile objects that change their coordinates over time according to a chaotic (random) law is to search for neighboring nodes to establish a connection.

Известен способ, обеспечивающий поиск соседних узлов в самоорганизующихся сетях радиосвязи (см., например, Фокин Г.А. Особенности функционирования территориально распределенных самоорганизующихся сетей радиосвязи с адаптивными антенными системами, Телекоммуникации и транспорт, №1, 2009, с. 20-22). Однако известный способ не обеспечивает достаточную дальность связи из-за использования антенн с ДН, близкой к круговой.There is a method that provides the search for neighboring nodes in self-organizing radio communication networks (see, for example, Fokin G.A. Features of the functioning of geographically distributed self-organizing radio communication networks with adaptive antenna systems, Telecommunications and Transport, No. 1, 2009, p. 20-22). However, the known method does not provide a sufficient communication range due to the use of antennas with a beam close to circular.

Известен способ, в котором используются антенны с направленной ДН, что позволяет увеличить дальность связи (см., например, И.Л. Евдокимов. Применение технологии МГМО в самоорганизующихся сетях связи. Материалы Международной научно-технической конференции, 14-17 ноября 2011 г. INTERMATIC - 2011). Но в этом способе возможна «глухота» абонентского устройства при посылке сигнала от устройства, не входящего в сектор направления антенны на момент посылки сообщения, что серьезно усложняет поиск соседнего узла или делает его невозможным.There is a known method in which antennas with directional DNs are used, which allows increasing the communication range (see, for example, IL Evdokimov. Application of MGMO technology in self-organizing communication networks. Materials of the International Scientific and Technical Conference, November 14-17, 2011 INTERMATIC - 2011). But in this method, the “deafness” of the subscriber device is possible when sending a signal from a device that is not included in the antenna direction sector at the time of sending the message, which seriously complicates the search for a neighboring node or makes it impossible.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, при котором во время поиска от приемных устройств всех узлов отключаются направленные антенны, а подключаются антенны с ДН, близкой к круговой. Передающие же устройства остаются подключенными к направленным антеннам. Лучи ДН антенн передающих устройств всех узлов совершают один полный оборот с определенной скоростью. За время одного оборота узел, который производит поиск, находит все соседние узлы. Передающие устройства узлов, производящих поиск, во время поиска постоянно с достаточно высокой частотой посылают сообщения-запросы, содержащие необходимые сведения: координаты узла, направление рассылки, номер узла. Когда соседний узел получает такое сообщение, в ответ направляется сообщение-квитанция, также содержащее необходимую информацию. Когда направление сканирующего луча совпадает с направлением на соседний узел, происходит обмен сообщениями (служебной информацией управления). [Фокин Г.А. Особенности функционирования территориально распределенных самоорганизующихся сетей радиосвязи с адаптивными антенными системами, Телекоммуникации и транспорт, №1, 2009, с. 20-22].Closest to the proposed technical solution is a method in which during a search from receiving devices of all nodes, directional antennas are disconnected, and antennas with a beam close to circular are connected. Transmitting devices remain connected to directional antennas. The rays of the antenna paths of the transmitting devices of all nodes make one complete revolution with a certain speed. During one revolution, the node that performs the search finds all neighboring nodes. The transmitting devices of the nodes performing the search, during the search, constantly with a fairly high frequency send inquiry messages containing the necessary information: node coordinates, distribution direction, node number. When the neighboring node receives such a message, a receipt message is sent in response, which also contains the necessary information. When the direction of the scanning beam coincides with the direction to the neighboring node, an exchange of messages (control overhead information) occurs. [Fokin G.A. Features of the functioning of geographically distributed self-organizing radio communication networks with adaptive antenna systems, Telecommunications and Transport, No. 1, 2009, p. 20-22].

Однако и в данном способе из-за использования антенн с ДН, близкой к круговой, возможность соединения (связи) с соседними узлами уменьшается с увеличением расстояния между подвижными узлами, что приводит к невозможности обнаружения других (соседних) узлов и невозможности передачи полезной информации.However, in this method, due to the use of antennas with a near-circular pattern, the ability to connect (communicate) with neighboring nodes decreases with increasing distance between the moving nodes, which leads to the inability to detect other (neighboring) nodes and the inability to transmit useful information.

Задача изобретения - создание самоорганизующейся сети радиосвязи между подвижными объектами, в которой обеспечивается связь на большем расстояния между соседними по местоположению узлами.The objective of the invention is the creation of a self-organizing radio communication network between mobile objects, which provides communication at a greater distance between neighboring nodes in the location.

Технический результат - обеспечение вхождения в связь с соседними узлами на большей дальности.The technical result is the provision of entry into communication with neighboring nodes at a greater range.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения соседних узлов в мобильной беспроводной динамической сети радиосвязи, включающем передачу сообщения «запрос» и прием сообщения «квитанция», причем передающие устройства всех узлов подключают к направленным антеннам, диаграммы направленности (ДН) которых вращают до устойчивого обмена упомянутыми сообщениями между передающим и приемным устройствами соседних узлов, и приемные устройства узлов подключают к направленным антеннам, при этом направление главного излучения ДН направленной антенны передающего устройства и направление главного излучения ДН направленной антенны приемного устройства в каждом узле сети совмещают и вращают ДН с постоянной скоростью, которая не совпадает по величине со скоростью вращения ДН в других узлах сети.The technical result is achieved by the fact that in a method for detecting neighboring nodes in a mobile wireless dynamic radio communication network, including transmitting a “request” message and receiving a “receipt” message, the transmitting devices of all nodes are connected to directional antennas whose radiation patterns are rotated to stable exchanging the above messages between the transmitting and receiving devices of neighboring nodes, and the receiving devices of the nodes are connected to directional antennas, while the direction of the main radiation D directional antenna transmission apparatus and the direction of the main radiation Nam directional antenna receiving device in each network node and combine Nam rotated at a constant speed, which does not coincide with the largest speed Nam rotation in other network nodes.

Способ обнаружения соседних по местоположению узлов, меняющих координаты с течением времени по хаотическому (случайному) закону, может быть осуществлен в системе, в которой каждый узел имеет одну приемопередающую направленную антенну с частотным разделением и один приемопередатчик. Функция каждого узла - принять информацию и передать узлу, которому она предназначена.A method for detecting neighboring neighboring nodes that change coordinates over time according to a chaotic (random) law can be implemented in a system in which each node has one transceiver antenna with frequency division and one transceiver. The function of each node is to receive information and transmit to the node to which it is intended.

На время поиска направление главного излучения ДН приемных и передающих антенн каждого узла сети совмещают и вращают ДН до устойчивого обмена сообщениями между передающим и приемным устройствами соседних узлов. Вращают ДН в одном направлении с постоянными, но разными для каждого узла скоростями,At the time of the search, the direction of the main radiation of the receiving antenna of the receiving and transmitting antennas of each network node is combined and rotating the antenna until a stable exchange of messages between the transmitting and receiving devices of neighboring nodes. Rotate the beam in the same direction with constant but different speeds for each node,

где n - количество узлов в сети. Значения скоростей могут выбираться из условия:

where n is the number of nodes in the network. Speed values can be selected from the condition:

где

Where

ω_i+1 - скорость (круговая частота) вращения (i+1)-го узла, рад/с (i ∈ Z); ω_i - скорость вращения i-го узла, рад/с; Z - множество целых чисел, соответствующих номерам узлов в мобильной беспроводной динамической сети радиосвязи;Δα_i - ширина луча основного лепестка диаграммы направленности антенны передающего/приемного устройства i-го узла, рад; Δα_i+1 - ширина луча основного лепестка диаграммы направленности антенны приемного/передающего устройства (i+1)-го узла, рад; β - угол запаса, рад,

- максимальное время передачи сообщения-запроса, с; t_ответ - максимальное время передачи сообщения-ответа, с.ω _{i + 1} - speed (circular frequency) of rotation of the (i + 1) th node, rad / s (i ∈ Z); ω _i is the rotation speed of the i-th node, rad / s; Z is the set of integers corresponding to the node numbers in the mobile wireless dynamic radio network; Δα _i is the beam width of the main lobe of the antenna pattern of the transmitting / receiving device of the ith node, rad; Δα _{i + 1} - beam width of the main lobe of the antenna pattern of the receiving / transmitting device of the (i + 1) -th node, glad; β - reserve angle, rad

- the maximum transmission time of the request message, s; t _response - the maximum transmission time of the response message, s.

На время поиска возможный существующий канал между узлами разрывается, и приемопередатчик используют для поиска.During the search, a possible existing channel between nodes is broken, and the transceiver is used for search.

Для обнаружения соседних узлов для каждого искомого узла необходимы два параметра: момент времени и направление на этот узел.To detect neighboring nodes, for each required node, two parameters are required: the time instant and the direction to this node.

Современные алгоритмы, элементная база и материалы позволяют осуществить вращение луча ДН со скоростью до ω_max=2π×10⁸ рад/с, т.е. один полный оборот луч ДН антенны совершает за 10 нс.Modern algorithms, elemental base and materials allow rotation of the beam of the beam with a speed of up to ω _max = 2π × 10 ⁸ rad / s, i.e. The beam of the antenna beam makes one full revolution in 10 ns.

Пример осуществления способа в мобильной беспроводной динамической сети с пятью узлами, которые осуществляют вращение луча ДН соответственно со скоростями:An example implementation of the method in a mobile wireless dynamic network with five nodes that rotate the beam of the beam, respectively, with speeds:

ω₁=2π×10³ рад/с, ω₂=2π×10⁴ рад/с, ω₃=2π×10⁵ рад/с, ω₄=2π×10⁶ рад/с, ω₅=2π×10⁷ рад/с и шириной луча Δα=π/4 основного лепестка ДН антенн передающего/приемного устройств узлов.ω ₁ = 2π × 10 ³ rad / s, ω ₂ = 2π × 10 ⁴ rad / s, ω ₃ = 2π × 10 ⁵ rad / s, ω ₄ = 2π × 10 ⁶ rad / s, ω ₅ = 2π × 10 ⁷ rad / s and a beam width Δα = π / 4 of the main lobe of the antenna paths of the transmitting / receiving devices of the nodes.

Луч ДН антенны узла 1 направлен на узел 2 в течение времени, равном Δα/ω₁=0.125×10^-3 с. Луч ДН антенны узла 2 совершает полный оборот за время 10^-4 с < 0.125×10^-3=1.25×10^-4. Если время обмена сообщениями не будет превышать 0.25×10^-4, тоза время, при котором луч ДН антенны узла 1 будет направлена на узел 2, луч ДН антенны 2 успеет совершить более одного полного оборота, поэтому обмен информацией гарантированно произойдет, и факт обнаружения состоится. Рассчитанное время обмена сообщениями справедливо и для других соседних по порядковому номеру узлов (2-3, 3-4, 4-5). Чем больше разница скоростей вращения (для узлов 1-3, 2-4, 1-4, 1-5 и др.), тем большее количество оборотов будет совершать луч ДН узла с большей скоростью вращения, что гарантированно обеспечивает обнаружение соседнего узла.The beam of the antenna beam of node 1 is directed to node 2 for a time equal to Δα / ω ₁ = 0.125 × 10 ⁻³ s. The beam of the antenna of node 2 makes a complete revolution in a time of 10 ⁻⁴ s <0.125 × 10 ⁻³ = 1.25 × 10 ⁻⁴ . If the message exchange time does not exceed 0.25 × 10 ^-4 , then the time at which the beam of the antenna of the antenna of node 1 will be directed to node 2, the beam of the antenna of antenna 2 will have time to complete more than one full revolution, so the exchange of information is guaranteed to occur, and the fact of detection will take place . The calculated messaging time is also valid for other nodes neighboring in the serial number (2-3, 3-4, 4-5). The greater the difference in rotation speeds (for nodes 1-3, 2-4, 1-4, 1-5, etc.), the greater the number of revolutions will be made by the beam of the DN of the node with a higher rotation speed, which is guaranteed to ensure the detection of the neighboring node.

Использование направленных приемных антенн позволяет увеличить коэффициент усиления на единичный угол по сравнению с антенной с круговой ДН в 2π/Δα_i; раз, что позволяет увеличить дальность связи между узлами даже без увеличения мощности сигнала.Using directional receiving antennas allows you to increase the gain by a unit angle compared to an antenna with a circular beam at 2π / Δα _i ; times, which allows to increase the communication range between nodes even without increasing the signal power.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает поиск и вхождение в связь с соседними узлами на большем расстоянии, чем в известном устройстве.Thus, the proposed technical solution provides a search and entry into communication with neighboring nodes at a greater distance than in the known device.

Claims

A method for detecting neighboring nodes in a mobile wireless dynamic radio communication network, comprising transmitting a “request” message and receiving a “receipt” message, the transmitting devices of all nodes being connected to directional antennas whose radiation patterns are rotated until a stable exchange of said messages between the transmitting and receiving devices of neighboring nodes, characterized in that the receiving devices of the nodes are connected to the directional antennas, while the direction of the main radiation of the directional antenna the driving device and the direction of the main radiation of the radiation pattern of the directional antenna of the receiving device in each node of the network combine and rotate the radiation pattern at a constant speed, which does not coincide in magnitude with the speed of rotation of the radiation beam in other nodes of the network.