基于TDMA的长传播时延无线链路时隙分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于TDMA的长传播时延无线链路时隙分配方法，主要解决现有长传播时延无线自组织网络吞吐率低和信道利用率低的问题。其实现方案为：1、对节点进行初始化；2、判断节点是否接收到同步帧，若收到，节点进行入网同步，否则，节点以本地时钟作为基准建立网络；3、完成同步后，节点自动生成超帧结构，将本地时间划分为若干个不同功能时隙；4、节点判断当前时隙是否为业务时隙，若是，则进行数据收发，否则，进行网络信息更新。本发明专利技术采用TDMA作为信道接入方式，使节点可无冲突地接入信道，并通过对发机制和数据帧队列调度机制，提高了网络吞吐率和信道利用率，减小了数据帧的排队时延，可用于时分多址自组织网络。

【技术实现步骤摘要】
基于TDMA的长传播时延无线链路时隙分配方法
本专利技术涉及通信
，更进一步涉及一种时隙分配方法,可用于时分多址TDMA自组织网络。
技术介绍
传统的时隙分配方法是将一个帧中的若干个时隙分配给网络中的某一个节点，该节点在这些时隙内发送数据，在其余时隙内接收数据。在长传播时延无线链路条件下，例如卫星自组织网络的星间链路，TDMA协议需要将一个时隙的保护间隔设置的足够长，以保证某一节点在某一时隙发送数据不会影响到下一时隙某一节点发送数据，并且由于保护间隔时长增加使得时隙时长增加。当无线链路的传播时延大于传输时延时，保护间隔时长将达到时隙时长的一半以上，这种情况下，网络吞吐率和信道利用率均较低，且数据帧的排队时延大，因而现有TDMA协议并不能满足业务量需求较高的自组织网络，同时由于时隙时长较长导致协议实时性较差。目前，在卫星自组织网络中，星间所采用的MAC协议大多是基于IEEE802.11的CSMA/CA机制，这种机制下，同样存在着网络吞吐率和信道利用率较低的问题，并且接入信道的时间普遍较长，数据帧的排队时延大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种基于TDMA的长传播时延无线链路时隙分配方法，以在传播时延大于传输时延的无线链路条件下，提升网络吞吐率和信道利用率，减小数据帧的排队时延。本专利技术的技术方案是对现有卫星自组织网络的信道接入方式进行改进，采用无竞争的TDMA方式接入信道；针对星间链路传播时延经常会大于传输时延这一特征，引入了对发机制，即在A节点向B节点发送数据的同时，B节点向A节点也发送数据，并将TDMA协议的每个时隙分配给网络中的一对节点，提升网络吞吐率和信道利用率；并通过加入基于系统帧结构的数据帧队列调度机制，减小数据帧的排队时延，其实现步骤包括如下：(1)节点进行初始化：(1a)将节点状态置为非同步；(1b)将建网失败次数置为0；(2)在m个超帧周期内，判断节点是否接收到同步帧，若是，则执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)，(3)节点进行入网同步：(3a)启动超帧定时器，完成入网同步的粗同步；(3b)发送入网请求帧请求入网，等待同步帧源节点的入网响应帧；(3c)判断是否收到入网响应帧，若是，则执行步骤(3d)，否则，执行步骤(3f)；(3d)用开始接收入网响应帧的第一个bit的时间减去发送完入网请求帧最后一个bit的时间，得到与同步帧中的源节点地址的链路传播时延，用原超帧起始时刻减去链路传播时延，得到新的超帧起始时刻，完成精同步，并将节点状态置为同步；(3e)根据同步帧中的网络节点数，邻居信息自动生成超帧结构，执行步骤(5)；(3f)随机等待s个超帧周期，返回步骤(2)，其中(4)节点以本地时钟作为基准时钟建立网络：(4a)在s个超帧周期内，判断节点是否收到同步帧，若是，则返回步骤(3)，否则，执行步骤(4b)，其中(4b)启动超帧定时器，同步时隙开始，并在同步时隙的同步子时隙内发送同步帧；(4c)判断在同步时隙的入网请求子时隙是否收到入网请求帧，若是，则执行步骤(4d)，否则，执行步骤(4f)；(4d)在同步时隙的入网响应子时隙发送入网响应帧；(4e)根据入网请求帧的源节点地址自动生成超帧结构，同步时隙结束，执行步骤(5)；(4f)建网失败次数加1；(4g)判断建网失败次数是否大于等于网络中的最大节点数，若是，则执行步骤(4a)，否则，返回步骤(2)；(5)节点进行数据的接收或发送：(5a)业务时隙开始，判断本节点的地址是否属于该业务时隙的节点组，若是，则执行步骤(5b)，否则，执行步骤(5g)；(5b)判断与节点组中本节点外的另一个节点的链路传播时延是否大于物理层传输时延与天线收发转换时间的时间之和，若是，则执行步骤(5c)，否则，执行步骤(5e)；(5c)采用对发机制，从数据帧队列中调度出目的节点为节点组中本节点外的另一个节点的数据帧，并在业务时隙的发送子时隙发送；(5d)在业务时隙的接收子时隙接收节点组中本节点外的另一个节点的数据帧，执行步骤(5h)；(5e)根据复帧号的奇偶性和时隙号的奇偶性，判断本节点是否为该业务时隙的主发送节点，若是，则执行步骤(5f)，否则，执行步骤(5g)；(5f)从数据帧队列中调度出队头的第一帧数据，并在业务时隙的发送子时隙发送，执行步骤(5h)；(5g)在业务时隙接收信道上的数据帧；(5h)当前业务时隙结束，判断下一时隙是否为业务时隙，若是，则执行步骤(5a)，否则，执行步骤(6)；(6)同步时隙开始，判断当前同步时隙是否为本节点同步时隙，若是，则执行步骤(7)，否则，执行步骤(8)；(7)节点广播所在网络的信息：(7a)节点根据所在网络的信息，构造出同步帧；(7b)在同步时隙的同步子时隙内发送同步帧；(7c)判断在同步时隙的入网请求子时隙是否收到入网请求帧，若是，则执行步骤(7d)，否则，节点等待至同步时隙结束，返回步骤(5)；(7d)在同步时隙的入网响应子时隙发送入网响应帧；(7e)根据入网请求帧的源节点地址自动生成新的超帧结构，同步时隙结束，返回步骤(5)；(8)节点更新所在网络的信息：(8a)节点在同步时隙的同步子时隙接收其他节点的同步帧；(8b)用收到同步帧第一个bit时间减去原超帧起始时刻，得到与同步帧源节点的新的链路传播时延；(8c)根据同步帧中的网络节点数和邻居信息自动生成新的超帧结构；(8d)判断在当前同步时隙的入网响应子时隙是否收到入网响应帧，若是，则执行步骤(8e)，否则，节点等待至当前同步时隙结束，返回步骤(5)；(8e)根据入网响应帧中的目的节点地址自动生成新的超帧结构，同步时隙结束，返回步骤(5)。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术采用TDMA技术接入信道，克服了现有技术中节点通过基于CSMA/CA的竞争方式接入信道导致的冲突碰撞问题，使得本专利技术中的所有节点都能在其被分配的时隙中无冲突的发送和接收数据，提高了接入信道的速度和效率。第二，由于本专利技术引入了对发机制，并按照新的策略将TDMA协议的每个时隙分配给网络中的节点，克服了现有技术中在传播时延高于传输时延的无线链路条件下，CSMA/CA机制和传统的TDMA机制网络吞吐率，信道利用率较低的问题，使得在链路传播时延大于传输时延的条件下，网络中的任意一对节点都能在其被分配的时隙中同时向对方发送数据以及接受对方的数据，提高了网络吞吐率与信道利用率。第三，由于本专利技术引入了基于系统帧结构的数据帧队列调度机制，克服了现有技术中节点在一个复帧只有一帧数据出队发送，导致的队列中的数据帧排队时延较大的问题，使得本专利技术中的任意一个节点在一个复帧有多帧数据出队发送，减小了数据帧的排队时延。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是本专利技术中的三种类型控制帧结构示意图；图3是本专利技术中的同步时隙和业务时隙结构示意图；图4是本专利技术中自动生成的超帧结构示意图；图5是本专利技术中的对发机制示意图；具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步的详细描述。本专利技术的使用场景为长传播时延的无线自组织网络，例如卫星自组织网络，假设在太空中有4颗卫星，这4颗卫星即为卫星自组织网络中的节点，每一个网络节点按照本专利技术提出的时隙分配方法，将本地时间划分为若干个超帧，将每一个超帧划分为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于TDMA的长传播时延无线链路时隙分配方法，包括如下步骤：(1)节点进行初始化：(1a)将节点状态置为非同步；(1b)将建网失败次数置为0；(2)在m个超帧周期内，判断节点是否接收到同步帧，若是，则执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)，

【技术特征摘要】
1.一种基于TDMA的长传播时延无线链路时隙分配方法，包括如下步骤：(1)节点进行初始化：(1a)将节点状态置为非同步；(1b)将建网失败次数置为0；(2)在m个超帧周期内，判断节点是否接收到同步帧，若是，则执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)，(3)节点进行入网同步：(3a)启动超帧定时器，完成入网同步的粗同步；(3b)发送入网请求帧请求入网，等待同步帧源节点的入网响应帧；(3c)判断是否收到入网响应帧，若是，则执行步骤(3d)，否则，执行步骤(3f)；(3d)用开始接收入网响应帧的第一个bit的时间减去发送完入网请求帧最后一个bit的时间，得到与同步帧中的源节点地址的链路传播时延，用原超帧起始时刻减去链路传播时延，得到新的超帧起始时刻，完成精同步，并将节点状态置为同步；(3e)根据同步帧中的网络节点数，邻居信息自动生成超帧结构，执行步骤(5)；(3f)随机等待s个超帧周期，返回步骤(2)，其中(4)节点以本地时钟作为基准时钟建立网络：(4a)在s个超帧周期内，判断节点是否收到同步帧，若是，则返回步骤(3)，否则，执行步骤(4b)，其中(4b)启动超帧定时器，同步时隙开始，并在同步时隙的同步子时隙内发送同步帧；(4c)判断在同步时隙的入网请求子时隙是否收到入网请求帧，若是，则执行步骤(4d)，否则，执行步骤(4f)；(4d)在同步时隙的入网响应子时隙发送入网响应帧；(4e)根据入网请求帧的源节点地址自动生成超帧结构，同步时隙结束，执行步骤(5)；(4f)建网失败次数加1；(4g)判断建网失败次数是否大于等于网络中的最大节点数，若是，则执行步骤(4a)，否则，返回步骤(2)；(5)节点进行数据的接收或发送：(5a)业务时隙开始，判断本节点的地址是否属于该业务时隙的节点组，若是，则执行步骤(5b)，否则，执行步骤(5g)；(5b)判断与节点组中本节点外的另一个节点的链路传播时延是否大于物理层传输时延与天线收发转换时间的时间之和，若是，则执行步骤(5c)，否则，执行步骤(5e)；(5c)采用对发机制，从数据帧队列中调度出目的节点为节点组中本节点外的另一个节点的数据帧，并在业务时隙的发送子时隙发送；(5d)在业务时隙的接收子时隙接收节点组中本节点外的另一个节点的数据帧，执行步骤(5h)；(5e)根据复帧号的奇偶性和时隙号的奇偶性，判断本节点是否为该业务时隙的主发送节点，若是，则执行步骤(5f)，否则，执行步骤(5g)；(5f)从数据帧队列中调度出队头的第一帧数据，并在业务时隙的发送子时隙发送，执行步骤(5h)；(5g)在业务时隙接收信道上的数据帧；(5h)当前业务时隙结束，判断下一时隙是否为业务时隙，若是，则执行步骤(5a)，否则，执行步骤(6)；(6)同步时隙开始，判断当前同步时隙是否为本节点同步时隙，若是，则执行步骤(7)，否则，执行步骤(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：史琰，周友和，盛敏，李建东，孙红光，张忠男，刘俊宇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61