一种单发多收空口资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种单发多收空口资源分配方法，包括控制信道分配过程和数据信道分配过程，其中：控制信道分配过程：将控制信道在时域上划分成预留时隙和竞争时隙，在某一时刻，如果节点需要使用控制信道，如果发现有本节点可用的预留时隙，则直接使用此预留时隙；如果发现无本节点可用的预留时隙，则与其他节点竞争使用竞争时隙；数据信道分配过程：使用控制信道协商出可以使用的数据信道。本发明专利技术使用多通道方式实现节点数据的并行传输，有效提高了网络容量；采用多信道频分复用技术，有效降低了邻居节点的相互干扰，提高了无线传输效率；采用TDMA混合信道接入方式，有效降低了数据分组的碰撞概率，实现了分组的高效传输。

【技术实现步骤摘要】
一种单发多收空口资源分配方法
本专利技术涉及无线通信领域，特别是涉及一种单发多收空口资源分配方法。
技术介绍
无线自组织网络相比较传统的无线通信网络，具有可快速组网、对基础设施要求低和抗毁灭性强的特征，被广泛应用于军事通信、救援抗灾、智能交通等领域。类似与TCP/IP协议栈的OSI模型，无线自组织网络的底层协议栈也可以分为物理层(PHY)、介质访问控制层(MAC)和网络层(NET)，其中网络层负责节点的路由维护及报文转发，物理层实现空口数据的收发。MAC层负责空口资源的分配，包括信道资源及时隙资源。MAC层的协议会直接影响着网络的时延、吞吐量、信道利用率等性能指标，因此设计高效可靠的MAC协议对网络的整体性能至关重要。目前MAC层协议主要有以下几种分类方式：1)基于系统能同时使用的逻辑信道数量，分为单信道和多信道协议。2)基于通信节点采用的收发通道数量，分为单通道(只有一个收发通道)或多通道协议(拥有多个收发通道)。3)基于调度方式，分为集中式和分布式调度方式。4)基于信道接入方式，分为随即竞争、固定分配和混合方式。现有的无线通信节点大多受限于天线数量、发送能力和成本，采用基于单通道模式，网络容量有限。随着智能天线技术的发展，多发多收的多通道方式对提高网络容量，改善通信质量有巨大的提升。节点对资源的调度上，分布式调度相对于集中式调度，适合节点规模更大，节点间通信更加灵活的场景。在信道接入方式上，竞争机制采用传统的载波监听方式，数据分组容易产生较大的碰撞冲突，节点公平性考虑不足，大量的空闲侦听和重传机制导致节点功耗增加，通信效率降低。基于分配的方式考虑到资源使用的公平性，减少了不必要的侦听和冲突，但是资源分配复杂，并且网络同步维护困难。现有一些基于CSMA的分布式多信道MAC层资源分配协议，如McMAC、MMAC等。这些协议信道分配方式分别采用了并行跳频、分阶段跳频的方式，而信道访问方式均采用CSMA机制。McMAC协议实现方式是：将时间划分成小段和大段，小段用于检测信道空闲，大段负责数据传输，大段的边界进行跳频。所有的节点根据自身的物理地址和本地时钟，使用相同的随机数产生器来计算下一个跳频的频点。如果节点知道周围节点的物理地址和时钟，就可以得出其下一次跳频的频点。当使用频点一致时，可以进行数据的竞争传输。可见，McMAC协议采用并行跳频方式，确定数据信道的频率，但是其需要随时知道周围邻居节点的物理地址和时钟，必须不断的进行广播消息的收发。过多的广播消息要占用较多的空口资源，且网络环境复杂时，节点很难准确获取邻居节点的状态。MMAC协议实现方式是：使用专用控制信道协商确定数据信道的频点。发送源节点先向目标节点发送ATIM数据包，目标节点收到之后根据自身信道使用情况，回应ATIM-ACK消息，最后源端节点发送ATIM-RES给目的节点。MMAC协议有一个PCL(PreferableChannelList，最优信道列表)，每一个节点的PCL都记录了邻居范围内信道的使用情况，并且把信道分为三个状态：高优先级、中优先级和低优先级。在协商的过程中所有的邻居节点都可以接收到协商消息，并根据这些消息更新本地的PCL。之后源端节点和目的节点根据自身的PCL使用业务负载小的数据信道进行数据的竞争发送。可见，MMAC协议采用专用控制信道进行协商，协商更新PCL，通过选择业务量小的信道，来平衡信道负载，减小竞争和退避所带来的带宽资源浪费。但是不可避免的是，它在数据传输中仍然使用CSMA的接入方式，数据信息存在冲突和碰撞，导致网络吞吐量降低。现有技术中还有基于TDMA的MAC层资源分配协议，如TMMAC协议。TMMAC协议与MMAC协议类似，同样采用分阶段跳频的方式，它为了解决数据信道上信息竞争碰撞的问题，采用TDMA的信道访问方式。将数据信道上的时间划分成一个个的时隙。节点间数据通信之前，需要协商好发送使用的频点和时隙，以此来规避业务数据信息的碰撞。TMMAC协议将一个节点的可用信道和可用时隙设置为一个比特矢量，此时PCL中维护的不再是可用信道，而是比特矢量。节点间通过在控制信道上交互比特矢量信息确定最优的通信具体频点和时隙。可见，TMMAC协议对数据信道使用TDMA方式进行划分，在业务数据传输中实现无冲突传输。但是如果网络环境复杂，节点数目较多时，很容易导致控制信息的冲突，如果控制信道受到干扰，将会影响到整个网络性能。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的单发多收空口资源分配方法。技术方案：本专利技术所述的单发多收空口资源分配方法，包括控制信道分配过程和数据信道分配过程，其中：控制信道分配过程：将控制信道在时域上划分成预留时隙和竞争时隙，在某一时刻，如果节点需要使用控制信道，如果发现有本节点可用的预留时隙，则直接使用此预留时隙；如果发现无本节点可用的预留时隙，则与其他节点竞争使用竞争时隙；数据信道分配过程：使用控制信道协商出可以使用的数据信道。进一步，所述控制信道分配过程中，本节点与其他节点竞争使用竞争时隙的方法为：本节点按照争用概率争用可用的竞争时隙：如果争用成功，则使用此竞争时隙；否则，则更新争用概率，并选择下一个可用的竞争时隙进行争用。进一步，所述争用概率通过业务优先级、系统支持的节点数以及本节点的邻居节点数确定。进一步，如果争用不成功，则将争用概率降低一半，并选择下一个可用的竞争时隙进行争用。进一步，所述控制信道分配过程中，本节点与其他节点竞争使用竞争时隙的方法包括以下步骤：S1.1：本节点选择一个倒计时窗，在倒计时窗中随机选择一个值作为倒计时数，倒计时数为倒计时过程中本节点可跳过时隙的最大数量；S2.1：本节点根据倒计时数逐一跳过竞争时隙，如果跳过过程中发现本节点可用的预留时隙，则停止倒计时，直接使用此预留时隙；如果本节点根据倒计时数跳过所有可跳过时隙后仍未发现可用的预留时隙，则使用当前可用的竞争时隙进行协商，如果协商失败，则调整倒计时窗的大小，然后重新协商，直到协商成功为止。进一步，所述步骤S2.1中，调整倒计时窗的大小为将倒计时窗扩大一倍。进一步，所述预留时隙通过将可用的固定时隙分配给相应节点得到，可用的固定时隙通过式(1)分配给相应节点：F(x,y)＝(x+y)％K(1)式(1)中，F(x,y)为固定时隙分配给的节点的编号，x为固定时隙编号，y为固定时隙映射周期或者0，固定时隙映射周期为x整除以K得到的值，K为节点总数。进一步，所述数据信道分配过程包括以下步骤：S1.2：发送节点通过控制信道分配过程选择控制信道及相应时隙后，将发送节点的发送通道切换到所选的控制信道上，并在相应的时隙上发送RTS信息；所述RTS信息至少携带发送节点标识、接收节点标识、请求发送的数据长度和选择的数据信道信息；S2.2：接收节点如果接收到RTS信息，则将接收节点的发送通道切换到发送节点所选的控制信道上，然后向发送节点发送CTS信息；所述CTS信息至少携带发送节点标识、接收节点标识、允许发送的数据长度和确认后的数据信道信息；S3.2：接收节点将它的发送通道和一个接收通道切换到选定的数据信道上；S4.2：发送节点接收到CTS信息后，将它的发送通道和一个接收通道切换到选定的数据信道上进行数据传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单发多收空口资源分配方法，其特征在于：包括控制信道分配过程和数据信道分配过程，其中：控制信道分配过程：将控制信道在时域上划分成预留时隙和竞争时隙，在某一时刻，如果节点需要使用控制信道，如果发现有本节点可用的预留时隙，则直接使用此预留时隙；如果发现无本节点可用的预留时隙，则与其他节点竞争使用竞争时隙；数据信道分配过程：使用控制信道协商出可以使用的数据信道。

【技术特征摘要】
1.一种单发多收空口资源分配方法，其特征在于：包括控制信道分配过程和数据信道分配过程，其中：控制信道分配过程：将控制信道在时域上划分成预留时隙和竞争时隙，在某一时刻，如果节点需要使用控制信道，如果发现有本节点可用的预留时隙，则直接使用此预留时隙；如果发现无本节点可用的预留时隙，则与其他节点竞争使用竞争时隙；数据信道分配过程：使用控制信道协商出可以使用的数据信道。2.根据权利要求1所述的单发多收空口资源分配方法，其特征在于：所述控制信道分配过程中，本节点与其他节点竞争使用竞争时隙的方法为：本节点按照争用概率争用可用的竞争时隙：如果争用成功，则使用此竞争时隙；否则，则更新争用概率，并选择下一个可用的竞争时隙进行争用。3.根据权利要求2所述的单发多收空口资源分配方法，其特征在于：所述争用概率通过业务优先级、系统支持的节点数以及本节点的邻居节点数确定。4.根据权利要求2所述的单发多收空口资源分配方法，其特征在于：如果争用不成功，则将争用概率降低一半，并选择下一个可用的竞争时隙进行争用。5.根据权利要求1所述的单发多收空口资源分配方法，其特征在于：所述控制信道分配过程中，本节点与其他节点竞争使用竞争时隙的方法包括以下步骤：S1.1：本节点选择一个倒计时窗，在倒计时窗中随机选择一个值作为倒计时数，倒计时数为倒计时过程中本节点可跳过时隙的最大数量；S2.1：本节点根据倒计时数逐一跳过竞争时隙，如果跳过过程中发现本节点可用的预留时隙，则停止倒计时，直接使用此预留时隙；如果本节点根据倒计时数跳过所有可跳过时隙后仍未发现可用的预留时隙，则使用当前可用的竞争时隙进行协商，如果协商失败，则调整倒计时窗的大小，然后重新协商，直到协商成功为止。6.根据权利要求5所述的单发多收空口资源分配方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕欣岩，慕福奇，朱全继，
申请(专利权)人：江苏中科羿链通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32