基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法组成比例

本发明专利技术属于通信领域的自组网技术领域，公开了一种基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法，包括：A1、构建以主节点为中心的TDMA星型网络；A2、主节点构建三级帧结构，并向子节点发送广播信息；A3、子节点接收广播信息后，子节点进入静默接收状态，直到子节点有业务等待发送；A4、子节点向主节点发送时隙请求帧；A5、主节点接收子节点发送的时隙请求帧，利用在线时隙分配机制，为子节点的新请求分配时隙；A6、主节点在下一个超帧中广播时隙分配方案；A7、子节点接收并解析时隙分配方案。本发明专利技术方法具有全网资源利用率高、在线运算复杂度低的特点，特别适用于对QoS要求高的宽带自组网应用。

【技术实现步骤摘要】
基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法
本专利技术属于移动通信的宽带自组网
，具体涉及一种基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法。
技术介绍
充足的时隙资源是保证时分复用网络各类业务有效传输的基本要求。随着视频、图像等多媒体业务在所有无线业务中比重日渐提升，多个终端竞争共享有限的资源成为常态。缺乏有效的资源调度手段，网络将逐步走向拥堵，在有限资源下确保服务质量(QoS)成为宽带网络中的一大挑战。当前3G、4G等移动通信网络中的资源调度方法得到了充分的验证，可以在较短时间内完成大量时隙、信道等资源的调度工作。然而基于基站的模式存在其难以克服的瓶颈，对基站的处理能力要求较高，该类资源调度算法无法直接应用到宽带自组网系统中。传统基于预置方案的时隙分配方式，通过离线的网络规划，在主节点内置多种分配预案，由主节点根据不同场景进行切换。该时隙分配方式可以在一定程度上克服静态资源分配带来的资源浪费，当同样存在较大的缺陷，即该分配方式无在线判断机制，无法及时响应瞬息万变的网络需求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：针对现有技术的不足，提供基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法，以较低的复杂度实现网络整体资源利用率的大幅提升。具体技术方案如下：一种基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法，包括以下步骤：A1、网络节点开机，构建以主节点为中心的TDMA星型网络，主节点将所有业务时隙标记为未分配状态，并初始化时隙分配表；A2、主节点构建三级帧结构，所述三级帧结构分别为时隙、时帧和超帧；主节点向子节点发送广播信息；A3、子节点接收广播信息后，若子节点无业务等待发送，则子节点进入静默接收状态，直到子节点有业务等待发送，则执行步骤A4；A4、子节点在网络控制时帧上行时隙内向主节点发送时隙请求帧；A5、主节点在网络控制时帧上行时隙内接收子节点发送的时隙请求帧，根据现有时隙分配表内未分配使用的时隙和QoS约束条件，利用在线时隙分配机制，为子节点的新请求分配时隙，生成时隙分配方案；A6、主节点在下一个超帧的网络控制时帧下行广播时隙中广播时隙分配方案；A7、子节点接收并解析时隙分配方案，如有该子节点时隙分配信息，则子节点在所分配的时隙上进行业务通信，子节点在完成所有业务发送后，在网络控制时帧上行时隙内向主节点发送时隙释放帧，并跳转至步骤A3，如无子节点时隙分配信息，则跳转至步骤A4；主节点在接收到子节点发送的时隙释放帧后回收子节点占用的时隙，用于满足下一次时隙请求。进一步地，所述步骤A2中时隙、时帧和超帧之间的关系为：1个时隙时长为3毫秒，每32个时隙组成1个时帧，每8个时帧组成1个超帧。进一步地，所述的步骤A4中的网络控制时帧位于超帧的第1个时帧，所述超帧中的其余时帧为业务时帧；网络控制时帧的第1个时隙分配给主节点使用，为下行广播时隙；所述下行广播时隙用于广播帧，广播帧的长度为256字节，其中第1字节固定为帧标识0xFF，其余字节用于填充时隙分配信息；网络控制时帧的第2至第32个时隙为上行时隙，分配给子节点使用。子节点采用分配方式为固定分配方式，固定分配方式是指网络控制时帧上行时隙的分配与子节点恒对应。进一步地，所述的步骤A4中的时隙请求帧的长度为4个字节，具体内容为：第1字节为帧标识，设定为0x01，第2字节为节点编号，第3字节为业务类型，第4字节为子节点优先级。进一步地，所述步骤A5中的QoS约束条件与业务类型相对应，所述业务类型的种类包括语音、短消息、缩略视频、数据、标清视频、720P视频、1080P；每种业务类型对应具体的节点优先级、最少时隙数目、最大时隙间隔。进一步地，所述步骤A5中的在线分配机制包括具体包括步骤为：B1、主节点统计在网络控制时帧内接收到的子节点时隙请求，令N表示总时隙数，M表示未被使用的时隙数，MS表示空闲的时隙位置集合，Scheme#n表示第n次分配方案，初始化n值取1；B2、主节点对所有发送时隙请求的子节点按照子节点优先级大小进行排序，得到时隙分配队列；B3、主节点根据各业务类型查找每个子节点所需对应的最小时隙数目NT_i，初始化当前未被使用的时隙CAN＝M，当前空闲的时隙位置集合为CAS＝MS；CAN表示当前未被使用的时隙数，CAS表示当前空闲的时隙位置集合。B4、取时隙分配队列中优先级最高的子节点，如果CAN小于NT_i，即当前剩余可分配时隙不能满足所需时隙数目，则将该节点从时隙分配队列中移除，如CAN大于NT_i，依据QoS约束条件中的最大时隙间隔，从CAS中随机选择满足要求的时隙，如CAS中无满足要求的时隙，则将该子节点从时隙分配队列中移除，如CAS中有满足要求的时隙组合，则将时隙组合分配给当前子节点，更新CAN＝M-NT_i,从CAS中剔除当前分配的时隙组合，并从时隙分配队列中将该子节点移除；B5、重复步骤B4直到时隙分配队列为空，将当前的分配方案记为Scheme#n；B6、n值自增1，若n小于等于5，依次重复B3、B4、B5三个步骤，并且在所述B4步骤中从CAS中随机选择满足要求的时隙时，若选择的时隙出现重复，则退出该步骤，转入执行步骤B7；若n大于等于5，直接转入执行步骤B7；B7、从生成的分配方案中选取满足最多子节点时隙需求的方案，如果子节点数目相同则随机选择其中一个方案，退出在线分配机制。进一步地，所述步骤A8中的时隙释放帧的长度为2字节，具体格式为：第1字节为帧标识，固定值为0x02，第2字节为节点编号。采用本专利技术获得的有益效果：本专利技术利用多级帧结构中的下行广播帧、上行时隙请求帧、上行时隙释放帧等帧类型，由主节点在超帧间隔周期内对子节点的时隙请求进行分配。在满足带优先级的QoS约束条件前提下，实现时隙的动态申请和收回，以较低的复杂度实现资源的高效复用。附图说明图1所示为本专利技术的实施步骤示意图；图2所示为本专利技术实施例的应用场景示意图；图3所示为本专利技术实施例的帧结构示意图；图4所示为本专利技术实施例的三种帧格式示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示为本专利技术实施步骤示意图。本专利技术提出了一种基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法，主节点在每个超帧间隔内在线计算并响应子节点的时隙请求，从而确保网络资源被高效利用。本专利技术具体步骤包括：A1、节点开机，按初始网络规划入网，构成以主节点为中心的TDMA星型网络，主节点将所有业务时隙标记为未分配状态，完成时隙分配表初始化；A2、主节点构建三级帧结构，由小到大分别为时隙、时帧和超帧，时隙资源分配以时隙为单位进行；每个时隙时长为3毫秒(ms)，每32个时隙组成1个时帧，即每个时帧长度为96ms，每8个时帧组成1个超帧，即超帧长度为768ms；A3、子节点接收广播信息后，利用现有技术中的常规手段完成时钟同步、时间校准工作后，如无业务等待发送，则进入静默接收状态，直到有业务等待发送，则执行步骤A4；A4、子节点在网络控制时帧上行时隙内向主节点发送时隙请求帧，所述子节点所分配的网络控制时帧上行时隙为离线确定的固定分配形式，入网后不再进行调整，每个节点所分配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法，其特征在于，包括以下步骤：A1、网络节点开机，构建以主节点为中心的TDMA星型网络，主节点将所有业务时隙标记为未分配状态，并初始化时隙分配表；A2、主节点构建三级帧结构，所述三级帧结构分别为时隙、时帧和超帧；主节点向子节点发送广播信息；A3、子节点接收广播信息后，若子节点无业务等待发送，则子节点进入静默接收状态，直到子节点有业务等待发送，则执行步骤A4；A4、子节点在网络控制时帧上行时隙内向主节点发送时隙请求帧；A5、主节点在网络控制时帧上行时隙内接收子节点发送的时隙请求帧，根据时隙分配表内未分配使用的时隙和QoS约束条件，利用在线时隙分配机制，为子节点的新请求分配时隙，生成时隙分配方案；A6、主节点在下一个超帧的网络控制时帧下行广播时隙中广播时隙分配方案；A7、子节点接收并解析时隙分配方案，如果有该子节点时隙分配信息，则子节点在所分配的时隙上进行业务通信，子节点在完成所有业务发送后，在网络控制时帧上行时隙内向主节点发送时隙释放帧，并跳转至步骤A3，如无子节点时隙分配信息，则跳转至步骤A4。

【技术特征摘要】
1.一种基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法，其特征在于，包括以下步骤：A1、网络节点开机，构建以主节点为中心的TDMA星型网络，主节点将所有业务时隙标记为未分配状态，并初始化时隙分配表；A2、主节点构建三级帧结构，所述三级帧结构分别为时隙、时帧和超帧；主节点向子节点发送广播信息；A3、子节点接收广播信息后，若子节点无业务等待发送，则子节点进入静默接收状态，直到子节点有业务等待发送，则执行步骤A4；A4、子节点在网络控制时帧上行时隙内向主节点发送时隙请求帧；A5、主节点在网络控制时帧上行时隙内接收子节点发送的时隙请求帧，根据时隙分配表内未分配使用的时隙和QoS约束条件，利用在线时隙分配机制，为子节点的新请求分配时隙，生成时隙分配方案；A6、主节点在下一个超帧的网络控制时帧下行广播时隙中广播时隙分配方案；A7、子节点接收并解析时隙分配方案，如果有该子节点时隙分配信息，则子节点在所分配的时隙上进行业务通信，子节点在完成所有业务发送后，在网络控制时帧上行时隙内向主节点发送时隙释放帧，并跳转至步骤A3，如无子节点时隙分配信息，则跳转至步骤A4。2.根据权利要求1所述的基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法，其特征在于，所述步骤A2中时隙、时帧和超帧之间的关系为：1个时隙时长为3毫秒，每32个时隙组成1个时帧，每8个时帧组成1个超帧。3.根据权利要求1所述的基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法，其特征在于：所述的步骤A4中的网络控制时帧位于超帧的第1个时帧，所述超帧中的其余时帧为业务时帧；网络控制时帧的第1个时隙分配给主节点使用，为下行广播时隙；网络控制时帧的第2至第32个时隙为上行时隙，分配给子节点使用。4.根据权利要求1所述的基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法，其特征在于：所述的步骤A4中的时隙请求帧的长度为4个字节，具体内容为：第1字节为帧标识，设定为0x01，第2字节为节点编号，第3字节为业务类型，第4字节为子节点优先级。5.根据权利要求1所述的基于多级帧结构的宽带自组网时隙资源动态分配方法，其特征在于：所述步骤A5中的QoS约束条件与业务类型相对应，所述业务类型的种类包括语音、短消息、缩略视频、数据、标清视频、720P视频、1080P；每种业务类型对应具体的节点优先级、最少时隙数目、最大时隙间...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄勤飞，魏急波，辜方林，侯茂斌，黄利雄，
申请(专利权)人：湖南智领通信科技有限公司，中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43