无线Ad-hoc网络分布式资源分配的方法技术

本发明专利技术公开了一种无线Ad‑hoc网络分布式资源分配的方法，将TDMA帧结构设置为具有引导时隙、广播时隙以及数据时隙；将引导时隙进行分组；设置帧长度以及时隙的长度；节点根据引导时隙的信息获取三跳内时隙分配情况；新入网节点或未分配时隙的节点根据引导时隙的信息随机占用未分配的时隙；节点根据自身的时隙占用情况以及引导时隙信息更新自身的时隙分配记录组；当节点根据引导时隙信息检测到占用的时隙与邻居节点发生冲突，则节点重新占用新的时隙；节点按照三跳无冲突机制占用TDMA帧的第一循环周期的广播时隙，如果节点选择了第N个广播时隙，则第N个数据时隙也是发送机会。该方法能够提高时隙利用率并解决野外环境下容易出现隐藏终端冲突的问题。

Distributed Resource Allocation in Wireless Ad-hoc Networks

The invention discloses a method for distributed resource allocation in wireless Ad hoc networks, which sets the frame structure of TDMA to have a boot slot, a broadcast slot and a data slot; divides the boot slot into groups; sets the frame length and the slot length; obtains the slot allocation within three hops according to the information of the boot slot; and guides the new or unallocated slot nodes according to the boot. The slot information occupies the unassigned slots randomly; the node updates its slot allocation record group according to its own slot occupancy and the boot slot information; when the node detects the conflict between the occupied slot and the neighbor node based on the boot slot information, the node re-occupies the new slot; and the node occupies the broadcast of the first cycle of the TDMA frame according to the three-hop conflict-free mechanism. Time slot, if the node chooses the Nth broadcast slot, then the Nth data slot is also the transmission opportunity. This method can improve the utilization of time slots and solve the problem of hidden terminal conflicts in the field environment.

【技术实现步骤摘要】
无线Ad-hoc网络分布式资源分配的方法
本专利技术是关于无线通信领域，特别是关于一种无线Ad-hoc网络分布式资源分配的方法。
技术介绍
目前无线Ad-hoc网络的信道接入机制主要分为CSMA和TDMA两种。基于CSMA的接入方式在负载较小时性能表现较好，但随着负载的增加和网络中节点数目的增加，冲突的概率急剧上升，性能急剧恶化。同时，基于CSMA的接入方式也无法保证各种应用业务对延时的要求。基于TDMA的接入方式清晰地将信道分为时间片，能够实现无冲突的调度。但是目前关于TDMA接入方式的方案没有考虑各种业务的QoS要求，在信道利用率上也存在一定的缺陷。在传统的TDMA方式中，一个时隙对应一个节点，这种方式的信道利用率低。随着近几年来对分布式网络信道资源分配的研究，目前的技术方案己经对基于TDMA的信道资源分配方式做了很大的改进，提高了部分信道利用率。但是并未考虑复杂的野外环境可能带来的隐藏终端的问题，也没有考虑各个节点发送数据的需求差异问题，以及多个信道可能带来的传输时延。申请号为201110227612.0的专利申请文件中公开了一种基于时分复用的信道资源分配方法。具体地，采用的是基于节点的时隙分配方法，在该方案中，每个时隙分为控制部分和数据部分，控制部分分为两个阶段，每个阶段包含N(N为网络中最大的节点数目)个微时隙用于发送分配时隙包，该时隙分配方法中控制开销过大，并且没有考虑时延抖动的问题。申请号为201510906203.1的专利申请文件公开了一种基于TDMA的无线MESH网络分布式资源分配的方法，在进行时隙申请过程加入各个节点的业务数据量的负载参数，解决了各个节点发送数据的需求差异问题；在进行时隙分配过程采用了优化的优先级列表，使各个节点分配到的时隙在一个时帧中近似均匀分布，解决了时隙抖动问题，从而降低了时延。但算法基于两跳防冲突机制，在山区、煤矿等区域环境负载，易出现隐藏终端发生冲突，且没有考虑不同优先级业务下如何更好的实现资源分配。李恒等人在“基于TDMA的无线自组织网RLC层协议软件设计与实现”中以LTE无线接入网RLC层协议为基础设计了适用于无线自组织网络的RLC层协议，并在AM数据传输模式下对数据进行分段重组，根据PDU接收情况进行ARQ重传。数据重传以PDU为单位，会造成一部分资源浪费。孙超山等人在“对WNW中使用的USAPMAC协议的研究”中提出一种支持多信道的动态分布式时分多址(TDMA)MAC协议，其协议内容包括引导时隙管理通信资源的使用方法、自适应广播循环管理通信资源的使用方法、备用时隙来管理通信资源的使用方法。但设计基于时频复用，没有考虑多信道进行数据传输可能带来接收数据乱序问题，也没有考虑隐藏终端和业务优先级的问题。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线Ad-hoc网络分布式资源分配的方法，其能够合理利用空闲广播数据、数据时隙，提高时隙利用率，设置了三跳防冲突机制解决了野外环境下容易出现隐藏终端冲突的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种无线Ad-hoc网络分布式资源分配的方法，包括：将用于无线Ad-hoc网络通信的TDMA帧结构设置为具有引导时隙、广播时隙以及数据时隙，所述引导时隙用于共享无线Ad-hoc网络中的各个节点的时隙分配信息从而为所述各个节点动态分配时隙，所述广播时隙用于分配给所述各个节点来支持所述各个节点的数据报服务以及支持各个节点共享控制流，所述数据时隙用于作为备用时隙，按照对应的广播时隙顺序分配给所述各个节点从而支持广播和单播；将所述引导时隙进行分组，使其包括分配时隙记录组、空闲广播标记组、空闲数据标记组、信道化邻域周期组、接收节点mac组、发送节点mac组、业务抢占节点mac组、时隙占用节点mac组，所述分配时隙记录组用于标记所述节点所在信道的广播时隙或数据时隙的通信状态，所述空闲广播标记组用于标记所述节点所在信道的广播时隙目前是否空闲，所述数据空闲标记组用于标记所述节点所在信道的广播时隙目前是否空闲，所述信道化邻域周期组用于标记节点所在信道的邻域密度，所述接收节点mac组用于标记接收帧数据的节点的mac地址，所述发送节点mac组用于标记发送帧数据的节点的mac地址，所述业务抢占节点mac组用于标记业务的优先级，以及所述业务想抢占的时隙所属的邻居节点的mac地址，所述时隙占用节点mac用于标记所述节点将自身的空闲时隙分配给的节点的mac地址；在业务的时延容忍度范围内设置所述TDMA的帧长度，并根据所述引导时隙所包含的分组内容的大小以及帧数据的最小传输速率设置所述引导时隙的长度，并且根据所述节点的邻域密度设置所述广播时隙和所述数据时隙的长度；所述节点与其邻居节点进行通信从而获取所述引导时隙的信息，根据所述引导时隙的信息获取三跳内广播时隙和数据时隙的分配情况；新入网节点或未分配时隙的节点根据获取的所述引导时隙的信息随机占用未分配的时隙；所述节点根据自身的时隙占用情况以及获取的所述引导时隙的信息更新自身的引导时隙中的时隙分配记录组；当所述节点根据获取的所述引导时隙信息检测到自身占用的时隙与邻居节点发生冲突，则所述节点重新占用新的时隙；所述节点按照三跳无冲突机制随机占用所述TDMA帧的第一循环周期的广播时隙，如果所述节点选择了第N个广播时隙，则第N个数据时隙也是发送机会。在一优选的实施方式中，所述分配时隙记录组标记所述节点所在信道的广播时隙或数据时隙的通信状态包括：所述分配时隙记录组标记所述节点所在信道的广播时隙的通信状态，所述广播时隙的通信状态包括：未分配、自发送、自接收、冲突、邻居接收、邻居冲突；所述分配时隙记录组标记所述节点所在信道的数据时隙的通信状态，所述数据时隙的通信状态包括：未分配、自发送、自接收、冲突、邻居发送且非自接收、两跳邻居发送且非邻居接收、邻居接收、邻居冲突。在一优选的实施方式中，所述节点与其邻居节点进行通信从而获取所述引导时隙的信息，根据所述引导时隙的信息获取三跳内广播时隙和数据时隙的分配情况包括：所述节点与其邻居节点进行通信从而获取所述引导时隙的信息，根据所述引导时隙的信息获取三跳内的广播时隙的分配情况，所述三跳内的广播时隙的分配情况包括未分配、自发送、自接收、冲突、邻居发送、两跳邻居发送、邻居冲突、三跳邻居发送、两跳邻居接收；所述节点与其邻居节点进行通信从而获取所述引导时隙的信息，根据所述引导时隙的信息获取三跳内的数据时隙的分配情况，所述三跳内的数据时隙的分配情况包括未分配、自发送、自接收、邻居发送且非自接收、冲突、邻居接收、邻居冲突、两跳邻居发送且非邻居接收、三跳邻居发送且非两跳邻居接收、两跳邻居接收。在一优选的实施方式中，所述三跳无冲突机制包括：所述节点广播时，在一个时隙进行三跳无冲突传输的条件为所述节点及其邻居节点和两跳邻居未分配该时隙且所述节点的三跳邻居节点未使用该时隙进行数据发送；所述节点向其邻居节点单播时，在一个时隙进行三跳无冲突传输的条件为所述节点及其邻居节点和两跳邻居未使用该时隙进行数据接收且其邻居节点的邻居节点和两跳邻居未使用该时隙进行数据发送以及接收。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线Ad‑hoc网络分布式资源分配的方法，其特征在于，包括：将用于无线Ad‑hoc网络通信的TDMA帧结构设置为具有引导时隙、广播时隙以及数据时隙，所述引导时隙用于共享无线Ad‑hoc网络中的各个节点的时隙分配信息从而为所述各个节点动态分配时隙，所述广播时隙用于分配给所述各个节点来支持所述各个节点的数据报服务以及支持各个节点共享控制流，所述数据时隙用于作为备用时隙，按照对应的广播时隙顺序分配给所述各个节点从而支持广播和单播；将所述引导时隙进行分组，使其包括分配时隙记录组、空闲广播标记组、空闲数据标记组、信道化邻域周期组、接收节点mac组、发送节点mac组、业务抢占节点mac组、时隙占用节点mac组，所述分配时隙记录组用于标记所述节点所在信道的广播时隙或数据时隙的通信状态，所述空闲广播标记组用于标记所述节点所在信道的广播时隙目前是否空闲，所述数据空闲标记组用于标记所述节点所在信道的广播时隙目前是否空闲，所述信道化邻域周期组用于标记节点所在信道的邻域密度，所述接收节点mac组用于标记接收帧数据的节点的mac地址，所述发送节点mac组用于标记发送帧数据的节点的mac地址，所述业务抢占节点mac组用于标记业务的优先级，以及所述业务想抢占的时隙所属的邻居节点的mac地址，所述时隙占用节点mac用于标记所述节点将自身的空闲时隙分配给的节点的mac地址；在业务的时延容忍度范围内设置所述TDMA的帧长度，并根据所述引导时隙所包含的分组内容的大小以及帧数据的最小传输速率设置所述引导时隙的长度，并且根据所述节点的邻域密度设置所述广播时隙和所述数据时隙的长度；所述节点与其邻居节点进行通信从而获取所述引导时隙的信息，根据所述引导时隙的信息获取三跳内广播时隙和数据时隙的分配情况；新入网节点或未分配时隙的节点根据获取的所述引导时隙的信息随机占用未分配的时隙；所述节点根据自身的时隙占用情况以及获取的所述引导时隙的信息更新自身的引导时隙中的时隙分配记录组；当所述节点根据获取的所述引导时隙信息检测到自身占用的时隙与邻居节点发生冲突，则所述节点重新占用新的时隙；以及所述节点按照三跳无冲突机制随机占用所述TDMA帧的第一循环周期的广播时隙，如果所述节点选择了第N个广播时隙，则第N个数据时隙也是发送机会。...

【技术特征摘要】
1.一种无线Ad-hoc网络分布式资源分配的方法，其特征在于，包括：将用于无线Ad-hoc网络通信的TDMA帧结构设置为具有引导时隙、广播时隙以及数据时隙，所述引导时隙用于共享无线Ad-hoc网络中的各个节点的时隙分配信息从而为所述各个节点动态分配时隙，所述广播时隙用于分配给所述各个节点来支持所述各个节点的数据报服务以及支持各个节点共享控制流，所述数据时隙用于作为备用时隙，按照对应的广播时隙顺序分配给所述各个节点从而支持广播和单播；将所述引导时隙进行分组，使其包括分配时隙记录组、空闲广播标记组、空闲数据标记组、信道化邻域周期组、接收节点mac组、发送节点mac组、业务抢占节点mac组、时隙占用节点mac组，所述分配时隙记录组用于标记所述节点所在信道的广播时隙或数据时隙的通信状态，所述空闲广播标记组用于标记所述节点所在信道的广播时隙目前是否空闲，所述数据空闲标记组用于标记所述节点所在信道的广播时隙目前是否空闲，所述信道化邻域周期组用于标记节点所在信道的邻域密度，所述接收节点mac组用于标记接收帧数据的节点的mac地址，所述发送节点mac组用于标记发送帧数据的节点的mac地址，所述业务抢占节点mac组用于标记业务的优先级，以及所述业务想抢占的时隙所属的邻居节点的mac地址，所述时隙占用节点mac用于标记所述节点将自身的空闲时隙分配给的节点的mac地址；在业务的时延容忍度范围内设置所述TDMA的帧长度，并根据所述引导时隙所包含的分组内容的大小以及帧数据的最小传输速率设置所述引导时隙的长度，并且根据所述节点的邻域密度设置所述广播时隙和所述数据时隙的长度；所述节点与其邻居节点进行通信从而获取所述引导时隙的信息，根据所述引导时隙的信息获取三跳内广播时隙和数据时隙的分配情况；新入网节点或未分配时隙的节点根据获取的所述引导时隙的信息随机占用未分配的时隙；所述节点根据自身的时隙占用情况以及获取的所述引导时隙的信息更新自身的引导时隙中的时隙分配记录组；当所述节点根据获取的所述引导时隙信息检测到自身占用的时隙与邻居节点发生冲突，则所述节点重新占用新的时隙；以及所述节点按照三跳无冲突机制随机占用所述TDMA帧的第一循环周期的广播时隙，如果所述节点选择了第N个广播时隙，则第N个数据时隙也是发送机会。2.如权利要求1所述的无线Ad-hoc网络分布式资源分配的方法，其特征在于，所述分配时隙记录组标记所述节点所在信道的广播时隙或数据时隙的通信状态包括：所述分配时隙记录组标记所述节点所在信道的广播时隙的通信状态，所述广播时隙的通信状态包括：未分配、自发送、自接收、冲突、邻居接收、邻居冲突；以及所述分配时隙记录组标记所述节点所在信道的数据时隙的通信状态，所述数据时隙的通信状态包括：未分配、自发送、自接收、冲突、邻居发送且非自接收、两跳邻居发送且非邻居接收、邻居接收、邻居冲突。3.如权利要求2所述的无线Ad-hoc网络分布式资源分配的方法，其特征在于，所述节点与其邻居节点进行通信从而获取所述引导时隙的信息，根据所述引导时隙的信息获取三跳内广播时隙和数据时隙的分配情况包括：所述节点与其邻居节点进行通信从而获取所述引导时隙的信息，根据所述引导时隙的信息获取三跳内的广播时隙的分配情况，所述三跳内的广播时隙的分配情况包括未分配、自发送、自接收、冲突、邻居发送、两跳邻居发送、邻居冲突、三跳邻居发送、两跳邻居接收；以及所述节点与其邻居节点进行通信从而获取所述引导时隙的信息，根据所述引导时隙的信息获取三跳内的数据时隙的分配情况，所述三跳内的数据时隙的分配情况包括未分配、自发送、自接收、邻居发送且非自接收、冲突、邻居接收、邻居冲突、两跳邻居发送且非邻居接收、三跳邻居发送且非两跳邻居接收、两跳邻居接收。4.如权利要求1所述的无线Ad-hoc网络分布式资源分配的方法，其特征在于，所述三跳无冲突机制包括：所述节点广播时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹艳芳，马富云，胡永辉，吴胜男，
申请(专利权)人：北京通广龙电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11