一种混合式预约TDMA的资源分配优化方法技术

本发明专利技术涉及一种混合式预约TDMA的资源分配优化方法，包括：将信道按照固定时间间隔划分为超帧，每个超帧由N个复帧组成，每个复帧按照时间分为同步信道、控制信道和数据信道；同步信道用于节点广播勤务帧；控制信道用于发送通知消息、路由信息、特殊分组信息或数据帧，以及用于节点通过在控制时隙发送预约信息申请额外的数据时隙；数据信道用于发送数据帧；在入网前，通过同步信道接入超时重新请求机制，对节点入网失败情况进行反馈；通过超帧对齐机制，实现多跳网络多节点超帧扩展。与现有技术相比，本发明专利技术具有实现了对节点入网失败情况的反馈，避免超帧扩展后错位隐患等优点。避免超帧扩展后错位隐患等优点。避免超帧扩展后错位隐患等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种混合式预约TDMA的资源分配优化方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其是涉及一种混合式预约TDMA的资源分配优化方法。

技术介绍

[0002]在广域网络中，无线网络的单跳通信距离可以达到几十乃至上百公里。现有的无线网络中的MAC协议按其资源分配方式可以划分为两类，分别为基于竞争的协议和基于分配的协议。
[0003]基于竞争的MAC协议使用类似RTS/CTS的机制在广域网络中会引入较大的往返传播时延，带来额外的控制开销。而且信道侦听机制在长距离通信中存在失效的问题，当一个节点开始发送数据，由于距离较远的原因其他节点需要较长一段时间才可以侦听到该分组，在此之前它们可能已经结束退避并认为信道空闲也开始发送数据，从而导致发生冲突。
[0004]动态分配TDMA协议一般按照各站点发送数据的实际需求来动态地分配时隙，以实现带宽最大化利用和保证各站点有公平的接入机会，且没有侦听信道的需求，适用于广域自组网通信。其中混合式预约TDMA(Hybrid
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Reservation Time Division Multiple Access，HR
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TDMA)协议通过超帧扩展机制适应网络节点密度的动态变化，并通过动态时隙预约机制按需分配带宽，可以在一定程度上适应广域自组网的需求，但是其缺乏节点入网失败的反馈机制，且在多跳网络中存在多节点超帧扩展后错位的隐患，因而在有效性和对多跳网络的适应性方面存在一定缺陷，亟待解决。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种混合式预约TDMA的资源分配优化方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种混合式预约TDMA的资源分配优化方法，包括：
[0008]将信道按照固定时间间隔划分为超帧，每个超帧由N个复帧组成，每个复帧按照时间分为同步信道、控制信道和数据信道；所述同步信道用于节点广播勤务帧，并完成系统的组网同步和节点建网或入网过程；所述控制信道由控制子帧组成，所述控制信道用于发送通知消息、路由信息、特殊分组信息或数据帧，以及用于节点发送预约信息申请额外的数据时隙；所述数据信道用于发送数据帧；
[0009]在入网前，通过同步信道接入超时重新请求机制，判定入网节点接入请求是否成功，并对节点入网失败情况进行反馈；通过超帧对齐机制，实现多跳网络多节点超帧扩展。
[0010]进一步地，所述同步信道接入超时重新请求机制的具体内容为：
[0011]入网节点发送接入请求帧后启动计时器，若在计时器超时前，入网节点成功接收到接收节点的广播的勤务帧，且勤务帧中包含有为入网节点分配的同步信道，则表示入网节点接入请求成功，入网节点将在对应的同步信道接入并广播勤务帧；否则，入网节点接入
请求失败，并重新选择接收节点，在入网节点相应的同步应答时隙发送接入请求帧。
[0012]进一步地，所述计时器的超时值为当前阶段一个超帧的时长。
[0013]进一步地，所述超帧对齐机制包括两种对齐机制，第一种方式为：在勤务帧中加入一个用以记录超帧扩展的超帧起始时间的新的字段，当一个已经经过超帧扩展的节点接收到了另一个节点的勤务帧时，需额外检查两个节点的超帧起始时间是否对齐，即两个超帧起始时间之间的差值是否为当前超帧长度的整数倍，若是对齐的，则根据协议规定正常更新同步信道信息；否则，将超帧起始时间相对较大的节点以另一个节点为基准进行超帧对齐；第二种方式为：采用外部信息统一调度各节点完成超帧对齐，节点在进行超帧扩展时检查是否已有节点启动超帧扩展，若是，则依据相应超帧起始时间决定超帧内同步子帧的编号，否则，将当前超帧起始时间作为网络的超帧起始时间并记录。
[0014]进一步地，每一个控制子帧由多个控制时隙组成，每一个控制时隙划分为预约请求微时隙、预约回复微时隙、预约确认微时隙、数据微时隙和数据确认微时隙；预约请求微时隙、预约回复微时隙和预约确认微时隙用于时隙预约信息的交互，数据微时隙用于特殊分组、占用通知、释放通知、路由信息和数据信息的发送，数据确认微时隙用于差错检测。
[0015]在控制信道中，根据节点在某时隙的发送和接收情况将节点的状态分为发送状态、接收状态、接收阻塞状态、发送阻塞状态、阻塞状态和空闲状态六种。
[0016]进一步地，节点通过在控制时隙发送预约信息申请额外的数据时隙的具体内容为：
[0017]当节点需要额外时隙发送数据包时，节点控制时隙发送预约请求微时隙帧，其中包括关于自身处于空闲或接收阻塞状态的时隙的信息；接收节点收到预约请求微时隙后，比对其中发送节点建议的时隙和自身处于空闲或发送阻塞状态的时隙，随机选取处于交集的时隙，包含于预约回复微时隙帧并回复至发送节点；
[0018]发送节点收到预约回复微时隙帧后，回复预约确认微时隙帧给接收节点；预约回复微时隙帧和预约确认微时隙帧中均包括已确定被预约的额外时隙序号，通过三步握手，发送节点和接收节点的邻居节点获取预约结果。
[0019]进一步地，控制时隙的数量与复帧的数量相同。
[0020]进一步地，在实施超帧对齐机制前，采用超帧扩展机制动态调整一个超帧可容纳的节点数量。
[0021]本专利技术提供的混合式预约TDMA的资源分配优化方法，相较于现有技术至少包括如下有益效果：
[0022]1)本专利技术采用超帧扩展机制来动态调整一个超帧可容纳的节点数量，以适应不同的网络密度，并结合了时隙固定分配与动态分配方式，兼顾信道利用率和平均接入时延性能，适用于拓扑结构和业务分布动态变化的多跳网络，能够有效避免多跳网络中存在的多节点超帧扩展后错位的隐患。
[0023]2)本专利技术通过同步信道接入超时重新请求机制，实现了对节点入网失败情况的反馈，进而能够保证节点及时重新接入网络；通过超帧对齐机制，实现了多跳网络多节点超帧扩展，提升了协议运作的有效性。
附图说明
[0024]图1为实施例中超帧结构图；
[0025]图2为实施例中第一阶段超帧扩展结果图；
[0026]图3为实施例中第一种超帧对齐方式原理图；
[0027]图4为混合式预约TDMA的资源分配优化方法的入网节点端的流程图。
[0028]图5为混合式预约TDMA的资源分配优化方法的接收节点端的流程图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例
[0031]本专利技术涉及一种混合式预约TDMA的资源分配优化方法，用于解决HR
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TDMA协议缺乏节点入网失败反馈和多跳网络中多节点超帧扩展后易发生超帧错位的问题。本专利技术方法通过同步信道接入超时重新请求机制实现对节点入网失败情况的反馈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合式预约TDMA的资源分配优化方法，其特征在于，包括：将信道按照固定时间间隔划分为超帧，每个超帧由N个复帧组成，每个复帧按照时间分为同步信道、控制信道和数据信道；所述同步信道用于节点广播勤务帧，并完成系统的组网同步和节点建网或入网过程；所述控制信道用于发送通知消息、路由信息、分组信息或数据帧，以及用于节点发送预约信息申请额外的数据时隙；所述数据信道用于发送数据帧；在入网前，通过同步信道接入超时重新请求机制，判定入网节点接入请求是否成功，并对节点入网失败情况进行反馈；通过超帧对齐机制，实现多跳网络多节点超帧扩展。2.根据权利要求1所述的混合式预约TDMA的资源分配优化方法，其特征在于，所述控制信道由控制子帧组成。3.根据权利要求1所述的混合式预约TDMA的资源分配优化方法，其特征在于，所述同步信道接入超时重新请求机制的具体内容为：入网节点发送接入请求帧后启动计时器，若在计时器超时前，入网节点成功接收到接收节点的广播的勤务帧，且勤务帧中包含有为入网节点分配的同步信道，则表示入网节点接入请求成功，入网节点将在对应的同步信道接入并广播勤务帧；否则，入网节点接入请求失败，并重新选择接收节点，在入网节点相应的同步应答时隙发送接入请求帧。4.根据权利要求3所述的混合式预约TDMA的资源分配优化方法，其特征在于，所述计时器的超时值为当前阶段一个超帧的时长。5.根据权利要求1所述的混合式预约TDMA的资源分配优化方法，其特征在于，所述超帧对齐机制包括两种对齐机制，第一种方式为：在勤务帧中加入一个用以记录超帧扩展的超帧起始时间的新的字段，当一个已经经过超帧扩展的节点接收到了另一个节点的勤务帧时，需额外检查两个节点的超帧起始时间是否对齐，即两个超帧起始时间之间的差值是否为当前超帧长度的整数倍，若是对齐的，则根据协议规定正常更新同步信道信息；否则，将超帧起始时间相对较大的节点以另一个节点为基准进行超帧对齐；第二种方式为：采用外部信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁良辉，田丰，杨峰，钱良，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：