一种超多跳自组网的信道探测与媒体控制方法技术

本发明专利技术提供一种超多跳自组网的信道探测与媒体控制协议，包括：利用源节点监听信道，发送RTS信令至下一跳节点；将各个中继节点在当前数据帧接收到上一跳节点发送的RTS信令时，判断当前节点是否是当前簇内的最后一个节点，并根据判断结果，双向发送RTS信令，或双向发送CTS信令以通知当前簇的所有节点停止发送参考信号，并通知下一跳节点开始形成新的簇；中继节点接收到上一跳节点发送的CTS信令，簇头节点开始新的簇的形成；目的节点反馈ACK信令至源节点，随后进行数据传输。本发明专利技术的方法通过RTS通知上一跳节点重复发送参考信号，CTS通知当前簇形成，ACK通知源节点连接建立完成，减少建立连接的总时延。建立连接的总时延。建立连接的总时延。

【技术实现步骤摘要】
一种超多跳自组网的信道探测与媒体控制方法


[0001]本专利技术属于无线通信领域，具体涉及一种无线自组网通信方法。

技术介绍

[0002]多跳自组网是一种不依赖于现有的网络基础设施、网络拓扑动态变化、可以快速布设的无线移动通信网络，具有高抗毁性以及自愈性。自组网技术将移动通信技术的应用领域进行了扩展，自组网凭借其组网迅速、灵活方便的特点，能够为野外科考、地震救灾、战场上部队的快速移动等缺少基础通信设施的场景提供可靠的通信支持，对于应急通信具有十分重要的意义。
[0003]自组网中数据包在源节点与目的节点之间通过多跳进行传输。线性(即链状)多跳自组网是一种所有的节点地位平等、节点之间按照链式结构进行组网的特殊自组网，一般的多跳自组网跳数约在5跳以内，而超多跳自组网跳数远大于50跳，在电力专网监控、铁路建设等国家重大安全领域发挥着关键作用。比如在大雪天气下，南方电网结冰导致大范围停电，为了方便运维人员对杆塔进行故障检测，可以通过超多跳自组网组网方式，每50跳设置一个监控点对电力专网进行监控。一个典型的电力超多跳自组网的应用场景如图1所示，监控视频数据在杆塔之间按照多跳方式进行低时延、高可靠传输以满足运维人员的监控需求。
[0004]当前，传统超多跳自组网传输主要采取逐跳传送方式，即网络中的节点一方面负责接收上一节点传送的信息，并将信息解码转发至下一节点，直至信息传送至目的节点。传统方案的主要问题在于，随着传输总跳数的增加，端到端的传输时延会呈现大幅增加，难以保障业务的服务质量要求。
[0005]源节点至目的节点间的超多跳传输节点均为中继传输节点，中继是提升传输质量和增强传输可靠性的主要方法之一。中继技术包括放大转发(Amplify
‑
and
‑
Forward，AF)、解码转发(Decode
‑
and
‑
Forward，DF)、选择性中继(selective relaying，SR)等等(参见文献【王竞,刘光毅.LTE
‑
Advanced系统中的Relay技术研究和标准化.电信科学,2010(12):6】)。其中AF中继主要是将接收到的信号放大后继续转发，处理算法简单，所产生的时延非常小，但缺点是不仅会放大信号，噪声和干扰信号也同时被放大。DF中继则会将收到的信号进行译码解析，恢复出原始信息，之后再将原始信息重新编码后转发，DF中继可保证传输有效信号的准确性，且不会放大噪声和干扰信号，但需要完成至少一次完整的数据块译码，处理时延因此比较明显。
[0006]申请号为CN202010908325.5的专利文件公开了一种超多跳低时延的无线自组网通信方法，其中综合利用DF中继和AF中继在传输时延、信噪比方面的优缺点，提出一种将中继节点进行自适应分簇的组合传输方案。如图2所示，该方案将源节点和目的节点间的节点划分成若干转发簇，转发簇由一解码转发工作模式的簇头节点和随后的至少一个放大转发工作模式的中继转发节点组成，或由一簇头节点组成；该通信方法实现了超多跳混合中继的自适应分簇组合，将传统的超多跳分解成若干跳，使实际产生时延的跳数大幅减少，大幅
降低传输时延，从而克服远距离超多跳通信的可靠性和传输延时无法保障业务服务质量的缺陷。
[0007]根据上述的专利文件，无线自组网通信方法具体包括如下步骤：
[0008]步骤1：确定无线自组网的网络拓扑架构，并对无线自组网进行初始基本配置。
[0009]步骤2：令源节点作为当前临时转发簇的簇头节点，建立一个转发簇(转发簇节点数量至多为最大值M
max
)。其中，每个转发簇的节点数量的最大值M
max
根据多跳的中继转发节点的累积处理时延和无线自组网中的循环前缀CP的大小来计算得到，多跳的中继转发节点的累积处理时延不得超过无线自组网中的循环前缀CP的大小，以消除多径传播所产生的信道间干扰。这里的累积处理时延是指因AF中继转发产生的额外的时延。当前临时转发簇中的所有节点按照正交时隙依次反向发送信道质量测量信号，发送信号节点的所有簇内前序节点都会接收信道质量测量信息并且根据接收到的信号计算衰落因子，簇中节点将信号计算衰落因子作为测量结果反馈至当前临时转发簇的簇头节点。簇头节点根据反馈的测量结果确定当前转发簇的节点数量，如果节点中存在信噪比小于信噪比门限值的节点，将距离当前临时转发簇的簇头节点最近的第一个信噪比小于的节点的前序邻居节点作为当前转发簇的最后一个节点的后一个节点，否则，将当前转发簇的节点数量设置为每个转发簇的节点数量的最大值M
max
。簇头节点将各个节点的工作模式告知当前转发簇的所有节点及下一个簇头节点，以确定这些节点的工作模式和下一个临时转发簇的簇头节点。令下一个临时转发簇的簇头节点为当前转发簇的簇头节点，重复上述过程直至下一个临时转发簇的簇头节点的序号为目的节点。
[0010]步骤3：进行超多跳低时延的自组网传输。
[0011]上述传输方案虽然解决了传输阶段的时延问题，然而在连接建立阶段存在以下问题：
[0012](1)簇头节点建立一个临时转发簇，转发簇节点数量至多为最大值M
max
。当前临时转发簇中的所有节点均发送信道质量测量信号。实际转发簇的大小会小于临时转发簇的大小，造成了不必要的开销。
[0013](2)临时转发簇的通过逐跳的方式将测量结果汇总到达簇头节点，逐跳译码转发的过程带来较大时延。
[0014](3)当前转发簇的簇头节点将结果通过逐跳转发的方式告知簇内成员节点以及下一个簇头节点，簇头反馈结果的过程带来了较大的时延。
[0015]鉴于上述问题均无法通过现有的MAC协议而解决，有必要设计一套适用于超多跳自组网的信道探测与媒体控制方法。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的在于提供一种超多跳自组网的信道探测与媒体控制方法，以解决现有的无线自组网通信方法在分簇时的时延过大的问题。
[0017]为了实现上述目的，本专利技术提供一种超多跳自组网的信道探测与媒体控制方法，包括：
[0018]S1：确定超多跳自组网的拓扑结构，对超多跳自组网进行初始配置；
[0019]S2：利用源节点监听信道，发送RTS信令至下一跳节点；
[0020]S3：将各个中继节点作为当前节点p
k
，当前节点p
k
在当前数据帧接收到上一跳节点发送的RTS信令时，判断当前节点p
k
是否是当前簇内的最后一个节点，并根据判断结果，如果当前节点不是当前簇内的最后一个节点，执行步骤S4，否则执行步骤S5，直到当前节点为目的节点，转到步骤S8；
[0021]S4：将当前数据帧的下一数据帧作为新的当前数据帧，当前节点在当前数据帧的控制时隙双向发送RTS信令，并与当前簇内的两个相邻节点建立通信；
[0022]S5：将当前数据帧的下一数据帧作为新的当前数据帧，当前节点在当前数据帧的控制时隙双本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超多跳自组网的信道探测与媒体控制方法，其特征在于，包括：步骤S1：确定超多跳自组网的拓扑结构，对超多跳自组网进行初始配置；步骤S2：利用源节点监听信道，发送RTS信令至下一跳节点；步骤S3：将各个中继节点作为当前节点p
k
，当前节点p
k
在当前数据帧接收到上一跳节点发送的RTS信令时，判断当前节点p
k
是否是当前簇内的最后一个节点，并根据判断结果，如果当前节点不是当前簇内的最后一个节点，执行步骤S4，否则执行步骤S5，直到当前节点为目的节点，转到步骤S8；步骤S4：将当前数据帧的下一数据帧作为新的当前数据帧，当前节点在当前数据帧的控制时隙双向发送RTS信令，并与当前簇内的两个相邻节点建立通信；步骤S5：将当前数据帧的下一数据帧作为新的当前数据帧，当前节点在当前数据帧的控制时隙双向发送CTS信令，以通知当前簇的所有节点停止发送或转发参考信号，并通知下一跳节点开始形成新的簇；步骤S6：当前簇内的所有节点在收到其下一跳节点发送的CTS信令后，后向转发CTS信令并停止发送或转发参考信号，直到当前节点为簇头节点，直接结束连续的数据帧的传输；步骤S7：中继节点接收到上一跳节点发送的CTS信令，作为簇头节点开始新的簇的形成，并回到步骤S3；直到当前节点为目的节点，转到步骤S8；步骤S8：目的节点反馈ACK信令至源节点，随后进行数据传输。2.根据权利要求1所述的超多跳自组网的信道探测与媒体控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：步骤S11：确定超多跳自组网的每个节点的位置；步骤S12：进行节点硬件配置，包括：为每个节点配置唯一标识，以为每个节点进行编号；为每个节点配置2个可收发天线，一个天线朝前，一个天线朝后，可收发天线可切换地在放大转发和译码转发的模式下工作；步骤S13：进行数据帧的时隙配置，每一个数据帧的时隙包括一个控制时隙与一个测量时隙；步骤S14：进行控制帧的格式配置，所述控制帧的帧结构包括帧控制，源节点、当前簇的簇头节点、当前节点和目的节点的编号，以及循环校验；帧控制用于区分RTS信令、CTS信令和ACK信令。3.根据权利要求1所述的超多跳自组网的信道探测与媒体控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：步骤S21：源节点进行载波监听以确定信道是否空闲；步骤S22：如果信道空闲则继续步骤S23，否则，等待随机退避时间，然后重复步骤S21以进行载波监听，直到信道空闲，此时继续步骤S23；步骤S23：以当前时刻为起点，源节点开始连续的基于数据帧的发送与接收；步骤S24：源节点在当前数据帧的控制时隙发送RTS信令至其下一跳节点，在当前数据帧的测量时隙发送当前簇的参考信号；步骤S25：将当前数据帧的下一数据帧作为新的当前数据帧，源节点在当前数据帧的控制时隙等待接收源节点的下一跳节点反馈的RTS信令；步骤S26：如果源节点收到源节点的下一跳节点发送的RTS信令，则在接下来的每个数
据帧的测量时隙发送当前簇的参考信号，控制时隙保持空闲以等待接收下一跳节点发送的CTS信令，直到接收到CTS信令或者超时；反之，源节点将下一数据帧作为新的当前数据帧，并回到步骤S24，直到步骤S24的重复次数达到最大重传次数或者源节点收到源节点的下一跳节点发送的RTS信令。4.根据权利要求1所述的超多跳自组网的信道探测与媒体控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：步骤S31：将各个中继节点均作为当前节点p
k
，判断当前节点p
k
是否在当前数据帧的控制时隙接收到当前节点的上一跳节点p
k
‑1发送的RTS信令RTS(h,k
‑
1,d)；步骤S32：在当前节点p
k
接收到来自上一跳节点发送的RTS信令RTS(h,k
‑
1,d)时，当前节点p
k
首先判断当前节点p
k

【专利技术属性】
技术研发人员：刘倩倩，周斌，琚诚，张军，马世乾，王天昊，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：