一种无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法与流程

1.本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法。


背景技术：

2.无线自组网是一个由多个节点组成的、动态组网的多跳的移动性对等网络。网络中没有严格的控制中心节点，各节点自行组网。通信时，当节点与其覆盖范围外节点通信时由其他节点进行数据的多跳转发。网络的拓扑结构随着各节点的移动随时变化。无线自组网全网各个节点共享相同的无线信道，各节点由于相互位置不断变化，不存在固定的连接。因此无线自组网需要特别设计节点间信道资源的分配算法。典型的分为两类：竞争类分配方法和时分多址(tdma)类分配方法。
3.竞争类分配方法，基于竞争的随机访问机制，当网络节点数增加，数据业务增加时，信道冲突的程度也会逐渐增加，信道的利用率和可靠性随之降低。
4.时分多址(tdma)接入方法，各个节点占用不同的时隙，解决了竞争类方法网络信道利用率和可靠性受限于网络规模的问题，但同时又引入了逻辑上中心节点。网络信道分配存在请求、仲裁、应答等过程，信道分配依赖中心节点，削弱了自组网各节点对等的特性。分配过程中主从节点间采用交互式握手协议，当各节点不断运动，无线网络存在干扰、遮挡等情况时，握手过程成功率不高。实际使用场景中，降低了网络健壮性、资源分配的可靠性。基于以上问题，亟需提供一种新的无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了提供一种无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法，不需要主节点存在，也不需要请求、仲裁、响应的握手交互环节，具有无仲裁节点、避免冲突、成功率高的特点。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法，包括：时隙结构划分、广播时隙中时隙需求信息组成、基于广播时隙的节点时隙需求全网更新方法、共享可用时隙判断方法和时隙动态分配方法；
8.所述时隙结构划分的步骤为：
9.a1，采用时分方式，将网络信道资源按时间划分为周期性重复的超帧；
10.a2，将超帧划分为多个子帧s1，s2
…
sz，网络中每个节点占用一个子帧，子帧数量决定全网设计的最大节点数；
11.a3，每个子帧再划分为多种类型的时隙，包括广播时隙b、固定时隙f1，f2
…
fm、动态时隙d1，d2
…
dn；
12.所述广播时隙中时隙需求信息组成包含一个s_seq，z个d_id、duration、d_num，其中s_seq为超帧计数，无符号计数值，每个超帧递增加1，记到最大值后翻转为0；d_id为节点
入网后的占据的子帧编号，各节点唯一不重叠；duration为节点声明从当前s_seq计数对应的超帧起，声明多少个超帧的时隙需求信息；d_num表示节点声明自身所有拥有的动态时隙d1，d2
…
dn中，在duration所对应的将来超帧中，自身所保留自用的时隙数目；
13.所述基于广播时隙的节点时隙需求全网更新方法具体为：
14.b1，各个节点通过广播时隙b向全网广播自身的时隙需求信息(s_seq、d_id、duration、d_num)；
15.b2，各个节点同时监听接收来自其他节点的时隙需求信息，将收到的其他节点的时隙需求信息与本地已有旧的时隙需求信息做比较，保留s_seq更新的时隙需求信息，填入自己节点的广播时隙，在自身对应的广播时隙中广播出去；
16.所述共享可用时隙判断方法具体为：各节点接收到其他节点的广播时隙b，更新获取各节点当前最新的时隙需求信息(s_seq、d_id、duration、d_num)后，当s_seq超帧计数对全网设计最大子帧计数z取模，计算结果s_seq mod z等于自身d_id时，表示该节点可使用全网动态分享时隙；
17.所述时隙动态分配方法具体为：
18.c1，节点对全网所有其他节点的子帧进行解算，选择当前s_seq超帧计数大于等于节点时隙需求信息(s_seq、d_id、duration、d_num)中s_seq，小于等于s_seq duration的节点；
19.c2，判断该节点所属子帧中n个动态时隙前d_num数量的时隙不用，其余d_num，d_num 1
…
dn作为共享给自己的动态时隙，用来发送业务数据；
20.c3，所有节点均按相同策略依次轮转方式占用共享时隙，完成时隙动态分配。
21.可选的，针对划分的时隙结构，在无线自组网各节点入网后，每个节点分别占用超帧中唯一不重复的子帧；每个节点拥有一个广播时隙，用来向其他节点广播网络控制信息，包括节点的子帧编号、超帧计数及时隙需求；每个节点保留m个固定时隙，仅供本节点使用，用于设计保留网络最小通信需求；每个节点保留n个动态时隙，在节点通信业务有时隙富余时，动态分享给其他节点使用。
22.可选的，在时隙动态分配的过程中，当网络中节点数小于全网最大设计节点数时，空闲子帧对应广播帧b因为没有对应设备发送数据，各节点收到的对应时隙需求信息(s_seq、d_id、duration、d_num)各字段均为0，则各节点对用计算可得空闲子帧所有的动态时隙均为可占用共享时隙，从而使用所有可用时隙，此时，采用保守策略，只使用空闲子帧的所有动态时隙d1，d2
…
dn；或采用激进策略，使用空闲子帧的所有固定时隙f1，f2
…
fn和动态时隙d1，d2
…
dn，获得最大网络利用率。
23.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法，网络时隙的共享与动态分配不需要主节点存在，分配过程也不需要请求、仲裁、响应的握手交互环节，各个节点只需保持监听和更新扩散接收到的其他节点时隙需求信息，各节点自行解算广播时隙，即可无冲突地获取当前来自其他节点的有效可占用共享时隙；固定时隙、动态时隙相结合保证网络绝对最小可用通信能力时隙分配公平、轮转无时隙冲突。本发明提供的无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法具有无仲裁节点、避免冲突、成功率高的特点。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法的全网信道划分结构示意图；
26.图2为本发明无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法的广播时隙b包含的字段图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明的目的是为了提供一种无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法，不需要主节点存在，也不需要请求、仲裁、响应的握手交互环节，具有无仲裁节点、避免冲突、成功率高的特点。
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
30.本发明提供的无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法包括：时隙结构划分、广播时隙中时隙需求信息组成、基于广播时隙的节点时隙需求全网更新方法、共享可用时隙判断方法和时隙动态分配方法；
31.所述时隙结构划分如图1所示，所述时隙结构划分的步骤为：
32.a1，采用时分方式，将网络信道资源按时间划分为周期性重复的超帧；
33.a2，将超帧划分为多个子帧s1，s2
…
sz，网络中每个节点占用一个子帧，子帧数量决定全网设计的最大节点数；
34.a3，每个子帧再划分为多种类型的时隙，包括广播时隙b、固定时隙f1，f2
…
fm、动态时隙d1，d2
…
dn；
35.无线自组网各节点入网后，每个节点分别占用超帧中唯一不重复的子帧；每个节点拥有一个广播时隙，用来向其他节点广播网络控制信息，包括节点的子帧编号、超帧计数及时隙需求；每个节点保留m个固定时隙，仅供本节点使用，可用于设计保留网络最小通信需求，如话音业务；每个节点保留n个动态时隙，在节点通信业务有时隙富余时，动态分享给其他节点使用；
36.广播时隙中时隙需求信息组成如图2所示，广播时隙b包含下列几个字段用于动态时隙分配：其中s_seq为超帧计数，无符号计数值，每个超帧递增加1，记到最大值后翻转为0；d_id为节点入网后的占据的子帧编号，各节点唯一不重叠；duration为节点声明从当前s_seq计数对应的超帧起，声明多少个超帧的时隙需求信息；d_num表示节点声明自身所有拥有的动态时隙d1，d2
…
dn中，在duration所对应的将来超帧中，自身所保留自用的时隙数
目；广播时隙中包含一个s_seq，z个d_id、duration、d_num，分别对应全网中z个节点，表达对应节点dx的时隙需求信息；
37.所述基于广播时隙的节点时隙需求全网更新方法具体为：
38.b1，各个节点通过广播时隙b向全网广播自身的时隙需求信息(s_seq、d_id、duration、d_num)；
39.b2，各个节点同时监听接收来自其他节点的时隙需求信息，将收到的其他节点的时隙需求信息与本地已有旧的时隙需求信息做比较，保留s_seq更新的时隙需求信息，填入自己节点的广播时隙，在自身对应的广播时隙中广播出去；各节点通过此种方式不断更新合并的方式将非相邻的节点的时隙需求通过多跳扩散至全网；
40.所述共享可用时隙判断方法具体为：各节点接收到其他节点的广播时隙b，更新获取各节点当前最新的时隙需求信息(s_seq、d_id、duration、d_num)后，当s_seq超帧计数对全网设计最大子帧计数z取模，计算结果s_seq mod z等于自身d_id时，表示该节点可使用全网动态分享时隙；
41.所述时隙动态分配方法具体为：
42.c1，节点对全网所有其他节点的子帧进行解算，选择当前s_seq超帧计数大于等于节点时隙需求信息(s_seq、d_id、duration、d_num)中s_seq，小于等于s_seq duration的节点；
43.c2，判断该节点所属子帧中n个动态时隙前d_num数量的时隙不用，其余d_num，d_num 1
…
dn作为共享给自己的动态时隙，用来发送业务数据；
44.c3，所有节点均按相同策略依次轮转方式占用共享时隙，完成时隙动态分配；
45.当网络中节点数小于全网最大设计节点数时，空闲子帧对应广播帧b因为没有对应设备发送数据，各节点收到的对应时隙需求信息(s_seq、d_id、duration、d_num)各字段均为0，则各节点对用计算可得空闲子帧所有的动态时隙均为可占用共享时隙，从而能够使用所有可用时隙，此时采用保守策略，只使用空闲子帧的所有动态时隙d1，d2
…
dn以避免隐藏节点冲突，提高健壮性，也可以采用激进策略，使用空闲子帧的所有固定时隙f1，f2
…
fn和动态时隙d1，d2
…
dn，获得最大网络利用率。
46.本发明提供的无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法，网络时隙的共享与动态分配不需要主节点存在，分配过程也不需要请求、仲裁、响应的握手交互环节，各个节点只需保持监听和更新扩散接收到的其他节点时隙需求信息，各节点自行解算广播时隙，即可无冲突地获取当前来自其他节点的有效可占用共享时隙；固定时隙、动态时隙相结合保证网络绝对最小可用通信能力时隙分配公平、轮转无时隙冲突。本发明提供的无仲裁节点无握手的自组网时隙动态分配方法具有无仲裁节点、避免冲突、成功率高的特点。
47.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。