专利名称：一种基于时分复用的信道资源分配方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于时分复用的信道资源分配方法。
背景技术：
时分复用(TDMA)是一种重要的媒质接入方式。TDMA技术将信道资源从时域上进行分割，分成小的时间片，将这些小的时间片分配给需要使用无线资源的节点。时间片通常称为时隙(slot)。每个节点在分配给自己的时隙中可以发送数据，而在其它时间只能接收数据而不能发送。通过这种方式，可以避免节点同时发送数据产生的冲突。TDMA作为一种成熟的通信技术，广泛于各种有线通信和无线通信网络中。在传统TDMA方式中，一个时隙对应于一个节点，这种方式可以被称为扁平式的 TDMA(Flat TDMA, FTDMA)。设有一个多跳网络如
图1所示，则其FTDMA时隙分配方法可以如图加所示。假设每个节点都有一个时隙的数据需要发送，则总共需要8个时隙。采用这种方式，对于信道资源的利用率很低。在多跳网络中，如果距离足够远的多个节点同时发送数据不会引起冲突，那么就可以把一个时隙同时分配给这些节点，达到提高信道利用率的目的。这种通过空间间隔来对TDMA的时隙进行复用的方法就是空分TDMA(Spatial TDMA, STDMA)，也被称为自组织时分复用。使用STDMA后，时隙分配方式可如图2b所示。8个节点全部发送数据所需要的时隙数仅为5个时隙。可见，相对于传统扁平式的时隙分配法， STDMA可以在很大程度上提高信道利用率。对于STDMA网络来说，主要问题就是如何进行时隙分配。具体的时隙分配方法决定了网络的性能。STDMA时隙分配方法有集中式和分布式两种。集中式时隙分配方法是由控制中心分配时隙，并通知各个节点来执行。这种方法需要单独的服务器。分布式时隙分配方法则是由各个节点分别计算，不需要集中处理的设备。对于大规模的自组织网络来讲， 使用分布式时隙分配方式比较合适。分布式STDMA的一种现有时隙分配方法时隙结构如图3所示。可以看到，时间被分成了等长的时隙，每两个时隙之间有一小段的时隙同步和时隙保护。每个时隙被分成了两部分。第一部分是“控制”部分，需要发送数据的节点在该部分提出发送请求，并根据收到的请求信息分别计算自己能否在该时隙中发送数据。如果计算的结果是“能”，则该节点就在之后的第二部分，“数据”部分发送数据；如果计算的结果是不能，则该节点就放弃在这个时隙发送数据，等待下一个时隙重新竞争。“控制”部分分为等长的两部分，每部分都由N个微时隙组成。其中N为网络中的节点个数。每一部分的N个微时隙按照节点序号依次分配给各个节点。在第一部分，需要发送数据的节点在分配给自己的微时隙中发出请求数据包。请求数据包是一个二元数组， 其中第一个参数代表当前要发送的数据的目的目的地址(用目的节点的序号表示)；第二个参数代表当前发送数据的优先值。在第二部分，节点在分配给自己的微时隙中将自己在第一部分收到的优先值最大的请求数据包转发，转发请求数据包也是一个二元数组，第一个参数代表发请求的源节点序号，第二个参数代表要发送数据的优先值。
针对可能产生竞争的情况，节点竞争时隙的具体计算方法如下1)如果节点i有需要发送的数据，则在“控制”段的第一部分自己对应的微时隙中发送请求数据包；2)节点i记录在“控制”段收到的请求数据包，选取优先值最高的一组，在“控制” 段的第二部分自己对应的微时隙中转发；3)如果在“控制”段第一部分收到的请求数据包中的目的地址参数是自己，节点i 比较自己的优先值与请求数据包中的优先值参数，如果请求数据包中的优先值参数比自己的优先值高，则节点i放弃对该时隙“数据”部分的竞争，并调整自己的优先值；如果请求数据包中的优先值参数与自己的优先值相等并且源节点序号j < i，则节点i放弃对该时隙 “数据”部分的竞争，并调整自己的优先值；4)如果在“控制”段第一部分收到的请求数据包中目的地址参数是自己的一跳邻居，节点i比较自己的优先值与请求数据包中的优先值参数，如果请求数据包中的优先值参数比自己的优先值高，则节点i放弃对该时隙“数据”部分的竞争，并调整自己的优先值； 如果请求数据包中的优先值参数与自己的优先值相等并且源节点序号j < i，则节点i放弃对该时隙“数据”部分的竞争，并调整自己的优先值；5)节点i比较自己的优先值与在“控制”段第二部分收到的请求数据包中的优先值参数，如果这组数据中的优先值参数比自己的优先值高，则节点i放弃对该时隙“数据” 部分的竞争，并调整自己的优先值；如果请求数据包中的优先值参数与自己的优先值相等并且源节点序号j < i，则节点i放弃对该时隙“数据”部分的竞争，并调整自己的优先值。该现有技术在分配时隙时一次只给节点分配一个时隙，不够灵活，同时也未考虑各个节点发送数据的需求差异。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于时分复用的信道资源分配方法。本发明提供了一种基于时分复用的信道资源分配方法，包括步骤1，节点检测自身的状态标志，并根据状态标志在当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送数据包；状态标志为竞争标志、占用标志或禁止标志，竞争标志表征节点能够竞争当前时隙，占用标志表征节点已占用当前时隙，禁止标志表征禁止节点在当前时隙发送数据；在状态标志为竞争标志时，当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送的数据包中包含节点需要预约的时隙数；在状态标志为占用标志时，当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送的数据包中包含节点还需要占用的时隙数；在状态标志为禁止标志时，当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送的数据包中包含节点还要被禁止发送数据的时隙数；当前时隙控制部分的第一阶段具有N个微时隙，N为网络中的节点数；节点需要预约的时隙数、节点需要占用的时隙数或节点被禁止发送数据的时隙数包含当前时隙；步骤2，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段接收到的数据包生成需要转发的数据包，并在当前时隙控制部分的第二阶段对应的微时隙中转发；当前时隙控制部分的
7第二阶段具有N个微时隙；步骤3，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段和当前时隙控制部分的第二阶段接收到的数据包计算竞争结果，并根据竞争结果更新节点的状态标志；竞争成功的节点在所预约到的时隙中发送数据。在一个示例中，步骤1中，状态标志还可以为表征节点无数据需要发送的无数据标志；状态标志为表征节点无数据需要发送的无数据标志时，具有无数据标志的节点在当前时隙控制部分的第一阶段对应的时隙不发送数据包。在一个示例中，节点在当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送数据包的类型包括竞争请求数据包、已占用声明数据包和被禁止声明数据包；竞争请求数据包中还包括数据包的类型值和需要发送数据的优先值，已占用声明数据包中还包括数据包的类型值，被禁止声明数据包中还包括数据包的类型值和需要发送数据的优先值。在一个示例中，节点在当前时隙控制部分的第二阶段对应的微时隙中转发数据包的类型包括转发占用声明数据包、转发竞争请求数据包和转发禁止声明数据包，数据包的类型用类型值表征；转发占用声明数据包中包括数据包的类型值和节点接收到的所有已占用声明中最大还需占用的时隙数，转发竞争请求数据包中包括数据包的类型值、接收到的竞争请求数据包中的最大优先值、发送具有该最大优先值的竞争请求的节点地址以及具有该最大优先值的竞争请求数据包中的节点预约时隙数；如果具有该最大优先值的竞争请求有若干个，发送具有该最大优先值的竞争请求的节点地址为具有最大预约时隙数的竞争请求的节点地址，如果具有最大优先值和最大预约时隙数的竞争请求有若干个，则发送具有该最大优先值的竞争请求的节点地址为序号最小的或序号最大的发送具有该最大优先值和最大预约时隙数的竞争请求的节点地址；转发禁止声明数据包中包括数据包的类型值、 节点接收到的被禁止声明数据包中的最大优先值以及节点接收到的被禁止声明数据包中的最小被禁止发送数据的时隙数。在一个示例中，节点保存自有数据队列和转发数据队列，自有数据队列用于保存节点自己产生的数据，转发数据队列保存需要转发的数据队列；节点还保存与转发数据队列对应的转发节点表，转发节点表保存产生需要转发数据的节点地址以及该节点需要转发的数据包的个数。在一个示例中，步骤1中状态标志为占用标志时，节点在当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送已占用声明数据包，已占用声明数据包中节点需要占用的时隙数为还需要连续发送的时隙数；状态标志为竞争标志时，节点需要预约的时隙数按照
权利要求
1.一种基于时分复用的信道资源分配方法，其特征在于，包括步骤1，节点检测自身的状态标志，并根据状态标志在当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送数据包；状态标志为竞争标志、占用标志或禁止标志，竞争标志表征节点能够竞争当前时隙，占用标志表征节点已占用当前时隙，禁止标志表征禁止节点在当前时隙发送数据；在状态标志为竞争标志时，当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送的数据包中包含节点需要预约的时隙数；在状态标志为占用标志时，当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送的数据包中包含节点还需要占用的时隙数；在状态标志为禁止标志时，当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送的数据包中包含节点还要被禁止发送数据的时隙数；当前时隙控制部分的第一阶段具有N个微时隙，N为网络中的节点数；节点需要预约的时隙数、节点需要占用的时隙数或节点被禁止发送数据的时隙数包含当前时隙；步骤2，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段接收到的数据包生成需要转发的数据包，并在当前时隙控制部分的第二阶段对应的微时隙中转发；当前时隙控制部分的第二阶段具有N个微时隙；步骤3，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段和当前时隙控制部分的第二阶段接收到的数据包计算竞争结果，并根据竞争结果更新节点的状态标志；竞争成功的节点在所预约到的时隙中发送数据。
2.如权利要求1所述的信道资源分配方法，其特征在于，步骤1中，状态标志还可以为表征节点无数据需要发送的无数据标志；状态标志为表征节点无数据需要发送的无数据标志时，具有无数据标志的节点在当前时隙控制部分的第一阶段对应的时隙不发送数据包。
3.如权利要求2所述的信道资源分配方法，其特征在于，节点在当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送数据包的类型包括竞争请求数据包、已占用声明数据包和被禁止声明数据包；竞争请求数据包中还包括数据包的类型值和需要发送数据的优先值，已占用声明数据包中还包括数据包的类型值，被禁止声明数据包中还包括数据包的类型值和需要发送数据的优先值。
4.如权利要求3所述的信道资源分配方法，其特征在于，节点在当前时隙控制部分的第二阶段对应的微时隙中转发数据包的类型包括转发占用声明数据包、转发竞争请求数据包和转发禁止声明数据包，数据包的类型用类型值表征；转发占用声明数据包中包括数据包的类型值和节点接收到的所有已占用声明中最大还需占用的时隙数，转发竞争请求数据包中包括数据包的类型值、接收到的竞争请求数据包中的最大优先值、发送具有该最大优先值的竞争请求的节点地址以及具有该最大优先值的竞争请求数据包中的节点预约时隙数；如果具有该最大优先值的竞争请求有若干个，发送具有该最大优先值的竞争请求的节点地址为发送具有最大预约时隙数的竞争请求的节点地址，如果具有最大优先值和最大预约时隙数的竞争请求有若干个，则发送具有该最大优先值的竞争请求的节点地址为序号最小的或序号最大的发送具有该最大优先值和最大预约时隙数的竞争请求的节点地址；转发禁止声明数据包中包括数据包的类型值、节点接收到的被禁止声明数据包中的最大优先值以及节点接收到的被禁止声明数据包中的最小被禁止发送数据的时隙数。
5.如权利要求4所述的信道资源分配方法，其特征在于，节点保存自有数据队列和转发数据队列，自有数据队列用于保存节点自己产生的数据，转发数据队列保存需要转发的数据队列；节点还保存与转发数据队列对应的转发节点表，转发节点表保存产生需要转发数据的节点地址以及该节点需要转发的数据包的个数。
6.如权利要求5所述的信道资源分配方法，其特征在于，步骤1中 状态标志为占用标志时，节点在当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送已占用声明数据包，已占用声明数据包中节点需要占用的时隙数为还需要连续发送的时隙数；状态标志为竞争标志时，节点需要预约的时隙数按照
7.如权利要求6所述的信道资源分配方法，其特征在于，步骤2中状态标志为无数据标志、竞争标志或禁止标志时，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段侦听的数据包类型值判定接收到已占用声明数据包，则状态标志设置为禁止标志， 并在当前时隙控制部分的第二阶段对应时隙发送转发占用声明数据包；状态标志为无数据标志、竞争标志或禁止标志时，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段侦听的数据包类型值判定仅收到竞争请求数据包，则在当前时隙控制部分的第二阶段对应时隙发送转发竞争请求数据包；状态标志为无数据标志、竞争标志或禁止标志时，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段侦听的数据包类型值判定仅收到竞争请求数据包和禁止声明数据包，如果竞争请求数据包中的最大优先值大于或等于禁止声明数据包中的最大优先值，则在当前时隙控制部分的第二阶段对应时隙发送转发竞争请求数据包，否则在当前时隙控制部分的第二阶段对应时隙发送转发禁止声明数据包；状态标志为无数据标志、竞争标志或禁止标志时，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段侦听的数据包类型值判定仅收到禁止声明数据包，则在当前时隙控制部分的第二阶段对应时隙发送转发禁止声明数据包。
8.如权利要求7所述的信道资源分配方法，其特征在于，步骤3中状态标志为竞争标志时，节点根据当前时隙控制部分的第一阶段侦听的数据包类型值和/或在当前时隙控制部分的第二阶段侦听的数据包类型值判定收到已占用声明数据包和/或转发占用声明数据包，则状态标志设置为禁止标志，节点被禁止发送数据的时隙数为在当前时隙控制部分的第一阶段和/或当前时隙控制部分的第二阶段接收到的占用声明数据包和/或转发占用声明数据包中最大的已占用时隙数；状态标志为竞争标志时，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段侦听的数据包类型值和在当前时隙控制部分的第二阶段侦听的数据包类型值判定未收到已占用声明数据包和/或转发占用声明数据包，而收到竞争请求数据包和/或转发竞争请求数据包，则比较竞争请求数据包和/或转发竞争请求数据包中需要发送数据的优先值与节点自己需要发送数据的优先值，如果竞争请求数据包和/或转发竞争请求数据包中需要发送数据的优先值大于节点自己需要发送数据的优先值，则该节点状态标志设置为禁止标志，节点被禁止发送数据的时隙数为竞争请求数据包和/或转发竞争请求数据包中预约的最大时隙数；状态标志为竞争标志时，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段侦听到的数据包类型值和在当前时隙控制部分的第二阶段侦听的数据包类型值判定收到被禁止声明数据包和/或转发禁止声明数据包，则比较被禁止声明数据包和/或转发禁止声明数据包中的优先值与节点自己需要发送数据的优先值，如果被禁止声明数据包和/或转发禁止声明数据包中的优先值大于节点自己需要发送数据的优先值，则节点最大可预约时隙数设置为被禁止时隙数最小的被禁止声明数据包和/或转发禁止声明数据包中的被禁止时隙数；状态标志为竞争标志时，在当前时隙控制部分的第二阶段结束时如果状态标志未被设置为禁止标志，则状态标志设置为占用标志；状态标志为禁止标志时，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段侦听的数据包类型值和在当前时隙控制部分的第二阶段侦听的数据包类型值判定未收到已占用声明数据包和/或转发占用声明数据包，则状态标志设置为竞争标志。
9.如权利要求8所述的信道资源分配方法，其特征在于，步骤3中状态标志为占用标志时，节点在除第一个时隙之外的预约时隙的控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送已占用声明数据包，并且在除第一个时隙之外的预约时隙的控制部分的第二阶段对应的微时隙中不发送数据包。
10.如权利要求9所述的信道资源分配方法，其特征在于，步骤3中状态标志为占用标志时，节点选择具有最大优先级的数据进行发送并更新自有数据队列，或者转发数据队列和转发节点表，并在所预约时隙用完之后将状态标志设置为竞争标志或者无数据发送标志。
11.如权利要求10所述的信道资源分配方法，其特征在于，该信道资源分配方法还包括步骤4，如果节点接收到的数据目的MAC地址和目的网络地址分别是节点自己的MAC地址和网络地址，则将接收的数据发送到节点自身的应用程序进行处理，如果节点接收到的数据的目的MAC地址是节点自己的MAC地址而数据的目的网络地址不是节点自己的网络地址，则将接收到的数据加入转发数据队列，并更新转发节点表；在被禁止发送数据的时隙为零时，将状态标志设置为竞争标志或者无数据发送标志。
12.如权利要求8所述的信道资源分配方法，其特征在于，状态标志为无数据标志、竞争标志或禁止标志时，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段侦听的数据包类型值判定仅收到竞争请求数据包，则在当前时隙控制部分的第二阶段对应时隙发送转发竞争请求数据包，该转发竞争请求数据包的优先值为竞争请求数据包中最大的优先值；如果若干个竞争请求数据的优先值相同，则转发具有最小序号的节点发送的竞争请求或具有最大序号的节点发送的竞争请求；状态标志为竞争标志时，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段侦听的数据包类型值和在当前时隙控制部分的第二阶段侦听的数据包类型值判定未收到已占用声明数据包和转发占用声明数据包，而收到竞争请求数据包和/或转发竞争请求数据包，则比较竞争请求数据包和/或转发竞争请求数据包中需要发送数据的优先值与节点自己需要发送数据的优先值，如果竞争请求数据包和/或转发竞争请求数据包中需要发送数据的优先值等于节点自己需要发送数据的优先值，则比较发送竞争请求数据包和/或转发竞争请求数据包的源节点序号与该节点的序号，如果发出竞争请求数据包和/或转发竞争请求数据包的节点序号小于该节点自身的序号，状态标志设置为禁止标志，或者发出竞争请求数据包和/ 或转发竞争请求数据包的节点序号大于该节点自身的序号，则状态标志设置为禁止标志； 节点被禁止发送数据的时隙数为竞争请求数据包和/或转发竞争请求数据包中预约的最大时隙数。
全文摘要
本发明公开了一种基于时分复用的信道资源分配方法，包括步骤1，节点检测自身的状态标志，并根据状态标志在当前时隙控制部分的第一阶段对应的微时隙中发送数据包；当前时隙控制部分的第一阶段具有N个微时隙，N为节点数目；步骤2，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段接收到的数据包生成需要转发的数据包，并在当前时隙控制部分的第二阶段对应的微时隙中转发；当前时隙控制部分的第二阶段具有N个微时隙；步骤3，节点根据在当前时隙控制部分的第一阶段和当前时隙控制部分的第二阶段接收到的数据包计算竞争结果，并根据竞争结果更新节点的状态标志；竞争成功的节点在所预约到的时隙中发送数据。本发明使得节点一次可预约多个时隙。
文档编号H04W72/04GK102281640SQ20111022761
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者刘韵洁, 李莉, 陈建亚 申请人:北京邮电大学