[发明专利]一种高动态自组织网络高效TDMA协议的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于属于无线自组织网络技术领域，尤其涉及一种高动态自组织网络高效TDMA协议的实现方法。

背景技术

高动态自组织网络，是一种由高速运动的通信节点组成的自组织网络，包括车载移动节点、无人机节点等。高动态自组织网络具有传输距离远、移动速度快、拓扑变化频繁、断链率高等特点。

无线自组织网络的MAC协议中使用最广泛的是CSMA/CA，CSMA/CA通过监听信道和随机回退机制实现信道复用，并通过RTS-CTS信号缓解隐藏终端的问题，网络开销小，但CSMA/CA无法保证数据传输的时间确定性和实时性，也不能提供业务区分，并且其吞吐量在网络负载大的情况下迅速下降，其隐藏终端的问题也没有完全解决。

TDMA是一种按时间片来划分每个成员信息发送时机的接入控制方式，它将时间轴划分成一定长度的、周而复始的时帧。TDMA消除了信道竞争产生的碰撞，隐藏终端问题，在时延、能耗、网络规模方面有优势，特别是解决了时间确定性问题，能够提供实时通信，典型的有SMAC协议。

高动态自组织网络是一种有突出特点的无线自组织网络。网络节点移动速度特别快，对无线通信的延时性和可靠性很严，因而，CSMA/CA无法满足其通信需求。再者，在高动态自组织网络里，有的紧急数据需要及时传输，而有些传感器数据可以推迟传输，这就需要通信协议提供有质量保证的差异服务。此外，由于无线通信的信道带宽是有限的，提高信道利用率和吞吐量有重要意义。还有，由于移动迅速和拓扑变化频繁，高动态自组织网络容易导致节点失效。TDMA固定地将时隙分配给各节点，信道利用率、吞吐量和QoS都无法满足高动态自组网的需求。

而目前的TDMA改进协议在动态调整时隙分配时，普遍按节点分配时隙。由于每轮中节点占据的时隙顺序都是随机的，节点占用时隙的顺序与数据包在各节点的传输顺序不一致，往往造成数据传输需要更多的时隙。另外，不管集中式还是分布式改进型TDMA，其开销都偏大。因此，设计一种满足高动态自组织网络通信需求的高效TDMA协议具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，提供了一种高动态自组织网络高效TDMA协议的实现方法，采用分布式协同调度的方法来动态调整时隙分配，提高信道利用率和吞吐量；并为各类型业务设置优先级，按链路分配时隙，为高优先级的链路提供更好的时延保障和质量保证。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高动态自组织网络高效TDMA协议的实现方法，将时帧分为前导时隙和数据时隙，所述数据时隙包括分配时隙和中断时隙；其中，前导时隙进行分布式调度，源节点根据待发数据流的优先级申请专用虚拟链路或公用虚拟链路；在数据时隙，高优先级节点在各自所属专用虚拟链路发送数据，低优先级节点共用公用虚拟链路发送数据；在中断时隙各节点可自由竞争信道。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

（1）与广泛应用的CSMA/CA相比，本协议采用调度的方式进行信道接入，既避免了随机接入信道带来的冲突，也为各数据传输提供了延时保障，实现了时间确定性。

（2）与TDMA相比，本协议动态调整时隙分配，充分利用信道，提高了信道利用率和吞吐量。

（3）与其他改进型TDMA协议相比，本协议采用公用链路和专用链路的方式分配时隙，实现了高优先级数据的传输顺序与节点占据时隙顺序的一致性，提高了高优先级数据的实时性，为高优先级提供更好的质量服务，也提高了信道利用率和吞吐量。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是时帧结构示意图；

图2是节点流程图；

图3是普通改进型TDMA中节点在时帧中的数据传输示意图；

图4是本发明的协议中链路、节点在时帧的次序以及数据传输情况。

具体实施方式

本发明方法将时帧分为前导时隙、分配时隙和中断时隙。每一时帧的前导时隙都可分布式动态调整时隙分配，提高了信道利用率和吞吐量。在前导时隙，源节点根据待发数据流的优先级申请专用虚拟链路或公用虚拟链路，专用链路只用于经由该路径的数据传输，公用链路由低优先级的数据共用传输，降低了高优先级数据的传输时延，也进一步提高了信道利用率。在分配时隙，各节点在各自所属链路分配时隙发送数据，避免了节点竞争信道产生的冲突。本协议还设计了中断时隙，节点可在中断时隙竞争信道，以便处理突发状况。本发明降低了通信时延，提高了信道利用率和吞吐量，具有较高的可靠性，适用于高动态自组织网络。