[发明专利]分布式TDMA协议中时隙冲突的快速分解方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种时隙冲突的分解方法，适用于移动Ad Hoc网络中TDMA协议，在满足网络需求的条件下，有效地提高网络的传输性能和信道利用率。

背景技术

Ad Hoc网络是一种新型的无线自组织网络，与常用的蜂窝网络和无线局域网不同，它由一组带有无线收发装置的移动节点组成，不需要固定的基站或控制中心，是一种分布式网络结构，可以在任何时候、任何地点快速组建无线网络，因此近年来受到越来越多的关注。

由于Ad Hoc网络是一种多跳网络，传统的竞争多址方式，如CSMA/CA协议的信道吞吐率低、接入时延不可控。因此，国内外多数将动态TDMA协议应用到Ad Hoc网络中。但是，由于Ad Hoc网络拓扑结构动态变化、TDMA协议时隙复用等特点，Ad Hoc网络中不可避免的存在冲突的问题。分布式TDMA时隙冲突导致网络的传输性能和信道利用率下降，其影响不容小觑。

为解决时隙冲突问题，有些论文从TDMA时隙分配入手，期望以更合理的时隙分配来降低时隙冲突概率，但这种方式往往需要网络的整体拓扑结构，这在分布式网络中是难以获得的，而如果仅仅是利用局部的网络拓扑结构来分配时隙，虽然提高了时隙的利用率，但是不能解决由于节点快速移动导致的时隙冲突。另外有些方法从TDMA协议本身入手，与带冲突避免的载波侦听多址访问CSMA/CA协议相结合来避免时隙冲突，但是也存在一些不足。

江苏林洋电子股份有限公司的专利申请“一种微功率无线自组织网络广播通信方法”(公开号CN103826316A，申请号CN201410062676.3)公开了一种微功率无线自组织网络广播通信方法。该方法针对微功率无线自组织网络广播通信的特点和存在的问题，采用CSMA/CA算法和TDMA算法相结合的技术，可以在充分提升广播通信可靠性的情况下提高通信效率，在TDMA基础上提出了时隙同步算法，使得节点具有唯一的时隙，广播数据采用时隙同步算法，使得子节点在广播数据帧接收结束时启动时隙定时器，为转发广播数据帧的时机进行准确同步，从而最大限度避免了数据发送时的冲突。该方法存在的不足是：首先，该方法改变了原有的TDMA协议，增加了协议的复杂度，没有很好的可移植性；其次，采用CSMA-CA算法，信息时延过大，不能适应实时性要求高的Ad Hoc网络。

传统的网络协议按照严格的分层设计，层间接口是静态的，不随网络需求而改变，各层隐藏本层及低层的复杂性，为上层提供服务。分层结构逻辑清晰，可扩展性高，健壮性好，容易实现。但因为非相邻层间不能交互，或者相邻层间不能按需要进行交互，下层协议可轻易获得的信息，上层协议要费很大的力气才能得到，这就造成了资源的浪费和信息的重复。层与层间缺乏必要的信息交互，无法实现网络性能的最优化。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，通过对可获得的物理层信息进行分析和计算，提出一种分布式TDMA协议中时隙冲突的快速分解方法，以提高网络的传输性能和信道利用率。

本发明的技术方案是这样实现的：

一.技术原理

在无线Ad Hoc网络中，节点的移动性会影响到网络协议各层的运行，引起各种网络问题，跨层设计能够交互各层间的信息，更好地解决单层网络中的问题，对于网络性能的优化具有更有意义的作用。同样，Ad Hoc网络中MAC层TDMA协议的时隙冲突问题也能通过跨层设计进行解决。本发明正是利用物理层的跨层信息，准确地预测和检测时隙冲突的发生并及时进行分解。

二.实现方案：

本发明分布式TDMA协议中时隙冲突的快速分解方法，包括如下步骤：

(1)节点在随机设定的时间点入网，建立本节点的时隙表并侦听信道，接收一跳邻节点发来的广播包，获得一跳邻节点的占用时隙和广播包中包含的本节点两跳邻节点的占用时隙；

(2)将一跳和两跳邻节点占用的时隙记录在本节点的时隙表中，在时隙表中随机选择一个与所有已被一跳和两跳邻节点占用的时隙不重复的时隙，标记为发送时隙，将一跳邻节点占用的时隙标记为接收时隙，将两跳邻节点占用的时隙和未被占用的时隙标记为空闲时隙；

每类时隙包括广播段和数据段，每个节点在发送时隙的广播段发送广播包，每个节点在发送时隙的数据段发送数据包；

(3)当网络中某个节点N_j的时钟轮转到某一时隙k的广播段时，查看该节点时隙表，获取时隙k，并根据获取时隙k的时隙类型进行不同操作：如果是接收时隙，则执行步骤(4)，如果是空闲时隙，则执行步骤(5)；