[发明专利]一种基于TDMA的无线MESH网络分布式资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于TDMA的无线MESH网络分布式资源分配的方法，该方法利用邻居节点之间的信息交互获取两跳范围内各个节点的时隙申请情况，在时隙申请过程中加入节点负载参数解决了各个节点发送数据的需求差异问题，在时隙分配过程中采用优化的优先级列表给各个节点的分配时隙，使得各个节点分配的时隙在一个时帧中近似均匀分布，在数据传输过程中根据各条数据流的路径选择节点发送时隙顺序，使得数据流的时隙顺序与路径上的节点顺序一致，进一步降低了时延和提高了时隙复用度。本发明实现了分布式无线MESH网络信道资源的无冲突分配，降低了通信时延，提高了信道的利用率和网络的吞吐量，适用于分布式无线MESH网络。

技术领域

本发明涉及无线网状网络技术领域，尤其涉及一种基于TDMA的无线MESH网络分布式资源分配方法。

背景技术

无线MESH网络是一个动态的可以不断扩展的自组织网络架构，具备无中心、自组织、多跳、动态拓扑等特点，拥有快速部署、易于安装、非视距传输、可靠性高、结构灵活及高带宽等优势，目前成为“最后一公里”的网络接入方案之一。无线MESH网络是由Ad Hoc网络发展演化而来，是Ad Hoc网络技术和接入网技术的结合。但是由于无线MESH网络具备无线Ad Hoc网络所不具有的一些特点，因此无法将Ad Hoc网络的协议很好的应用于无线MESH网络。近年来，随着互联网的快速发展，各种应用业务的出现对无线MESH网络在带宽、时延以及时延抖动方面的要求也越来越高。

目前无线MESH网络的信道接入机制主要分为CSMA和TDMA两种。基于CSMA的接入方式在负载较小时性能表现较好，但随着负载的增加和网络中节点数目的增加，冲突的概率急剧上升，性能急剧恶化。同时，基于CSMA的接入方式也无法保证各种应用业务对延时的要求。基于TDMA的接入方式清晰地将信道分为时间片，能够实现无冲突的调度，同时还具有处理不同优先级业务类型的能力，保证各种业务的QoS要求。但是目前关于TDMA接入方式的方案不管是信道利用率还是时延以及时延抖动都存在一定的缺陷。

在传统的TDMA方式中，一个时隙对应一个节点，这种方式的信道利用率低。随着近几年来对分布式网络信道资源分配的研究，目前的技术方案已经对基于TDMA的信道资源分配方式做了很大的改进，提高了信道利用率。但是现有的方案在时隙的复用度和时延方面做了很大改进，但是并未同时考虑时延抖动问题和各个节点发送数据的需求差异问题。此外，现有的方案和技术中控制开销部分过大，无法真正应用于实际工程中。

申请号为201210334498.6的发明专利公开了一种高动态自组织网络高效TDMA协议的实现方法。具体地，采用的是基于链路的时隙分配方法，该发明中在给链路分配时隙时，采用类似于CSMA/CA的随机退避机制发送调度信息，当节点数目增多和网络的负载增加，发送调度信息的冲突概率急剧增加，而前导时隙每个时隙长度是固定的，最后无法实现完成为链路分配时隙，信道利用率急剧下降，网络的性能急剧下降。

申请号为201110227612.0的发明专利公开了一种基于时分复用的信道资源分配方法。具体地，采用的是基于节点的时隙分配方法，在该发明中，每个时隙分为控制部分和数据部分，控制部分分为两个阶段，每个阶段包含N(N为网络中最大的节点数目)个微时隙用于发送分配时隙包，该时隙分配方法中控制开销过大，并且没有考虑时延抖动的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于TDMA的无线MESH网络分布式资源分配的方法，采用TDMA的调度方式进行信道接入，解决了随机接入信道带来的冲突，也为数据传输提供了延时保障；在进行时隙申请过程加入各个节点的业务数据量的负载参数，解决了各个节点发送数据的需求差异问题；在进行时隙分配过程采用了优化的优先级列表，使各个节点分配到的时隙在一个时帧中近似均匀分布，解决了时隙抖动问题，从而降低了时延；在数据发送阶段，若节点分配到多个不同的数据时隙，则对经过该节点的不同数据流进行不同的时隙选择，通过时隙选择算法保证数据流中的时隙顺序与节点顺序一致，从而进一步降低了数据流端到端的时延。