[发明专利]基于令牌环的无线自组网MAC层信道接入和资源预留方法

说明书

本发明涉及一种基于令牌环的无线自组网MAC层信道接入和资源预留方法，具体为：将时隙资源划分为超帧，每个超帧划分为四段子帧，并规定每段子帧的数据传输方向以避免隐藏终端的影响。建立优化模型，通过时隙数目优化算法得出各段子帧的时隙数目和总时隙数目，获得较小的端到端时延。

技术领域

本发明涉及无线自组网技术领域，特别是涉及一种基于令牌环的无线自组网MAC层信道接入和资源预留方法。

背景技术

无线自组网也称为Adhoc网络，是由一组采用无线通信方式具有终端和路由功能的节点组成，不依赖预设的基础设施，能够临时、快速、自动组网。具有分布式、自组织、多跳传输等特征。Ad hoc网络由于其组网灵活、抗干扰、投资成本低等优势广泛应用于协同作战通信、抢险救灾、野外科考、传感器网络等领域。

随着自组网技术的发展，ad hoc网络呈现多样化、复杂化、体系化的趋势。如今人们对多媒体业务需求不断增加，利用ad hoc网络传输语音、图像等实时性业务，保证服务质量(Quality ofService，QoS)是一个研究热点。在多跳网络中端到端时延(end-to-enddelay)是衡量服务质量的重要指标。针对QoS，目前主要从路由协议[3-4]、MAC接入机制与资源预留[5-6]等方面入手。而MAC层技术主要解决无线信道共享、接入控制、冲突避免等问题，对数据传输性能和网络总体性能具有重大影响。MAC层保证QoS主要通过设计混合接入控制机制来实现。当前主流接入机制主要基于CSMA机制和TDMA机制实现的混合接入机制。在多跳网络中隐藏终端和暴露终端问题严重影响了服务质量。

考虑现有机制存在的不足，针对两跳网络重新设计了帧结构(将一个超帧分为四段子帧)，提出了一种基于令牌环的接入方案，并对每个子帧的时隙数目和超帧的总时隙数目提出了优化方案。网络模型如图1所示。一个两跳网络被分为三个区域，areaA，area B和area C。虚线圆圈内的节点可以互相监听到数据帧和控制帧，虚线圆圈外的节点对虚线圆圈内的节点不会造成干扰，即areaA和area C中的节点构成全连通网络，areaB和area C中的节点构成全连通网络，但areaA(area B)中的节点不在area B(areaA)中节点的传输范围之内。

针对MAC层接入机制与资源预留问题，研究者进行了大量研究工作并提出了一些解决方案。

DTSA方案适用于多跳网络，数据包携带发送节点的帧长，分配的时隙，最大帧长，其邻居节点和数据。新节点通过向邻居节点发送REQ包(Request packet)询问竞争区(两跳范围内)所有节点的帧长和时隙分配信息。竞争区内节点在其时隙发送INF(Informationpacket)包回复新节点。新节点根据得到的信息发送SUG包(Suggestionpacket)声明其占用的时隙。其邻居节点回复REP包(Reply packet)。至此新节点获得时隙资源。而LA-MAC方案是DTSA方案的改进，通过负载信息和丢包率确定策略，在丢包率达到阈值时，使所有可能的隐藏节点静默，减少冲突提高传输效率。但在两跳网络模型下，端到端时延和吞吐率均不理想。

TA-MAC方案网络模型如图1所示。方案将超帧划分为三段子帧T_ac，T_bc和T_ab，超帧结构如图2所示，其中T_s表示最小传输时隙，为传输一个数据包所需的时间，M_ac、M_bc和M_ab分别表示每个子帧的时隙数目，超帧总长为M个时隙。

但是，超帧结构按照TA-MAC方案划分，存在令牌无意义轮询时隙浪费的情况，比如当area C中的节点在T_ac(T_bc)子帧没有发往areaA(area B)的数据而有发往area B(areaA)的数据时，令牌将被多次无意义循环到这些节点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于令牌环的无线自组网MAC层信道接入和资源预留方法，获得较小的端到端时延。