[发明专利]一种多收发信机多信道无线Ad Hoc网络的信道资源分配方法

说明书

本发明涉及无线移动自组织网络领域，本发明公开了一种多收发信机多信道无线Ad Hoc网络的信道资源分配方法，基于TDMA的分布式信道资源进行动态分配调度，对信道资源采用面向节点和面向链路两者相结合的混合分配机制，面向节点的资源分配和传输用于广播应用，面向链路的资源分配和传输用于支持大数据量的点对点单播业务流；不限制无线Ad Hoc网络中节点具有相同的收发信机配置以支持异构节点组网，节点收发信机数和工作信道数弹性可变，且能够降至单收发信机及单信道条件。本发明对信道资源采用面向节点和面向链路两者相结合的混合分配机制，在广播和单播数据传输的资源使用上更有针对性，提高了信道资源的利用效率。

技术领域

本发明涉及无线移动自组织网络技术领域，尤其涉及一种多收发信机多信道无线Ad Hoc网络的信道资源分配方法。

背景技术

无线Ad Hoc网络具备无中心、自组织的特点，无需架设固定的基础设施，可以快速铺开，自行完成网络的组建，具备较强的机动性、灵活性和抗毁性，可以广泛应用于战场通信、应急救灾通信等场景。由于无线Ad Hoc网络的特点，其通常需要设计有别于固定网络和有中心网络的专用MAC协议。

根据节点工作信道数的不同，无线Ad Hoc网络可以分为单信道Ad Hoc网络和多信道Ad Hoc网络，分别对应单信道MAC协议和多信道MAC协议。随着无线Ad Hoc网络用户容量、信息吞吐量等需求的不断提升，采用单信道越来越难以满足无线Ad Hoc网络大规模、多样化业务互联的应用需求，采用多信道是解决以上需求与性能之间矛盾的重要手段之一。但多信道的使用将带来更高的频谱占用开销，不适用于无线频谱资源稀缺的场景。

在多信道Ad Hoc网络中，按节点配置收发信机数目的不同，可以分为单收发信机多信道网络和多收发信机多信道网络。采用多收发信机多信道技术，可以使得相邻节点选用不同的信道，从两个方面提高网络的理论吞吐量：一方面多收发信机多信道可以使一个节点同时进行收发工作，而不是时分复用，这样可以加倍节点的吞吐量；另一方面利用多收发信机多信道，可以通过给相邻节点分配不同的发送或接收信道，避免相邻节点的共信道干扰，消除隐藏节点和暴露节点问题，进而提高网络的吞吐量。多收发信机的使用虽然能提高信道资源利用率，但也会对硬件带来的更高的要求，成本较高。

根据网络中节点收发信机数量，多信道MAC协议可以分为单收发信机多信道MAC协议、多收发信机多信道MAC协议。单收发信机多信道MAC协议有基于跳频的多信道MAC协议SSCH(Slotted Seeded Channel Hopping)协议和基于时隙划分的MAC协议MMAC(Multi-channel Mac)协议等。单收发信机多信道MAC协议收发节点双方通过控制信息协商在相同时刻切换到某个信道上进行数据收发，网络中其他节点可以同时切换到另外的信道上进行数据收发，这样相比单信道的MAC协议系统容量将得到提升。但单收发信机多信道MAC协议若划分专门的控制时段进行控制信息交互，则将加大控制开销；若无专门的控制时段，则切换到其他信道执行数据收发的节点将无法听到其余节点的协商控制信息，带来隐蔽终端的问题。通过采用多个收发信机能够避免单收发信机多信道MAC协议的缺点，如DCA(DynamicChannel Assignment)协议就属于多收发信机多信道的MAC协议，此外还有PCAM(PrimaryChannel Assignment based MAC)协议等。

信道资源调度控制是MAC层设计的主要功能之一，其主要目的是为了确定网络中某一个节点的信道资源分配问题。信道资源调度就是通过合理安排有传输需求的通信链路占用相应的信道资源，目标是获得节点之间无冲突的信道传输，并努力达到更高的信道利用率。