一種時(shí)隙選擇的優(yōu)化方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別涉及一種時(shí)隙選擇的優(yōu)化方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著車載通信系統(tǒng)的發(fā)展和移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)的逐漸成熟，為了滿足車載自組織網(wǎng) 絡(luò)的實(shí)時(shí)性、可靠性、分布式特性的要求，可移植于不同的底層通信平臺(tái)的，基于可靠預(yù)約 ALOHA(Reli油le Reserved AL0HA，RR-AL0HA)的車間通信協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。
[0003] RR-AL0HA協(xié)議是基于時(shí)隙結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用接入燈ime Division Multiple Access, TDMA)的信道訪問協(xié)議，不僅具有更高的可靠性和實(shí)時(shí)性，能夠支持多車協(xié)作通信 中單跳范圍內(nèi)的廣播功能，且該協(xié)議可W獨(dú)立于物理層之上而進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此可W在通信 系統(tǒng)的上層媒體訪問控制（Media Access Control，MAC)采用基于預(yù)約時(shí)隙的RR-AL0HA協(xié) 議。
[0004] 可靠預(yù)約ALOHA算法是一種基于TDM的接入和資源分配機(jī)制，資源分配基于頓結(jié) 構(gòu)W slot為單位。RR-AL0HA機(jī)制中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須獲得一個(gè)基本信道度asic化annels， BC)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)獲得一個(gè)BC信道后，將周期性地在BC信道對(duì)應(yīng)的時(shí)隙上發(fā)送頓信息（化ame In化rmat ion, FI),每N個(gè)slot構(gòu)成一頓（記為化ame)，每個(gè)頓中的slot的編號(hào)為0~ N-1，在頓之間循環(huán)往復(fù)。每個(gè)slot中只允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送，即節(jié)點(diǎn)之間為TDMA模式。 當(dāng)節(jié)點(diǎn)占用一個(gè)時(shí)隙后，將周期性發(fā)送固定信息組織結(jié)構(gòu)的頓信息（化ame In化rmation， FI), FI中攜帶本節(jié)點(diǎn)直接感知到的時(shí)隙占用狀態(tài)，即本節(jié)點(diǎn)一跳（One hop, OH)范圍內(nèi)的 節(jié)點(diǎn)對(duì)前一頓中的時(shí)隙的使用情況，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)在FI中指示一頓中各個(gè)slot的占用狀 態(tài)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)監(jiān)聽其周圍節(jié)點(diǎn)發(fā)送的FI，獲取與該節(jié)點(diǎn)相距兩跳范圍內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的 時(shí)隙占用狀態(tài)（即時(shí)隙分配情況），并根據(jù)鄰節(jié)點(diǎn)的FI和自己的信道使用情況及時(shí)更新時(shí) 隙占用狀態(tài)，并將更新后的時(shí)隙占用狀態(tài)在自己發(fā)送的FI信息中體現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍 不相交的一跳簇間的時(shí)隙資源重用。
[0005] 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，如果終端不主動(dòng)放棄BC對(duì)應(yīng)的時(shí)隙資源，則可一直使用占用的 時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)，在送期間其他節(jié)點(diǎn)不能使用該時(shí)隙。當(dāng)BC信道提供的帶寬不能滿足業(yè)務(wù)的 要求時(shí)，可通過(guò)預(yù)約附加信道的方式占用其他空閑信道進(jìn)行傳輸。對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，節(jié)點(diǎn)還 可W通過(guò)預(yù)約點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2巧信道進(jìn)行傳送，W實(shí)現(xiàn)相鄰一跳簇中的時(shí)隙復(fù)用，提高信道的 利用率。當(dāng)消息需要在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播時(shí)，RR-AL0HA機(jī)制可W只選擇有限終端進(jìn)行中繼， 避免泛洪路由造成的網(wǎng)絡(luò)擁塞。
[0006] FI是一個(gè)由N個(gè)時(shí)隙狀態(tài)信息組成的向量，又稱FI信息，其中，N為一頓中包含的 時(shí)隙數(shù)。具體包括；時(shí)隙占用狀態(tài)子域、節(jié)點(diǎn)臨時(shí)標(biāo)識(shí)（Source Temporary Identifier, STI) 子域、優(yōu)先級(jí)子域和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)（ΡΤ巧標(biāo)志子域。
[0007] 在任意一個(gè)時(shí)隙中，時(shí)隙占用狀態(tài)子域承載了該任意一個(gè)時(shí)隙的時(shí)隙占用狀態(tài)信 息，指示該任意一個(gè)時(shí)隙是否已被占用。
[0008] 在任意一個(gè)時(shí)隙中，STI子域中承載了占用該任意一個(gè)時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)的STI。
[0009] 在任意一個(gè)時(shí)隙中，優(yōu)先級(jí)子域中承載了占用該任意一個(gè)時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)在該任意一 個(gè)時(shí)隙發(fā)送的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)。
[0010] 在任意一個(gè)時(shí)隙中，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)標(biāo)志子域承載了該任意一個(gè)時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)標(biāo) 志；
[0011] 其中，時(shí)隙狀態(tài)信息的大小為化it (比特）、STI的大小為8bit、占用時(shí)隙的節(jié)點(diǎn) 在該時(shí)隙發(fā)送的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)的大小為化it、PTP標(biāo)志的大小為化it。
[0012] 在每一頓中，節(jié)點(diǎn)都必須通過(guò)本節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙（即本節(jié)點(diǎn)的占用時(shí)隙）發(fā)送FI， 并根據(jù)獲取的鄰節(jié)點(diǎn)的FI和本節(jié)點(diǎn)的信道使用情況（即本節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙占用狀態(tài)）即時(shí)更 新本地的時(shí)隙占用狀態(tài)向量（表），并將更新后的時(shí)隙占用狀態(tài)在本節(jié)點(diǎn)發(fā)送的FI中體現(xiàn) 出來(lái)。
[0013] 每個(gè)0H簇內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)都在簇內(nèi)享有全連通（即在每個(gè)0H簇內(nèi)的任意一節(jié)點(diǎn)可 知道該0H簇內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙占用狀態(tài)）。分屬于不同簇的節(jié)點(diǎn)如果不屬于所有簇共同 子集將不能直接通信（即在每個(gè)0H簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，若該節(jié)點(diǎn)不屬于與另一簇的共同子集，貝U 無(wú)法知道另一簇的節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙占用狀態(tài)）。在RR-AL0HA算法中，新的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須 獲取一個(gè)時(shí)隙，即需要執(zhí)行信道占用流程，占用一個(gè)時(shí)隙，當(dāng)該新的節(jié)點(diǎn)成功占用一個(gè)時(shí)隙 之后，還需要對(duì)該時(shí)隙執(zhí)行信道維護(hù)過(guò)程。
[0014] 下面結(jié)合圖1和圖2舉例說(shuō)明節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的信道占用流程。
[0015] 假設(shè)節(jié)點(diǎn)第一次申請(qǐng)占用一個(gè)slot (時(shí)隙），其流程圖參見圖1所示：
[0016] 步驟101 ;節(jié)點(diǎn)在選擇時(shí)隙資源前首先監(jiān)聽一頓的信道占用情況。
[0017] 節(jié)點(diǎn)在開始接入過(guò)程后的一頓內(nèi)，監(jiān)聽的該頓中的所有slot。
[001引在節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽該頓中的slot時(shí)，節(jié)點(diǎn)接收0H簇內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的FI。若0H簇內(nèi)任 意一個(gè)其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的FI指示對(duì)應(yīng)的slot X的時(shí)隙占用狀態(tài)為忙，則節(jié)點(diǎn)將本地的時(shí)隙 狀態(tài)向量（表）中的slot X對(duì)應(yīng)標(biāo)記為RESERVED (已占用），否則標(biāo)記為AVAILABLE (可用 的）。
[0019] 節(jié)點(diǎn)將在該頓內(nèi)接收到的所有FI信息分別進(jìn)行解析處理，并根據(jù)上述方式判斷 各個(gè)slot的時(shí)隙占用狀態(tài)。
[0020] 步驟102 ;節(jié)點(diǎn)從監(jiān)聽的頓內(nèi)的時(shí)隙中，選擇一個(gè)空閑時(shí)隙（即avail油le slot)。
[0021] 當(dāng)某一個(gè)slot在節(jié)點(diǎn)本地的時(shí)隙狀態(tài)向量（表）中記錄的時(shí)隙占用狀態(tài)為 AVAILABLE,則認(rèn)為該slot為空閑slot (即空閑時(shí)隙）。
[0022] 由于在節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽的一頓內(nèi)可能有一個(gè)或多個(gè)空閑slot,也可能沒有空閑slot,因 此，若節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽的一頓內(nèi)存在多個(gè)空閑slot,則從中隨機(jī)選擇一個(gè)空閑slot,若節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽 的一頓內(nèi)沒有空閑slot,郝么將比自身當(dāng)前優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)占用的時(shí)隙看做空閑slot進(jìn) 行選擇。選擇空閑slot后，執(zhí)行步驟103 ;如果沒有一個(gè)空閑slot可供接入，則返回步驟 101，繼續(xù)監(jiān)聽下一頓。
[0023] 步驟103 ;節(jié)點(diǎn)判斷是否到達(dá)步驟102中選定的空閑slot。
[0024] 假設(shè)步驟102中選定的空閑slot為slot P，則在slot P到達(dá)前，持續(xù)監(jiān)聽各個(gè) slot,基本的RR-化0HA算法中并未明確是否在slot P到達(dá)之前，持續(xù)做slot P是否仍然 空閑的判斷。到達(dá)slot P，執(zhí)行步驟104。
[002引步驟104巧點(diǎn)在slot P發(fā)送FI。
[0026] 按照如下規(guī)則填寫FI中的各個(gè)field (域）；
[0027] 針對(duì)與FI中本節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙對(duì)應(yīng)的field中，填寫的時(shí)隙占用狀態(tài)為BUSY(可 W在對(duì)應(yīng)的時(shí)隙占用狀態(tài)子域中填寫1)，且在STI子域中填寫本節(jié)點(diǎn)的STI，在優(yōu)先級(jí)子 域中填寫本節(jié)點(diǎn)在發(fā)送時(shí)隙發(fā)送的數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)信息，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)標(biāo)志子域填寫PTP標(biāo) 志；
[0028] 針對(duì)除本節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙外的其他slot對(duì)應(yīng)的field,如果在某一 slot成功接 收并解析了某一節(jié)點(diǎn)發(fā)送的門，則將該slot的時(shí)隙占用狀態(tài)標(biāo)記為BUSY(可W在對(duì)應(yīng)該 slot的時(shí)隙占用狀態(tài)子域中填寫1)，并在該slot的STI子域中填寫對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的STI，在該 slot的優(yōu)先級(jí)子域中填寫該節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)信息，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)標(biāo)志子域填寫PTP 柄志；
[0029] 如果在某一 slot沒有接收到FI，或者在某一 slot接收到FI后無(wú)法解析（例如在 某一 slot接收到了由多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的FI)，則將該slot標(biāo)記為FREE (可W在對(duì)應(yīng)該slot 的時(shí)隙占用狀態(tài)子域中填寫0)。
[0030] 節(jié)點(diǎn)在按照上述規(guī)則填寫完畢FI中的各個(gè)field后，在時(shí)隙P發(fā)送該FI。
[0031] 步驟105 ;監(jiān)聽反饋，確認(rèn)本節(jié)點(diǎn)本次申請(qǐng)占用時(shí)隙是否成功。
[0032] 如果本節(jié)點(diǎn)在發(fā)送FI后，在接收到的所有FI中，本節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙均被本節(jié)點(diǎn)占 用（即在接收到的所有FI中，本節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙的時(shí)隙占用狀態(tài)均被標(biāo)記為忙，且對(duì)應(yīng)的 STI與本節(jié)點(diǎn)相同），則認(rèn)為本次FI發(fā)送成功，否則認(rèn)為本次FI發(fā)送失敗。在實(shí)際應(yīng)用中， 可W通過(guò)邏輯與操作實(shí)現(xiàn)送一過(guò)程。
[0033] 節(jié)點(diǎn)從slot P+1開始監(jiān)聽一頓，如果在該頓內(nèi)的所有反饋的FI中都指示slot P 被該節(jié)點(diǎn)占用，則該節(jié)點(diǎn)在下一頓中繼續(xù)在slot P發(fā)送FI信息；如果在從slot P+1開始的 一頓內(nèi)接收到的所有反饋的FI中，存在至少一個(gè)FI指示slot P的時(shí)隙占用狀態(tài)為FREE, 或/和，存在至少一個(gè)FI指示slot P的時(shí)隙占用狀態(tài)為腳SY(忙）且slot P對(duì)應(yīng)的STI 與本節(jié)點(diǎn)不同，則認(rèn)為本節(jié)點(diǎn)在slot P發(fā)送FI失敗，即認(rèn)為本節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)占用slot P的時(shí) 隙失敗，返回步驟102。
[0034] 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道維護(hù)（即對(duì)本節(jié)點(diǎn)占用的時(shí)隙進(jìn)行維護(hù)）的過(guò)程如下：
[003引在基本的RR-AL0HA中，節(jié)點(diǎn)在本節(jié)點(diǎn)占用的時(shí)隙周期性地發(fā)送FI，已通過(guò)節(jié)點(diǎn)間 的FI交互對(duì)信道的時(shí)隙占用狀況進(jìn)行維護(hù)。節(jié)點(diǎn)如果不主動(dòng)放棄本節(jié)點(diǎn)占用的時(shí)隙，則可 W-直使用本節(jié)點(diǎn)占用的時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。然而如果網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，節(jié)點(diǎn)則需要根 據(jù)在接收時(shí)隙接收到的反饋FI持續(xù)檢測(cè)本節(jié)點(diǎn)占用的時(shí)隙是否與其他節(jié)點(diǎn)占用的時(shí)隙發(fā) 生了碰撞。若多個(gè)節(jié)點(diǎn)占用的時(shí)隙發(fā)生了碰撞，則所有占用該時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)都需要釋放該時(shí) 隙，并重新發(fā)起接入過(guò)程，預(yù)約信道。
[0036] 可W看出，信道維護(hù)過(guò)程流程是信道接入過(guò)程的一部分，下圖給出信道接入過(guò)程 的簡(jiǎn)圖，如圖3所示：
[0037] 監(jiān)聽窗口：目的是為了了解完整的信道狀態(tài)信息，此窗口結(jié)束后就可W選擇時(shí)隙 資源。監(jiān)聽窗口長(zhǎng)度為1頓。
[0038] 反饋窗口；發(fā)送FI后就開始了監(jiān)聽，根據(jù)反饋窗口內(nèi)接收到的信息進(jìn)行節(jié)點(diǎn)接入 \維護(hù)信道是否成功的判斷，節(jié)點(diǎn)在確定所有接收時(shí)隙上（即反饋窗口內(nèi)）接收到的信息都 給予節(jié)點(diǎn)正反饋時(shí)，節(jié)點(diǎn)才認(rèn)為本時(shí)隙申請(qǐng)成功，節(jié)點(diǎn)開始占用此時(shí)隙。如果包含此發(fā)送時(shí) 隙則反饋窗口長(zhǎng)度為1頓，如果不包含此發(fā)送時(shí)隙則反饋窗口長(zhǎng)度為（N-1)個(gè)時(shí)隙，N為一 頓內(nèi)時(shí)隙的總個(gè)數(shù)。
[0039] 節(jié)點(diǎn)在接收時(shí)隙中每接收一次FI均需要對(duì)時(shí)隙狀態(tài)向量（表）進(jìn)行更新。
[0040] 仍W步驟102中選定的空閑slot為slot P為例，若節(jié)點(diǎn)接收到的FI都指示slot P被本節(jié)點(diǎn)占用，即接收到的FI中對(duì)應(yīng)slot P的時(shí)隙狀態(tài)信息為BUSY (時(shí)隙占用狀態(tài)子域 中為1)，并且STI子域中的STI與本節(jié)點(diǎn)的STI相同，則判定本節(jié)點(diǎn)接受到的是正反饋。
[0041] 若節(jié)點(diǎn)接收到的FI中存在至少一個(gè)FI指示slot P空閑或/和指示slot P被其 他節(jié)點(diǎn)占用，即節(jié)點(diǎn)接收到至少一個(gè)FI中的時(shí)隙狀態(tài)信息為FREE(時(shí)隙占用狀態(tài)子域中為 0)，或/和，節(jié)點(diǎn)接收到至少一個(gè)FI中的時(shí)隙占用狀態(tài)為BUSY,且STI子域中的STI與本節(jié) 點(diǎn)的STI不同，則判定本節(jié)點(diǎn)接收到的是負(fù)反饋。
[0042] 在RR-AL0HA機(jī)制下，節(jié)點(diǎn)占用的時(shí)隙發(fā)生碰撞存在W下兩種情況：
[0043] 1)節(jié)點(diǎn)自身占用的時(shí)隙發(fā)生碰撞
[0044] 存在一個(gè)或多個(gè)頓信息指示本時(shí)隙被與本節(jié)點(diǎn)的STI不同的其他節(jié)點(diǎn)占用，或存 在一個(gè)或多個(gè)頓信息指示本時(shí)隙未被占用（時(shí)隙占用狀態(tài)為FRE巧，則確定該時(shí)隙發(fā)生碰 撞。
[0045] 2)非節(jié)點(diǎn)自身占用的時(shí)隙發(fā)生碰撞
[0046] 對(duì)于任一非節(jié)點(diǎn)自身占用的時(shí)隙，出現(xiàn)了兩個(gè)及W上的頓信息指示該時(shí)隙被兩個(gè) 及W上節(jié)點(diǎn)（即；STI不同）占用，則確定該時(shí)隙發(fā)生碰撞。
[0047] 若節(jié)點(diǎn)檢測(cè)出某一時(shí)隙發(fā)生碰撞，則將在本節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙向占用該時(shí)隙的節(jié)點(diǎn) 發(fā)送包含反饋信息的FI，指示該時(shí)隙發(fā)生碰撞，對(duì)占用該時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行負(fù)反饋；若節(jié)點(diǎn) 檢測(cè)出某一時(shí)隙未發(fā)生碰撞，則將在本節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙向占用該時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)發(fā)送包含反饋 信息的FI，指示該時(shí)隙未發(fā)生碰撞，對(duì)占用該時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行正反饋。
[0048] 下面結(jié)合圖2舉例說(shuō)明節(jié)點(diǎn)執(zhí)行信道占用和信道維護(hù)的過(guò)程。圖2中，假設(shè)每一 頓中包含6個(gè)slot,節(jié)點(diǎn)從slot 2開始接入過(guò)程，其后的一頓內(nèi)持續(xù)監(jiān)聽，根據(jù)開始接入 后的一頓內(nèi)監(jiān)聽結(jié)果選擇slot 4作為本節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙，然后繼續(xù)監(jiān)聽2個(gè)slot,在到達(dá) slot 4時(shí)開始發(fā)送本節(jié)點(diǎn)的FI，在發(fā)送本節(jié)點(diǎn)的FI后的N-1個(gè)field(域）中（即在slot 5、slot 0、slot 2和slot 3中）獲取其它節(jié)點(diǎn)針對(duì)本節(jié)點(diǎn)維護(hù)的時(shí)隙的反饋信息，判斷節(jié) 點(diǎn)在slot 5、slot 0、slot 2和slot 3中獲取的其他節(jié)點(diǎn)針對(duì)本節(jié)點(diǎn)維護(hù)的時(shí)隙的反饋信 息是否為正反饋：若是，則在之后的頓中持續(xù)獲取其他節(jié)點(diǎn)針對(duì)本節(jié)點(diǎn)維護(hù)的時(shí)隙的反饋 信息，并判斷是否為正反饋，否則，返回選擇空閑slot作為本節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙送一操作。
[0049] 由于在使用基本的RR-AL0HA算法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的通信時(shí)，節(jié)點(diǎn)之間周期性發(fā)送FI， 節(jié)點(diǎn)間交互的FI信息是MAC層信息，只針對(duì)時(shí)隙狀態(tài)信息、優(yōu)先級(jí)信息、STI信息和PTP信 息進(jìn)行交互。對(duì)于沒有被占用的時(shí)隙也存在碰撞的可能，只能通過(guò)接收反饋來(lái)確定時(shí)隙選 擇是否正確、有無(wú)時(shí)隙碰撞出現(xiàn)。由此可見，基本的RR-AL0UHA算法不利于降低選擇時(shí)隙碰 撞的可能性，時(shí)隙選擇效率低下，不利于降低交互的信息開銷。
【發(fā)明