一種csma/tdma混合接入控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CSMA/TDMA混合接入控制方法，它涉及無線自組織網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中MAC層的多址接入控制協(xié)議。本發(fā)明對無線自組織網(wǎng)絡(luò)采用CSMA和TDMA相結(jié)合的多址接入控制方法，在鄰居發(fā)現(xiàn)時(shí)使用基于隨機(jī)概率退避的CSMA/CA接入控制方式，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)采用分布式TDMA接入控制方式，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)動平臺使用無線信道自組織組網(wǎng)。本發(fā)明使得機(jī)動平臺之間組網(wǎng)時(shí)，不需要過多的規(guī)劃，只需配置平臺ID、頻率等參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)自組織組網(wǎng)。本發(fā)明特別適用于機(jī)動平臺之間，利用無線信道臨機(jī)自組織組網(wǎng)。
【專利說明】
一種CSMA/TDMA混合接入控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無線自組織網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中MAC層的多址接入控制方法。本發(fā)明特別適用于機(jī)動平臺之間，利用無線信道臨機(jī)自組織組網(wǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002]CSMA和TDMA相結(jié)合的無線自組織網(wǎng)接入控制方法應(yīng)用于高速機(jī)動平臺，平臺之間信息交互頻繁，信息更新率較高，平臺運(yùn)動速度快，這就要求接入控制方法能夠支持快速自組織組網(wǎng)，能夠適應(yīng)各節(jié)點(diǎn)頻繁交互信息?，F(xiàn)有的無線自組織網(wǎng)絡(luò)接入控制方法包括:80 2.11DCF、MACA-PR、FPRP、TDMA等。
[0003]802.11的DCF提供分布式接入控制功能。DCF采用單一共享信道的模式，通過RTS-CTS-DATA-ACK的握手機(jī)制完成分布式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入過程，基本解決了隱藏終端和暴露終端的問題，同時(shí)利用載波偵聽、沖突避免技術(shù)防止單一共享信道中數(shù)據(jù)報(bào)的沖突。DCF的核心機(jī)制包括:四握手機(jī)制、載波檢測機(jī)制、幀間間隔和隨機(jī)退避規(guī)程。DCF是基于CSMA/CA的方法，支持的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)較少，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增多和業(yè)務(wù)量的增加，性能將急劇下降。
[0004]MACA-PR是對802.11的擴(kuò)展，它在MAC層使用CSMA/CA，在網(wǎng)絡(luò)層采用帶寬預(yù)約和QoS路由機(jī)制，它能夠在自組織網(wǎng)中支持QoS路由和端到端的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)連接C3MACA-PR包括三部分:用于傳輸分組的MAC方法，建立實(shí)時(shí)連接的預(yù)約方法和QoS路由算法JACA-PR可以說是一種打破了分層概念，從整體上考慮網(wǎng)絡(luò)QoS保障的方法。MACA-PR也是一種基于競爭的信道接入控制方法，無法保證較高的消息更新率。
[0005]FPRP是一種基于競爭的同步MAC方法，它通過很小的控制分組的5次廣播式的握手過程完成兩跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)間低沖突概率的TDMA時(shí)隙的分配。信道被分為預(yù)約信道和信息信道兩部分，節(jié)點(diǎn)有業(yè)務(wù)要傳送時(shí)在預(yù)約信道通過控制分組的競爭預(yù)約信息信道的信息時(shí)隙進(jìn)行業(yè)務(wù)傳送。FPRP需要的預(yù)約信道，若在單信道條件下使用，增加了額外的協(xié)議開銷，降低了信道利用率。
[0006]TDMA是一種基于時(shí)間同步的MAC方法，能夠支持較高的業(yè)務(wù)信息傳輸需求，能夠支持較大的網(wǎng)絡(luò)成員數(shù)量。但是，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行之前需要為每個(gè)成員規(guī)劃所占用的時(shí)隙，不利于支持自組織組網(wǎng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處而提供一種CSMA/TDMA混合接入控制方法。本發(fā)明具有分布式無中心、網(wǎng)絡(luò)收斂速度快、能夠支持較高的消息更新率等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]—種CSMA/TDMA混合接入控制方法，其特征在于包括步驟:
[0010](I)在任務(wù)開始階段給參與組建無線通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)唯一的節(jié)點(diǎn)ID，并為各節(jié)點(diǎn)配置無線信道頻率參數(shù)；
[0011](2)無線通信網(wǎng)進(jìn)行初始開通時(shí)，將無線信道工作參數(shù)注入到各個(gè)節(jié)點(diǎn)；其中，無線信道工作參數(shù)包括節(jié)點(diǎn)ID和無線信道頻率參數(shù)；
[0012](3)參與組網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)啟動后各自進(jìn)行鄰居探測并設(shè)置網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間定時(shí)器，監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)狀態(tài);鄰居探測使用CSMA接入控制方式；
[0013](4)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間定時(shí)器到時(shí)后，設(shè)置信道忙閑監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間定時(shí)器；
[0014](5)信道忙閑監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間到時(shí)后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均向網(wǎng)絡(luò)中廣播發(fā)送本節(jié)點(diǎn)ID
信息；
[0015](6)每個(gè)節(jié)點(diǎn)收到其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的ID信息后，將發(fā)送ID信息的節(jié)點(diǎn)添加到本地成員列表中；每個(gè)節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中廣播本地成員列表，本地成員列表包括本節(jié)點(diǎn)ID及收到的其它節(jié)點(diǎn)的ID信息；
[0016](7)當(dāng)連續(xù)η次收到的成員列表一致時(shí)，則認(rèn)為鄰居信息收斂；
[0017](8)鄰居信息收斂后，各節(jié)點(diǎn)分布式根據(jù)鄰居列表信息按設(shè)定要求選舉其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)；
[0018](9)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)內(nèi)廣播發(fā)送網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)列表信息，網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入TDMA階段并發(fā)送時(shí)間同步信息；
[0019](10)其它節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)列表信息后，轉(zhuǎn)入TDMA階段；
[0020](11)進(jìn)入TDMA階段后，分別計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)各自占用的TDMA時(shí)隙；
[0021 ] (12)其它節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步后，各節(jié)點(diǎn)按照各自的TDMA時(shí)隙接入信道；
[0022]完成CSMA/TDMA混合接入控制過程。
[0023]其中，步驟(3)中網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽隨機(jī)退避定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間為:大于或等于按照網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算的所有成員發(fā)送一遍信息所用時(shí)間。
[0024]其中，步驟(4)中忙閑監(jiān)聽隨機(jī)退避定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間T為:
[0025]T = R%(NXM)
[0026]其中，R為偽隨機(jī)值，N為最大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，M大于或等于3的自然數(shù)。
[0027]其中，步驟(9)中網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中廣播節(jié)點(diǎn)列表信息時(shí)，連續(xù)廣播m次(Km<5)，每次廣播之前進(jìn)行信道忙閑監(jiān)聽隨機(jī)退避。
[0028]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0029]1.本發(fā)明采用CSMA鄰居探測機(jī)制，不需要事先規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)成員信息。節(jié)點(diǎn)之間可以在組網(wǎng)時(shí)，分布式協(xié)同發(fā)現(xiàn)鄰居信息。
[0030]2.本發(fā)明采用分布式時(shí)隙分配技術(shù)，成員之間分布式利用一致的時(shí)隙分配算法進(jìn)行TDMA時(shí)隙分配，從而具有較高抗毀性。
[0031 ] 3.本發(fā)明采用CSMA和TDMA相結(jié)合的接入控制方式，通過CSMA方式支持快速自組織組網(wǎng)，通過TDMA方式保證各節(jié)點(diǎn)能夠以固定的消息更新率進(jìn)行信息交互。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)建立流程圖。
[0033]圖2是本發(fā)明的時(shí)幀內(nèi)的時(shí)隙劃分圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]參照圖1至圖2，本發(fā)明的CSMA和TDMA相結(jié)合的無線自組織網(wǎng)接入控制方法，運(yùn)行時(shí)不需要中心節(jié)點(diǎn)，自組織鄰居發(fā)現(xiàn)和分布式時(shí)隙資源分配，支持網(wǎng)絡(luò)快速收斂和較高的消息更新率。圖1是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)建立流程圖。
[0035]本發(fā)明包括如下步驟:
[0036](I)在任務(wù)開始階段給參與組建無線通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)唯一的節(jié)點(diǎn)ID，并為各節(jié)點(diǎn)配置無線信道頻率參數(shù)；
[0037](2)無線通信網(wǎng)進(jìn)行初始開通時(shí)，將無線信道工作參數(shù)注入到各個(gè)節(jié)點(diǎn)；其中，無線信道工作參數(shù)包括節(jié)點(diǎn)ID和無線信道頻率參數(shù)；
[0038](3)參與組網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)啟動后各自進(jìn)行鄰居探測并設(shè)置網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間定時(shí)器，監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)狀態(tài);鄰居探測使用CSMA接入控制方式；
[0039](4)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間定時(shí)器到時(shí)后，設(shè)置信道忙閑監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間定時(shí)器；
[0040](5)信道忙閑監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間到時(shí)后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均向網(wǎng)絡(luò)中廣播發(fā)送本節(jié)點(diǎn)ID
信息；
[0041](6)每個(gè)節(jié)點(diǎn)收到其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的ID信息后，將發(fā)送ID信息的節(jié)點(diǎn)添加到本地成員列表中；每個(gè)節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中廣播本地成員列表，本地成員列表包括本節(jié)點(diǎn)ID及收到的其它節(jié)點(diǎn)的ID信息；
[0042](7)當(dāng)連續(xù)η次收到的成員列表一致時(shí)，則認(rèn)為鄰居信息收斂；
[0043](8)鄰居信息收斂后，各節(jié)點(diǎn)分布式根據(jù)鄰居列表信息按設(shè)定要求選舉其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)；
[0044](9)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)內(nèi)廣播發(fā)送網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)列表信息，網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入TDMA階段并發(fā)送時(shí)間同步信息；
[0045](1)其它節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)列表信息后，轉(zhuǎn)入TDMA階段；
[0046](11)進(jìn)入TDMA階段后，分別計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)各自占用的TDMA時(shí)隙；
[0047]計(jì)算節(jié)點(diǎn)占用的TDMA時(shí)隙的方法有多種，包括ID映射算法、ID排列算法等，本實(shí)施例中，各節(jié)點(diǎn)分布式按照ID映射算法計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)占用的TDMA時(shí)隙。
[0048]ID映射算法為:
[0049]I)—個(gè)時(shí)幀包含190個(gè)時(shí)隙:2個(gè)方向點(diǎn)信息時(shí)隙、2個(gè)遲入網(wǎng)申請時(shí)隙、2遲入網(wǎng)應(yīng)答時(shí)隙、4個(gè)中斷時(shí)隙、180 (S卩:36 X 5)個(gè)業(yè)務(wù)信息時(shí)隙。
[0050]2)業(yè)務(wù)信息時(shí)隙分配:將180個(gè)成員發(fā)送時(shí)隙，均分為5個(gè)子幀(編號O?4)，每子幀36個(gè)發(fā)送時(shí)隙。成員在每子幀占有的時(shí)隙相對序號相同，設(shè)某成員在第I子幀中占有第i個(gè)時(shí)隙，則其在180個(gè)發(fā)送時(shí)隙中占有的時(shí)隙滿足關(guān)系i+36* j (i取值I?36，j取值O?4)。
[0051]3)根據(jù)(2)可知，通過將子幀的36個(gè)發(fā)送時(shí)隙分配給36個(gè)成員，即可實(shí)現(xiàn)將180個(gè)發(fā)送時(shí)隙分配給36個(gè)成員。設(shè)成員i的平臺號為CU，子幀時(shí)隙分配算法如下:
[0052]a)將網(wǎng)內(nèi)成員按平臺號從小到大排序。
[0053]b)成員i申請時(shí)隙s = di % 36。如果s未被分配，則成員i占有該時(shí)隙，否則執(zhí)行3)。
[0054]c)重新計(jì)算s = (s+j) %36( j = I?35)，若s未被分配，則成員i占有該時(shí)隙，否則繼續(xù)步驟3)。
[0055](12)其它節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步后，各節(jié)點(diǎn)按照各自的TDMA時(shí)隙接入信道；
[0056]完成CSMA/TDMA混合接入控制過程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種CSMA/TDMA混合接入控制方法，其特征在于包括步驟: (1)在任務(wù)開始階段給參與組建無線通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)唯一的節(jié)點(diǎn)ID，并為各節(jié)點(diǎn)配置無線信道頻率參數(shù)； (2)無線通信網(wǎng)進(jìn)行初始開通時(shí)，將無線信道工作參數(shù)注入到各個(gè)節(jié)點(diǎn)；其中，無線信道工作參數(shù)包括節(jié)點(diǎn)ID和無線信道頻率參數(shù)； (3)參與組網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)啟動后各自進(jìn)行鄰居探測并設(shè)置網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間定時(shí)器，監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)狀態(tài);鄰居探測使用CSMA接入控制方式； (4)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間定時(shí)器到時(shí)后，設(shè)置信道忙閑監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間定時(shí)器； (5)信道忙閑監(jiān)聽隨機(jī)退避時(shí)間到時(shí)后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均向網(wǎng)絡(luò)中廣播發(fā)送本節(jié)點(diǎn)ID信息； (6)每個(gè)節(jié)點(diǎn)收到其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的ID信息后，將發(fā)送ID信息的節(jié)點(diǎn)添加到本地成員列表中；每個(gè)節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中廣播本地成員列表，本地成員列表包括本節(jié)點(diǎn)ID及收到的其它節(jié)點(diǎn)的ID信息; (7)當(dāng)連續(xù)η次收到的成員列表一致時(shí)，則認(rèn)為鄰居信息收斂； (8)鄰居信息收斂后，各節(jié)點(diǎn)分布式根據(jù)鄰居列表信息按設(shè)定要求選舉其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)； (9)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)內(nèi)廣播發(fā)送網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)列表信息，網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入TDMA階段并發(fā)送時(shí)間同步信息； (10)其它節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)列表信息后，轉(zhuǎn)入TDMA階段； (11)進(jìn)入TDMA階段后，分別計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)各自占用的TDMA時(shí)隙； (12)其它節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步后，各節(jié)點(diǎn)按照各自的TDMA時(shí)隙接入信道； 完成CSMA/TDMA混合接入控制過程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CSMA/TDMA混合接入控制方法，其特征在于:步驟(3)中網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽隨機(jī)退避定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間為:大于或等于按照網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算的所有成員發(fā)送一遍信息所用時(shí)間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CSMA/TDMA混合接入控制方法，其特征在于:步驟(4)中忙閑監(jiān)聽隨機(jī)退避定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間T為: T = R%(NXM) 其中，R為偽隨機(jī)值，N為最大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，M大于或等于3的自然數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CSMA/TDMA混合接入控制方法，其特征在于:步驟(9)中網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中廣播節(jié)點(diǎn)列表信息時(shí)，連續(xù)廣播m次(I 5)，每次廣播之前進(jìn)行信道忙閑監(jiān)聽隨機(jī)退避。
【文檔編號】H04W48/10GK106060957SQ201610329392
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】杜龍海, 朱曉明, 崔佳巍, 盧志遠(yuǎn), 陳叢
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所