[发明专利]一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法

说明书

本发明公开了一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法，该方法包括：一种三跳链路时隙分配算法，在路由建立过程中以三跳链路为单位进行时隙分配，在三跳链路范围内对每一跳链路可用时隙集合的时隙进行干扰程度统计，统计每个时隙在三跳链路范围内出现的次数，在三跳链路范围内分配时隙时，选择可用时隙集合元素最少的链路，在该链路分配干扰程度最小的时隙；一种在路由控制包保存时隙状态信息的轻量级存储方法，通过使用二进制整数记录节点时隙集合，减小路由控制包由于记录时隙信息产生的存储开销；一种在TDMA协议区分路由控制包和实时数据包进行处理的方法，避免数据包队列阻塞引起的时隙资源利用率下降的问题。

技术领域

本发明涉及基于TDMA的移动自组织网络中无冲突接入信道的时隙分配的技术领域，具体涉及一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法。

背景技术

移动自组织网络是由节点通过无线链路连接组成的自治系统，在无需建立固定基础设施的情况下即可进行无线通信。在通信过程中，节点作为移动终端不仅发送数据，同时充当路由器中继来自其他节点的数据。近年来，在移动自组织网络中不再满足于提供尽最大努力交付方式的数据传输，伴随实时移动多媒体应用在居民生活中的普及程度越来越高，满足用户传输实时多媒体数据的需求变得越来越重要，关于在移动自组织网络中提供QoS保障通信成为研究的重点课题。

信道接入和路由协议对移动自组织网络提供QoS保障起到至关重要的作用。在移动自组织网络中无线信道资源紧缺，如何使网络节点公平且高效地通过信道接入网络，减少分组碰撞而产生冲突是MAC协议的关键任务，MAC协议能否高效运行决定移动自组织网络的整体性能。使用TDMA是一种有效提高网络吞吐量和降低分组时延的信道接入技术，通过将信道资源进行分时使用，网络节点在预约时隙内进行无冲突数据传输，较好地解决竞争类MAC协议高数据冲突的问题，但是需要引入有效的时隙分配算法。

在移动自组织网络中，由于能耗限制使得无线节点的传输范围有限，源节点到目标节点的路由长度会超过一跳距离，分组需要路由中继节点进行转发，使得网络具有多跳路由特性。无线节点以无法预知的方式加入、离开网络，节点之间建立的通信链路可能会断开或进行重新连接。在这样的网络环境下为实时数据提供QoS保障，同样需要有效路由协议提供支持。按需响应式AODV路由协议，使网络节点在进行数据发送或作为路由中继节点前，无需维护相应路由信息进而减少路由控制信息的传输，更有效地提高网络资源的利用率。

实时数据有着最小的带宽需求，若不能满足实时数据的带宽需求，则到达目标节点的实时数据将变为无用。在移动自组织网络中，为满足实时数据的带宽需求，需要建立一条有足够带宽资源的路由。本发明的重点是保证实时数据的带宽需求，在基于TDMA的移动自组织网络中，路由带宽通过路由各链路分配到的时隙个数进行计算，而节点时隙状态信息保存在TDMA协议，为满足实时数据的带宽需求，需要在AODV和TDMA协议之间加入一个有效的时隙分配算法。

目前大多数基于AODV和TDMA协议满足实时数据带宽需求的跨层设计方案采用的时隙分配算法主要分为两类：基于逐跳的时隙分配算法和基于端到端的时隙分配算法。文献[Time Slot Assignment for Maximum Bandwidth in a Mobile Ad Hoc Network]属于端到端的时隙分配算法，在路由建立过程中收集路由所有节点的时隙状态信息，在目标节点对路由各链路可用时隙进行分配，需要记录大量的时隙状态信息会对路由控制包产生较大存储开销，只在目标节点进行时隙分配会对目标节点产生较大处理开销。文献[An On-Demand QoS Routing Protocol with TDMA-basedBandwidth Reservation in Mobile AdHoc Networks]属于逐跳时隙分配算法，在路由建立过程中经过每一个节点采用时隙分配规则分配链路可用时隙，忽略当前链路时隙分配对路由后续两跳链路造成的干扰，降低路由建立的成功率，间接影响时隙资源的空间复用率和网络性能。