[发明专利]一种单发多收空口资源分配方法

说明书

本发明公开了一种单发多收空口资源分配方法，包括控制信道分配过程和数据信道分配过程，其中：控制信道分配过程：将控制信道在时域上划分成预留时隙和竞争时隙，在某一时刻，如果节点需要使用控制信道，如果发现有本节点可用的预留时隙，则直接使用此预留时隙；如果发现无本节点可用的预留时隙，则与其他节点竞争使用竞争时隙；数据信道分配过程：使用控制信道协商出可以使用的数据信道。本发明使用多通道方式实现节点数据的并行传输，有效提高了网络容量；采用多信道频分复用技术，有效降低了邻居节点的相互干扰，提高了无线传输效率；采用TDMA混合信道接入方式，有效降低了数据分组的碰撞概率，实现了分组的高效传输。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种单发多收空口资源分配方法。

背景技术

无线自组织网络相比较传统的无线通信网络，具有可快速组网、对基础设施要求低和抗毁灭性强的特征，被广泛应用于军事通信、救援抗灾、智能交通等领域。

类似与TCP/IP协议栈的OSI模型，无线自组织网络的底层协议栈也可以分为物理层(PHY)、介质访问控制层(MAC)和网络层(NET)，其中网络层负责节点的路由维护及报文转发，物理层实现空口数据的收发。MAC层负责空口资源的分配，包括信道资源及时隙资源。MAC层的协议会直接影响着网络的时延、吞吐量、信道利用率等性能指标，因此设计高效可靠的MAC协议对网络的整体性能至关重要。

目前MAC层协议主要有以下几种分类方式：

1)基于系统能同时使用的逻辑信道数量，分为单信道和多信道协议。

2)基于通信节点采用的收发通道数量，分为单通道(只有一个收发通道)或多通道协议(拥有多个收发通道)。

3)基于调度方式，分为集中式和分布式调度方式。

4)基于信道接入方式，分为随即竞争、固定分配和混合方式。

现有的无线通信节点大多受限于天线数量、发送能力和成本，采用基于单通道模式，网络容量有限。随着智能天线技术的发展，多发多收的多通道方式对提高网络容量，改善通信质量有巨大的提升。节点对资源的调度上，分布式调度相对于集中式调度，适合节点规模更大，节点间通信更加灵活的场景。在信道接入方式上，竞争机制采用传统的载波监听方式，数据分组容易产生较大的碰撞冲突，节点公平性考虑不足，大量的空闲侦听和重传机制导致节点功耗增加，通信效率降低。基于分配的方式考虑到资源使用的公平性，减少了不必要的侦听和冲突，但是资源分配复杂，并且网络同步维护困难。

现有一些基于CSMA的分布式多信道MAC层资源分配协议，如McMAC、MMAC等。这些协议信道分配方式分别采用了并行跳频、分阶段跳频的方式，而信道访问方式均采用CSMA机制。

McMAC协议实现方式是：将时间划分成小段和大段，小段用于检测信道空闲，大段负责数据传输，大段的边界进行跳频。所有的节点根据自身的物理地址和本地时钟，使用相同的随机数产生器来计算下一个跳频的频点。如果节点知道周围节点的物理地址和时钟，就可以得出其下一次跳频的频点。当使用频点一致时，可以进行数据的竞争传输。可见，McMAC协议采用并行跳频方式，确定数据信道的频率，但是其需要随时知道周围邻居节点的物理地址和时钟，必须不断的进行广播消息的收发。过多的广播消息要占用较多的空口资源，且网络环境复杂时，节点很难准确获取邻居节点的状态。