[发明专利]一种基于自排序的高密度自组织网络随机接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及在自组织网络中随机接入的资源分配过程。

技术背景

随着无线通信技术的飞速发展，接入网络的设备数量及种类呈大规模增长，承载的业务也越来越多样。在大量节点相互通信的场景中，如车车通信(vehicle-to-vehicle communication，V2V)、机器通信(machine type communication,MTC)和设备到设备通信(Device-to-Device，D2D)等。在没有集中式调度的情况下，大量的节点接入网络会导致网络拥塞及大量包丢失。

现有的技术及协议并不能很好地应对存在大量设备的场景。如在载波监听多路访问(Carrier Sense Multiple Access，CSMA)机制中，大量的节点会导致信道始终处于拥塞状态，带来大量丢包及时延。在现有的基于分簇算法的接入协议中，需要长时间维持稳定的拓扑结构，无法应对快速变化的拓扑如V2V，并且由大量节点带来的丢包会导致在分簇机制中的控制包丢失，使得这些接入方式无法有效运作。

发明内容

本发明提供在高密度自组织网络下，通过自排序过程有序接入资源。大大减少了由大量无序接入带来的丢包及时延。其主要原理在于：在网络中节点发送数据包之前进行自排序过程，排序长度最先达到指定长度阈值的队列将占用信道，按照排序的顺序依次发送数据包，而其他节点处于接收状态，避免包的碰撞。与现有机制不同点在于，本发明充分利用高密度网络的特性，在自排序过程中，用于排序的短包是允许丢失的，至少有一个队列成功排序就可使得排序过程继续，不需要所有用于排序的短包都可靠传输。

本发明的具体步骤包括自排序、信道声明及数据传输三部分：

1)自排序

网络中有包要发送的节点均可以一定的概率发起排序，通过发送一个短包，短包中包括源节点ID及排序序号1进行广播。接收范围内的节点收到该包以一定概率响应，在[1,W]的时间窗口内的任意一个时隙发送短包，其中包括源节点ID、队首ID及排序序号2。只要发起排序的队首节点成功收到一个响应自身的短包，即可发送短包，包括节点ID、占据序列中2号位置节点ID及对排序序号2的响应2ack，以通知传输范围内的节点序列中2号位置已被占据，并开始竞争3号位置。与上述过程相同，所有有包要发的节点将继续通过发送短包竞争3号位置；若成功收到2ack指示自己已占据队列中2号位置，则该节点在之后的自排序过程中保持静默。当队列长度达到指定阈值时，自排序过程完成，进入信道声明阶段。若在自排序过程中一直未到达指定长度，则通过自身计时器，到达最大排序时间后重置，开始新的自排序过程。

2)信道声明

对于成功完成自排序过程的队列，通过一个1bit的信号声明信道占用，所有周围处于排序阶段的节点均可收到该信号，停止排序过程，准备之后的数据接收。为了防止在同一时隙，多个完成排序的队列同时声明信道占用，信道声明信号将在[1,W]的窗口内任意一个时隙发送，并且其发射功率也应选择合适的值以减少多个完成排序队列之间可能的冲突。该过程重复多次，减少多个队列同时开始数据传输的可能。当完成信道声明，该队列进入数据传输阶段。

3)数据传输

在完成之前的自排序及信道声明过程后，队列开始数据包的传输，队首节点首先传输，发送的数据包中包括数据内容以及队列中成员的顺序。队列中其他成员收到该包后，按照自身在队列中的顺序依次发送数据包，当整个队列发送完毕后，释放信道，继续重复以上三个过程。

具体实施方式

根据本发明提出的机制，假设有10个节点分别为节点A、节点B、……、节点J均有数据包要发送。每个节点以一定概率发起队列，在某一时刻，队首随机选为节点D，因此节点D发送短包以通知范围内的其他节点竞争队列中序号2的位置。其中节点A、B、E、I和J收到了该包，并在[1,W]的窗口内随机发送短包，其中节点A的包第一个被队首D收到且未与其他包发生碰撞，现在队列顺序为(DA)。因此队首D发送2ack通知范围内节点开始序号3的竞争，其中A收到的2ack获知自己已经成功占用序号2则不再参与之后的自排序过程。与之前类似，E发送的包第一个被队首D成功收到，现在队列顺序为(DAE)。假设队列长度的阈值为5，当排序过程完成序号5后，此时队列顺序为(DAEIF)，排序过程结束。进入信道声明阶段。

队首D重复发送3次信道占用信号声明信道占用，其他节点此时停止排序过程准备数据接收，其他完成排序的队列收到该信号后放弃信道占用，防止发生碰撞。

在完成信道占用后，队首D首先发送数据包，其中包括队列顺序DAEIF。节点A、E、I和F收到该包后得知自己在队列中的顺序，并根据该顺序依次发送自己的数据包，当最后一个节点发送完毕后，释放信道，仍有包要发送的节点重复之前的过程。