[发明专利]一种分布式TDMA协议中的随机数闲置时隙竞争方法

说明书

本发明公开了一种分布式TDMA协议中的随机数闲置时隙竞争方法，涉及通信技术领域，解决自组网中分布式TDMA协议信道利用率较低的问题,该方法以分布式TDMA为基础，通过分布式方法让每个节点固定占用一个时隙，以满足基本业务需求。对于有多个数据包需要传输的节点，产生一个随机数并与其他节点交互，获得一个节点排名，当有节点不使用其占用的时隙时，这些节点将根据节点排名按顺序使用该闲置时隙。本发明以较少的开销减少了TDMA网络中的时隙浪费，提高了信道利用率，通过引入随机数竞争机制，进一步提高了信道利用率。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种分布式TDMA协议中的随机数闲置时隙竞争方法。

背景技术

移动自组网是一种动态的、无中心的通信网络。移动自组网部署简单，不存在单点失败问题，适合应用于战场、应急通信等场景，近年来受到越来越多的关注。

介质访问控制（Medium Access Control，MAC）协议负责信道资源的分配，控制节点对信道的使用，对移动自组网的网络性能起着重要作用。一般将MAC协议分为预留类与竞争类两种。预留类协议从时间、空间、频率等资源将信道划分为多个相互正交的子信道，并按照一定的规则将这些子信道分配给用户使用。竞争类协议无需资源的划分，用户按照一定的规则争用信道。对于车联网、航空自组网等移动自组网的具体应用场景而言，节点间需实时交互位置、速度等信息，避免碰撞，这需要MAC层能提供较低的传输时延。竞争类协议存在接入时延不可控的问题，因此一般采用TDMA来保证时延。

移动自组网中的TDMA一般采用分布式的方式进行时隙分配。节点间通过相互协商的方式进行时隙分配，无需中心节点的参与。节点将一直使用所分配到的时隙直到发生冲突或离开网络，典型的协议代表有ADHOC MAC，VeMAC等。此类协议存在着信道利用率低的问题，当节点没有数据要传输时，分配给它的时隙将被闲置，无法被有传输需求的节点使用，这无疑是对通信资源的浪费。为了提高信道利用率，可以在TDMA基础之上引入竞争机制，当节点不使用分配给它的时隙时，其他节点通过竞争的方式来争用该时隙，典型的代表有Z-MAC，LA-MAC等。这些协议在TDMA的基础上引入了CSMA机制，每个时隙开始时，想要竞争闲置时隙的节点首先监听信道一段时间，若发现信道空闲，则表明时隙所属节点不使用该时隙。竞争节点随后以随机退避的方式对信道进行竞争。上述方法在一定程度上提高了信道利用率，但是仍存在着不足。首先，这些方法需要在每个时隙引入额外的时间开销进行随机退避以竞争信道。此外，CSMA仍存在着多个节点同时使用信道的可能，这会使得节点间的信号因冲突而无法被正确接收，使得时隙仍被浪费。这些问题限制了信道利用率的进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所解决的问题是自组网中分布式TDMA协议信道利用率较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种分布式TDMA协议中的随机数闲置时隙竞争方法，包括如下步骤：

(1)新节点接收已入网节点发送的控制消息，获知网络时隙占用情况，建立时隙状态表，并随机选择一个空闲时隙作为候选时隙,具体过程如下：

已入网节点在所占用的主时隙到来时，发送一个控制消息，消息中携带自己的时隙状态表，该表记录了自身及邻居节点的时隙占用情况，新节点通过接收邻居节点发送的控制消息，获得邻居节点的时隙状态表，从而得到网络内节点对时隙的占用情况，随机选择一个未被其他节点占用的空闲时隙作为候选时隙。

(2)候选时隙首次到来时，新节点发送占用申请，等待邻居节点的确定,具体过程如下：

候选时隙首次到来时，新节点发送一个控制消息向邻居节点申请占用该时隙；若只有一个新节点发出占用申请，邻居节点可以正确接收控制消息并更新自身的时隙状态表，加入新节点的信息；若同时有多个新节点发出占用申请，将会产生冲突，邻居节点无法正确接收控制消息，不能将新节点加入时隙状态表；新节点根据随后接收到的邻居节点的时隙状态表中，是否有自己的信息，获知邻居节点是否确认此申请。