[发明专利]基于定向多波束天线的TDMA帧结构的时隙预约方法

说明书

本发明公开了一种基于定向多波束天线的TDMA帧结构的时隙预约方法，其包括下列步骤：步骤一，设置定向多波束天线形式的网络节点，定向多波束天线同时生成多个发送波束和多个接收波束，定向多波束天线的双工工作模式为全双工模式；步骤二，将TDMA帧结构的时帧分为邻居节点发现段、时隙预约段、数据传输段三段。本发明基于定向多波束天线的TDMA帧结构的时隙预约方法将定向多波束天线引入到Ad Hoc网络中，简化了邻居节点发现过程，并利用接入优先级机制、队列优先级机制以及RTS/CTS/CONF三步握手实现了对数据时隙的高效无冲突的预约，显著提高了网络容量，降低了冲突，提供更好的服务质量保障。

技术领域

本发明涉及一种时隙预约方法，特别是涉及一种基于定向多波束天线的TDMA帧结构的时隙预约方法。

背景技术

随着用户需求的提升和天线技术的发展，越来越多的研究将定向天线应用到无线Ad hoc网络中。Ad Hoc网络是由一组具备无线收发能力的移动节点组成的临时自治系统，具有无中心、自组织、自愈性、网络拓扑多跳且动态变化等特点，在军事作战、紧急救援、数据采集等领域有着广泛的应用。传统的Ad Hoc网络使用的全向天线严重限制了网络的性能，因此，将定向天线引入到Ad Hoc网络中成为研究的热点。将定向天线技术应用到无线AdHoc网络中，可以减少干扰，提高空间复用，增加覆盖范围，降低功耗，并且具有良好的保密性和隐蔽性。

MAC协议控制着对物理层的访问，其设计应该与物理层尤其是天线的工作模式相适应，同时也对物理层的性能起到至关重要的作用。基于TDMA的MAC协议，利用时间同步，可以降低冲突，是无线自组网通信领域不可缺少的一部分。现有的定向TDMAMAC协议，假定定向天线的工作形式是单发单收，半双工工作。在这样的天线工作形式，邻居节点算法极为复杂，且难以处理冲突问题，资源利用率低。

例如，DTRA协议(参考文献：Zhang Z.Pure directional transmission andreception algorithms in wireless ad hoc networks with directional antennas[C]//IEEE International Conference on Communications.2005:3386-3390Vol.5.)就是一种典型的基于定向天线的TDMA MAC协议。DTRA协议的天线工作模式为：定向发送定向接收，半双工工作。DTRA协议通过时帧分段的方式实现了邻居节点发现、时隙预约和数据传输的功能，实现了纯定向通信条件下邻居节点发现和链路维护的功能。针对DTRA协议没有冲突处理能力的问题，SDVCS协议(参考文献：Tu Y,Zhang Y,Zhang H.A novel MACprotocol for wireless Ad hoc networks with directional antennas[C]//IEEEInternational Conference on Communication Technology.IEEE,2013:494-499.)，通过交换控制信息，阻止会引起冲突的业务数据发送，提高了吞吐量。然而，这种冲突处理方法过程复杂，冲突处理具有滞后性，且难以保障业务的服务质量需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于定向多波束天线的TDMA帧结构的时隙预约方法，其将定向多波束天线引入到Ad Hoc网络中，简化了邻居节点发现过程，并利用接入优先级机制、队列优先级机制以及RTS/CTS/CONF三步握手实现了对数据时隙的高效无冲突的预约，显著提高了网络容量，降低了冲突，提供更好的服务质量保障。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于定向多波束天线的TDMA帧结构的时隙预约方法，其包括下列步骤：

步骤一，设置定向多波束天线形式的网络节点，定向多波束天线同时生成多个发送波束和多个接收波束，定向多波束天线的双工工作模式为全双工模式；

步骤二，将TDMA帧结构的时帧分为邻居节点发现段、时隙预约段、数据传输段三段；