[发明专利]一种基于时分复用的信道资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于时分复用的信道资源分配方法。

背景技术

时分复用(TDMA)是一种重要的媒质接入方式。TDMA技术将信道资源从时域上进行分割，分成小的时间片，将这些小的时间片分配给需要使用无线资源的节点。时间片通常称为时隙(slot)。每个节点在分配给自己的时隙中可以发送数据，而在其它时间只能接收数据而不能发送。通过这种方式，可以避免节点同时发送数据产生的冲突。TDMA作为一种成熟的通信技术，广泛于各种有线通信和无线通信网络中。

在传统TDMA方式中，一个时隙对应于一个节点，这种方式可以被称为扁平式的TDMA(Flat TDMA，FTDMA)。设有一个多跳网络如图1所示，则其FTDMA时隙分配方法可以如图2a所示。假设每个节点都有一个时隙的数据需要发送，则总共需要8个时隙。采用这种方式，对于信道资源的利用率很低。在多跳网络中，如果距离足够远的多个节点同时发送数据不会引起冲突，那么就可以把一个时隙同时分配给这些节点，达到提高信道利用率的目的。这种通过空间间隔来对TDMA的时隙进行复用的方法就是空分TDMA(Spatial TDMA，STDMA)，也被称为自组织时分复用。使用STDMA后，时隙分配方式可如图2b所示。8个节点全部发送数据所需要的时隙数仅为5个时隙。可见，相对于传统扁平式的时隙分配法，STDMA可以在很大程度上提高信道利用率。

对于STDMA网络来说，主要问题就是如何进行时隙分配。具体的时隙分配方法决定了网络的性能。STDMA时隙分配方法有集中式和分布式两种。集中式时隙分配方法是由控制中心分配时隙，并通知各个节点来执行。这种方法需要单独的服务器。分布式时隙分配方法则是由各个节点分别计算，不需要集中处理的设备。对于大规模的自组织网络来讲，使用分布式时隙分配方式比较合适。

分布式STDMA的一种现有时隙分配方法时隙结构如图3所示。可以看到，时间被分成了等长的时隙，每两个时隙之间有一小段的时隙同步和时隙保护。每个时隙被分成了两部分。第一部分是“控制”部分，需要发送数据的节点在该部分提出发送请求，并根据收到的请求信息分别计算自己能否在该时隙中发送数据。如果计算的结果是“能”，则该节点就在之后的第二部分，“数据”部分发送数据；如果计算的结果是不能，则该节点就放弃在这个时隙发送数据，等待下一个时隙重新竞争。

“控制”部分分为等长的两部分，每部分都由N个微时隙组成。其中N为网络中的节点个数。每一部分的N个微时隙按照节点序号依次分配给各个节点。在第一部分，需要发送数据的节点在分配给自己的微时隙中发出请求数据包。请求数据包是一个二元数组，其中第一个参数代表当前要发送的数据的目的目的地址(用目的节点的序号表示)；第二个参数代表当前发送数据的优先值。在第二部分，节点在分配给自己的微时隙中将自己在第一部分收到的优先值最大的请求数据包转发，转发请求数据包也是一个二元数组，第一个参数代表发请求的源节点序号，第二个参数代表要发送数据的优先值。

针对可能产生竞争的情况，节点竞争时隙的具体计算方法如下：

1)如果节点i有需要发送的数据，则在“控制”段的第一部分自己对应的微时隙中发送请求数据包；

2)节点i记录在“控制”段收到的请求数据包，选取优先值最高的一组，在“控制”段的第二部分自己对应的微时隙中转发；

3)如果在“控制”段第一部分收到的请求数据包中的目的地址参数是自己，节点i比较自己的优先值与请求数据包中的优先值参数，如果请求数据包中的优先值参数比自己的优先值高，则节点i放弃对该时隙“数据”部分的竞争，并调整自己的优先值；如果请求数据包中的优先值参数与自己的优先值相等并且源节点序号j＜i，则节点i放弃对该时隙“数据”部分的竞争，并调整自己的优先值；

4)如果在“控制”段第一部分收到的请求数据包中目的地址参数是自己的一跳邻居，节点i比较自己的优先值与请求数据包中的优先值参数，如果请求数据包中的优先值参数比自己的优先值高，则节点i放弃对该时隙“数据”部分的竞争，并调整自己的优先值；如果请求数据包中的优先值参数与自己的优先值相等并且源节点序号j＜i，则节点i放弃对该时隙“数据”部分的竞争，并调整自己的优先值；

5)节点i比较自己的优先值与在“控制”段第二部分收到的请求数据包中的优先值参数，如果这组数据中的优先值参数比自己的优先值高，则节点i放弃对该时隙“数据”部分的竞争，并调整自己的优先值；如果请求数据包中的优先值参数与自己的优先值相等并且源节点序号j＜i，则节点i放弃对该时隙“数据”部分的竞争，并调整自己的优先值。