[发明专利]无线网络节点随遇接入动态配置方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是一种时隙利用率高、拓扑适应性好、控制开销小的无线网络节点随遇接入动态配置方法。

背景技术

无线多跳自组通信设备网络参数多，设置复杂，开设时长，可重组能力差，人工设置操作环节过多，无法适应移动无线网络节点依据任务随行变动的动态网络拓扑结构，难以提高随行随遇接入和快速开通部署能力。无线自组网随遇接入研究重难点问题之一是如何动态协调和分配通信子网资源使用权。

TDMA（Time Division Multiple Address，时分多址）时分多址接入无需复杂编码，突发传输速率高、N个时分信道可共用一个载波，系统设计复杂度低、抗干扰能力强，因此适用于无线通信系统信道连接。在时分多址接入基础上设计高效的信道预约机制和时隙地址动态分配方案可大大减少节点入网时延，减少冲突概率和重传率，提高组网效率，是实现无线多跳自组网设备快速随遇接入的前提。

当前国际上针对无线自组网TDMA时隙分配和调度算法的研究根据对拓扑结构变化的依赖程度分为拓扑无关类和拓扑相关类时隙地址配置方法。

1.拓扑无关类配置方法。传统静态S-TDMA(Static-TDMA)分配类组网接入方式采用集中式分配，是一种典型的拓扑无关配置方法。入网节点时隙和地址采用与硬件捆绑式固定分配，时隙地址分配表的更新不依赖于拓扑变化，一帧内时隙数量与网络节点规模成正比，自组接入算法易于实现，缺点在于时隙和地址复用率低，组网效率低下，缺乏动态扩展能力。

P-TDMA（Improvement TDMA）协议是对固定静态S-TDMA分配方式的改进。通过为每个节点按编号一一对应分配一个主时隙的方式，实现了节点之间可以无冲突的发送控制信息和数据信息。当节点要在主时隙发送，则在声明子帧中对应时隙发送RTS分组，节点通过监听一轮声明子帧，可获知周围一跳内哪些节点为准备发送的活跃节点。并且在应答子帧中将自己监听到的周围活跃节点信息打包发送，通过监听一轮应答子帧，即可获得周围所有2跳内活跃节点信息。通过这种信息交互，使两跳外的节点可以复用时隙，实现无线信道的空分复用。

2.拓扑相关类分配方法。在该类方法中拓扑结构的变化将引起时隙和地址分配方案的变化以减少冲突，提高复用率。

（1）基于预留机制的拓扑相关分配方法。在对固定分配TDMA时分多址协议的改进基础上实现的动态分布式FPRP协议，采用五步预留机制进行分布式信道预约，每个入网节点预留过程只与其自身两跳邻节点相关。按FPRP的全分布式获取当前可用资源思路，时隙和地址预留完全不依赖于任何主节点，不需预知全网参数，提高了网络重组适应能力。

缺点在于这种完全分布式分配协议的可靠性和复用能力是通过增加邻节点间的控制开销达到的，适用于规模较大而节点移动性较低的网络。如果节点移动速率较高，例如无人机载、车载网络，拓扑结构变化速度快，移动中的预留申请节点可能无法收到前一邻域内的CR冲突分组而成为TN发送节点，增大与后一邻域内TN节点发生冲突的概率，导致时隙预留收敛时间较长，控制开销增大。

（2）基于竞争的拓扑相关分配方法。竞争类接入典型方法CSMA虽然可以满足随遇接入要求，时隙和地址分配都可按竞争节点是否成为当前真正发送节点而动态获取，节点与邻节点竞争方式占用信道，能适应无线移动自组网拓扑结构动态变化状况，但首先必须检测信道忙闲，现有无线信道状态条件无法避免冲突碰撞和解决隐藏终端问题，导致该方法使用效率较低。MACA、DCF协议都是在CSMA/CA竞争接入扩展基础上，增加了发送控制分组来部分解决隐终端和暴露终端问题，采用退避机制解决碰撞问题，前者采用了二进制指数退避算法BEB（Binary Exponential Backlog),后者使用了一种动态退避机制，节点在每次试图发送数据之前都会在0到当前竞争窗口CW之间随机选择一个整数作为退避计数器初始值，节点在发送报文前先侦听信道忙闲，如信道持续空闲一个DIFS时间段，则节点进入退避过程。信道每持续空闲一时隙，节点将自己的退避计数器减一，递减到0表示完成退避，立即发送报文。如在退避过程中信道变忙，节点停止退避计数，当信道再次变闲并持续DIFS时间段后，继续完成退避过程。