CN101848542A - Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法，包括以下步骤：(1)将向用户提供的数据时隙划分成静态时隙、竞争时隙和预留时隙；其中静态时隙分配给网内各用户，并只能由对应用户使用，采用静态TDMA的占用方式；竞争时隙各用户均可使用，并采用时隙ALOHA的占用方式；预留时隙各用户均可使用，采用端到端控制分组握手的占用方式；(2)在静态时隙发送实时数据；(3)在竞争时隙发送竞争数据；(4)在预留时隙发送预留数据。本方法在静态分配时隙发送实时数据，在竞争时隙和预留时隙发送非实时数据，在最大限度保持静态TDMA接入协议的优点的基础上，为用户提供了更灵活的接入手段。

Description

AdHoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别是Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法。

背景技术

当前广泛应用的蜂窝移动通信系统是集中式控制的，网络的运行要基于预先架设好的网络设施。这两个特点使得蜂窝移动通信系统对有些特殊场合来说并不适用。例如，战场上部队快速展开和推进、发生地震或水灾后的营救。这些场合的通信不能依赖于任何预先架设的网络设施，基于健壮性考虑也不能采取有中心的控制方式。此时，需要一种特殊的通信系统：这种通信系统的运行不能基于任何预先架设好的网络设施，要能实现临时、快速自动组网。Ad hoc网络的出现满足了这些要求。

Ad hoc网络应用中，信道接入技术是影响其使用性能的关键技术之一。为了提供Ad hoc网络的接入效率，人们提出了TDMA(时分多址访问)、CSMA/CA、WTRP(无线令牌环)等多种接入协议。这些接入方式各有优缺点，但是在实际应用中，一种接入方式往往无法满足用户的需求，用户希望能够灵活的同时使用多种接入方式进行不同业务的传输。目前学术界结合TDMA协议和CSMA/CA协议提出了多种动态TDMA协议，例如HTDMA(混合时分多址访问协议)和FPRP(五步预留协议)，增强了网络的扩展性和灵活性。但是各种动态TDMA协议基本都是将时帧分成两个阶段，一个是竞争阶段，一个是传输阶段，通过竞争阶段的结果来决定传输阶段的时隙分配情况。在Ad Hoc网络内节点数目和业务类型不断变化的应用场景下，这些动态TDMA协议提高了网络效率。但是在很多应用场合，Ad Hoc网络内节点数目和业务类型是确定的。例如，用户希望在保证各Adhoc节点频繁地实时交互态势信息的同时，偶尔进行非实时的文件传输，这就要求将部分信道静态分配的同时，将其余部分信道进行动态分配；在这种应用场合采用动态TDMA协议虽然能够实现全部信道的动态分配，但是为了实现小部分信道的动态分配，而增加一个竞争阶段对所有时隙资源均进行竞争，其开销太大，而且实时性指标与静态TDMA协议相比将有所下降，无法满足高实时性应用的需求。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法，本方法在静态分配时隙发送实时数据，在竞争时隙和预留时隙发送非实时数据，在最大限度保持静态TDMA接入协议的优点的基础上，为用户提供了更灵活的接入手段。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法，包括以下步骤：(1)将向用户提供的数据时隙划分成静态时隙、竞争时隙和预留时隙；其中静态时隙分配给网内各用户，并只能由对应用户使用，采用静态TDMA的占用方式；竞争时隙各用户均可使用，并采用时隙ALOHA的占用方式；预留时隙各用户均可使用，采用端到端控制分组握手的占用方式；(2)在静态时隙发送实时数据；(3)在竞争时隙发送竞争数据；(4)在预留时隙发送预留数据。

在上述Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法中，步骤(2)包括以下步骤：步骤21、首先各电台节点进行同步组网，建立Ad Hoc网络；步骤22、用户产生实时数据，通过电台的人机接口模块将数据发送到电台；步骤23、电台在预先分配给本电台用户的静态时隙发送实时数据。

在上述Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法中，步骤(3)包括以下步骤：步骤31、首先各电台节点进行同步组网，建立Ad Hoc网络；步骤32、用户产生竞争数据，通过电台的人机接口模块将数据发送到电台；步骤33、电台在竞争时隙发送数据。

在上述Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法中，预留时隙的端到端控制分组握手占用方式通过以下步骤实现：

步骤41、首先各电台节点进行同步组网，建立Ad Hoc网络，各节点建立并维护一跳内节点收发状态表；

步骤42、用户产生预留数据，通过电台的人机接口模块将数据发送到电台；

步骤43、发送方电台首先查找一跳内节点收发信道状态表判断是否一跳内有节点在预留时隙接收数据；如有节点在预留时隙接收数据，随机等待若干时隙再判断；如无节点在预留时隙接收数据，在竞争时隙发送RTS信令，该RTS信令带有DSR路由信息头，其目标节点为用户数据的目标节点；发送RTS信令后，如果收到CTS应答，将在预留时隙发送预留数据；

步骤44、电台收到RTS或CTS信令，若根据DSR路由信息头判断本节点是中继节点，则查找一跳内节点收发信道状态表判断是否一跳内有节点在预留时隙接收或发送数据，如有节点在预留时隙接收或发送数据，在竞争时隙发送NCTS信令，如无节点在预留时隙接收或发送数据，在竞争时隙转发RTS或CTS信令，更新一跳内节点收发状态表；

步骤45、电台收到RTS信令，若根据DSR路由信息头判断本节点是目标节点，则查找一跳内节点收发信道状态表判断是否一跳内有节点在预留时隙接收数据，如有节点在预留时隙接收数据，在竞争时隙发送NCTS信令，如无节点在预留时隙接收或发送数据，在竞争时隙发送CTS信令，更新一跳内节点收发状态表；

步骤46、电台收到预留时隙的数据，更新一跳内节点收发状态表，如果数据的目标节点或中继节点为本节点，数据接收完毕后，在预留时隙发送ACK信令。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

1、首先，本发明完全保留了静态TDMA模式的优点，在静态分配时隙发送的用户数据，其实时性和无冲突性完全不受影响；因此，如果把所有时隙分配为用户时隙，其效果和静态TDMA模式完全一致，不存在额外开销。

2、其次，本发明大大增强了设备的灵活性，用户可以自由控制静态分配时隙和动态分配时隙的比例，满足不同应用场合的需求，有效地区分不同的业务，保证高优先级业务完全不受低优先级业务的影响。

3、最后，本发明向用户提供了接入层的控制接口，用户可以实现跨层设计的应用软件，灵活调用各种接入协议，大大提高了信道的使用效率。

附图说明

图1是本发明Ad Hoc网络电台的模块组成示意图；

图2是图1的主控制模块结构示意图；

图3是Ad Hoc网络电台发送预留数据的流程图；

图4是Ad Hoc网络电台处理RTS信令的流程图；

图5是一个实际应用例中Ad hoc平面网络结构示意图；

图6是一个实际应用例中数据时隙分配示意图；

图7是一个实际应用例中发送预留数据的交互过程图；

图8是一个实际应用例中通过发送信令避免预留数据冲突的交互过程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，Ad Hoc网络电台包括人机交互接口模块、主控制模块、电台数字信号处理模块、电台模拟信号处理模块以及电源模块，其中：

(1)人机交互接口模块接收来自外部的控制命令、数据和话音业务，再将其发往主控制模块；同时还接收主控制模块上报的状态信息并将所接收的状态信息显示，接收主控制模块上报的话音和数据业务并将所接收的话音及数据业务送往外部。

(2)如图2所示，主控制模块包括相互连接的内核模块、板级支持包(BSP，Board Support Packet)模块，以及分别与内核模块连接的控制接口模块、数据接口模块、信道接入模块、路由模块、网关模块。其中，BSP模块作为操作系统和硬件环境之间的接口，完成了硬件初始化等多方面的工作。内核模块包括操作系统、自定义的公共变量和函数，为各软件功能模块提供统一的交互平台。控制接口模块接收人机交互接口模块的控制指令，并向人机交互接口模块上报电台状态。数据接口模块接收来自人机交互接口模块的数据，根据数据类型选择不同的发送队列，并且接收其它模块需要上报的数据，送往人机交互接口模块进行输出。信道接入模块选择接入电台信道的时机，避免碰撞。路由模块实现DSR路由协议，实现路由的选择、维护和更新。网关模块实现网关的选择、维护和更新。

(3)电台数字信号处理模块受主控制模块控制，接收主控制模块下发的数据和话音业务，处理后产生中频信号，并将所述中频信号送往电台模拟信号处理模块。同时对电台模拟信号处理模块送过来的中频信号进行处理，提取出数据和话音信息，送往主控制模块。电台数字信号处理模块根据需求往主控制模块上报各种状态信息并对电台模拟信号处理模块进行相应控制。

(4)电台模拟信号处理模块受电台数字信号处理模块控制。将电台数字信号处理模块所产生的中频信号转换为射频信号进行发射；同时接收射频信号，转换为中频信号后，送往电台数字信号处理模块进行处理。

(5)电源模块为其它各模块供电。

本发明Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法，在实施过程中具体包括以下步骤：

(1)将向用户提供的数据时隙划分成静态时隙、竞争时隙和预留时隙；其中静态时隙分配给网内各用户，并只能由对应用户使用，采用时隙ALOHA的占用方式；竞争时隙各用户均可使用，并采用时隙ALOHA的占用方式；预留时隙各用户均可使用，采用端到端控制分组握手的占用方式。由于静态时隙只能由对应用户使用，因此不存在竞争和冲突问题。预留时隙采用端到端控制分组握手的占用方式，能解决隐藏终端和暴露终端问题。CTS和RTS等控制命令在竞争时隙发送，数据和ACK在预留时隙发送。

在实际应用中，上述数据时隙的划分，电台通过向用户提供时隙分配设置接口来完成：用户可以根据应用需求将时隙表中的部分数据时隙通过人机接口模块静态分配给网内各用户，以完成静态时隙的分配；并将时隙表中除了静态时隙以外的数据时隙，作为竞争时隙和预留时隙。用户可以根据不同的应用需求，在网络架设前或者网络使用过程中通过人机接口模块重新调整竞争时隙、预留时隙和静态时隙的分布和比例。

由于有三种数据时隙，因此电台向用户提供的数据接口协议中包括数据使用时隙的类型，用户可以选择的数据类型包括实时数据、竞争数据、预留数据，其中竞争数据和预留数据都为非实时数据。这三种类型的数据分别在本用户静态时隙发送、竞争时隙发送和预留时隙发送。

(2)在静态时隙发送实时数据，具体通过以下步骤实现：

步骤21、首先各电台节点进行同步组网，建立Ad Hoc网络。

步骤22、用户产生实时数据，通过电台的人机接口模块将数据发送到电台。

步骤23、电台在预先分配给本电台用户的静态时隙发送实时数据。

(3)在竞争时隙发送竞争数据，具体通过以下步骤实现：

步骤31、首先各电台节点进行同步组网，建立Ad Hoc网络。

步骤32、用户产生竞争数据，通过电台的人机接口模块将数据发送到电台。

步骤33、电台在竞争时隙发送数据。竞争时隙采用时隙ALOHA的占用方式。

(4)在预留时隙发送预留数据，其中预留时隙的端到端控制分组握手占用方式通过以下步骤实现：

步骤41、首先各电台节点进行同步组网，建立Ad Hoc网络，各节点建立并维护一跳内节点收发状态表。

步骤42、用户产生预留数据，通过电台的人机接口模块将数据发送到电台。

步骤43、如图3所示，发送方电台首先查找一跳内节点收发信道状态表判断是否一跳内有节点在预留时隙接收数据。如有节点在预留时隙接收数据，随机等待若干时隙再判断。如无节点在预留时隙接收数据，在竞争时隙发送RTS信令，该RTS信令带有DSR路由信息头，其目标节点为用户数据的目标节点。发送RTS信令后，如果收到CTS应答，将在预留时隙发送预留数据，具体为：发送RTS信令后，进入等待阶段；等待过程中，如果收到NCTS应答，将在下一个竞争时隙再次发送RTS信令；如果超时无应答，发送路由请求寻找新路由；如果三次超时，丢弃数据，通知用户发送失败，更新一跳内节点收发状态表；如果收到CTS应答，将在预留时隙发送用户数据，发送完毕后进入等待；如收到ACK应答，则上报用户发送成功，更新一跳内节点收发状态表；如果超时，在预留时隙重发用户数据，如果超时三次，丢弃数据，通知用户发送失败，更新一跳内节点收发状态表。

步骤44、电台收到RTS或CTS信令，若根据DSR路由信息头判断本节点是中继节点，则查找一跳内节点收发信道状态表判断是否一跳内有节点在预留时隙接收或发送数据。如有节点在预留时隙接收或发送数据，在竞争时隙发送NCTS信令，如无节点在预留时隙接收或发送数据，在竞争时隙转发RTS或CTS信令，更新一跳内节点收发状态表。

步骤45、如图4所示，电台收到RTS信令，若根据DSR路由信息头判断本节点是目标节点，则查找一跳内节点收发信道状态表判断是否一跳内有节点在预留时隙接收数据。如有节点在预留时隙接收数据，在竞争时隙发送NCTS信令，如无节点在预留时隙接收或发送数据，在竞争时隙发送CTS信令，更新一跳内节点收发状态表。

步骤46、电台收到预留时隙的数据，更新一跳内节点收发状态表，如果数据的目标节点或中继节点为本节点，数据接收完毕后，在预留时隙发送ACK信令。

一跳内节点收发信道状态表包含接收和发送两个状态量。其维护方式如下：如果电台在预留时隙收到数据或本电台在预留时隙发送数据，则将状态表中的发送状态量更新为有发送，如果预留时隙接收数据结束且本电台在预留时隙没有发送数据，则将状态表中的发送状态量更新为无发送。如果在竞争时隙收到CTS信令，则根据其DSR头在记录其发送方和接收方，并对该记录启动定时器，超时后将该记录删除。如果收到ACK信令或NCTS信令，将对应接收记录删除。如果接收记录表中有记录，将接收状态量设置为有接收，如果接收记录表中无记录，将接收状态量设置为无接收。

为了进一步说明该Ad Hoc网络电台的实际应用，下面举一个实际应用的例子。

一个实际的Ad Hoc网络拓扑如图5所示，两个节点间的连接线有无表示两个节点能否互相通信。节点1-5上均连接一台信息采集设备和一台信息处理设备。信息采集设备将自身采集到的信息定时送往信息处理设备，信息处理设备将本节点信息作为实时数据发往电台进行发送，同时不断从电台接收周边节点信息，将本节点信息和周边节点信息进行汇总处理。当信息满足某一条件时，信息处理设备将其生成报告送往节点6。

预先分配时隙如图6所示，每个时帧实际由一个管理时隙和15个数据时隙组成，而提供给用户的接口是对时帧内15个数据时隙的分配。标示为节点1-5的时隙分别分配给1-5节点，标示为竞争和预留的时隙分别是竞争时隙和预留时隙。按照用户时隙分配方案一，1-5节点每个时帧均有3次发送机会，不存在竞争时隙和预留时隙，因此，这个分配方案属于静态TDMA方式。按照用户时隙分配方案二，1-5节点每个时帧均有2次发送机会，而每个数据时隙周期有1个竞争时隙，4个预留时隙，供各节点竞争使用。信息采集设备的信息将作为实时数据送往电台，电台将其在本节点时隙发送。信息处理设备生成报告后，将报告作为预留数据发送。

图7为节点2向节点6发送预留数据的交互过程图，其中实线箭头的起点和终点分别表示信令的发起方和目标方，虚线箭头的起点和终点分别表示信令的发起方和监听方。如图7所示，节点2信息处理设备生成报告后，将报告作为预留数据送往电台2发送。电台2通过路由模块查找，发现预留数据的目的节点6需要通过电台3转发，因此，建立带DSR头的RTS信令，在竞争时隙发送到电台3。由于无线信道的广播特性，电台1、3和电台4都能收到RTS信令，将自行更新信道状态表。电台3根据RTS信令的DSR头判断出本节点是转发节点，将该RTS信令在竞争时隙发送给电台6。电台6收到RTS信令后，查找本机信道状态表，发现现在处于信道空闲状态，则更新本机信道状态表，在竞争时隙发送带DSR头的CTS信令。由于无线信道的广播特性，电台3和电台5都能收到RTS信令，将自行更新信道状态表。电台3收到CTS信令后根据DSR头信息将其转发到达电台2。电台2收到CTS信令后，在预留时隙发送用户数据到电台3。电台3收全用户数据后，在预留时隙回复ACK到电台2，电台2更新本机信道状态表。电台3在预留时隙发送用户数据到电台6，电台6收全后，在预留时隙回复ACK到电台3，电台3和电台5根据ACK信令更新本机信道状态表。

如图8所示，如果在节点3转发数据过程中，节点1也要向节点6发送报告，节点1信息处理设备生成报告后，将报告作为预留数据送往电台1发送。电台1判断一跳范围内没有节点在预留时隙发送数据，因此生产带DSR头的RTS信令，在竞争时隙发送到电台2。而电台2发现在预留时隙能收到电台3的数据发送，因此电台2将在竞争时隙发送NCTS，要求电台1等待。由于信令传输在竞争时隙进行而数据传输在预留时隙进行，可以避免隐藏终端和暴露终端问题。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将向用户提供的数据时隙划分成静态时隙、竞争时隙和预留时隙；其中静态时隙分配给网内各用户，并只能由对应用户使用，采用静态TDMA的占用方式；竞争时隙各用户均可使用，并采用时隙ALOHA的占用方式；预留时隙各用户均可使用，采用端到端控制分组握手的占用方式；

(2)在静态时隙发送实时数据；

(3)在竞争时隙发送竞争数据；

(4)在预留时隙发送预留数据。

2.根据权利要求1所述的Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法，其特征在于步骤(2)包括以下步骤：

步骤21、首先各电台节点进行同步组网，建立Ad Hoc网络；

步骤22、用户产生实时数据，通过电台的人机接口模块将数据发送到电台；

步骤23、电台在预先分配给本电台用户的静态时隙发送实时数据。

3.根据权利要求1所述的Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法，其特征在于步骤(3)包括以下步骤：

步骤31、首先各电台节点进行同步组网，建立Ad Hoc网络；

步骤32、用户产生竞争数据，通过电台的人机接口模块将数据发送到电台；

步骤33、电台在竞争时隙发送数据。

4.根据权利要求1所述的Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法，其特征在于预留时隙的端到端控制分组握手占用方式通过以下步骤实现：

步骤41、首先各电台节点进行同步组网，建立Ad Hoc网络，各节点建立并维护一跳内节点收发状态表；

步骤42、用户产生预留数据，通过电台的人机接口模块将数据发送到电台；

步骤43、发送方电台首先查找一跳内节点收发信道状态表判断是否一跳内有节点在预留时隙接收数据；如有节点在预留时隙接收数据，随机等待若干时隙再判断；如无节点在预留时隙接收数据，在竞争时隙发送RTS信令，该RTS信令带有DSR路由信息头，其目标节点为用户数据的目标节点；发送RTS信令后，如果收到CTS应答，将在预留时隙发送预留数据；

步骤44、电台收到RTS或CTS信令，若根据DSR路由信息头判断本节点是中继节点，则查找一跳内节点收发信道状态表判断是否一跳内有节点在预留时隙接收或发送数据，如有节点在预留时隙接收或发送数据，在竞争时隙发送NCTS信令，如无节点在预留时隙接收或发送数据，在竞争时隙转发RTS或CTS信令，更新一跳内节点收发状态表；

步骤45、电台收到RTS信令，若根据DSR路由信息头判断本节点是目标节点，则查找一跳内节点收发信道状态表判断是否一跳内有节点在预留时隙接收数据，如有节点在预留时隙接收数据，在竞争时隙发送NCTS信令，如无节点在预留时隙接收或发送数据，在竞争时隙发送CTS信令，更新一跳内节点收发状态表；

步骤46、电台收到预留时隙的数据，更新一跳内节点收发状态表，如果数据的目标节点或中继节点为本节点，数据接收完毕后，在预留时隙发送ACK信令。

5.根据权利要求4所述的Ad Hoc网络电台传输实时数据和非实时数据的方法，其特征在于步骤(43)所述的发送RTS信令后，如果收到CTS应答，将在预留时隙发送预留数据，具体为：

发送RTS信令后，进入等待阶段；等待过程中，如果收到NCTS应答，将在下一个竞争时隙再次发送RTS信令；如果超时无应答，发送路由请求寻找新路由；如果三次超时，丢弃数据，通知用户发送失败，更新一跳内节点收发状态表；如果收到CTS应答，将在预留时隙发送用户数据，发送完毕后进入等待；如收到ACK应答，则上报用户发送成功，更新一跳内节点收发状态表；如果超时，在预留时隙重发用户数据，如果超时三次，丢弃数据，通知用户发送失败，更新一跳内节点收发状态表。

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