CN105119632A - 基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，在限定带宽的条件下，能够解决固定时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的时延较大的问题，以及动态时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的协议性能下降较快和不能满足实时业务需求的问题。所述方法包括：对于预先建立的无线移动自组织网，源节点通过预设的跳频图案组中预设的公用跳频图案建立的组网与目的节点单独建立通信链路；在单独建立通信链路成功之后，所述源节点通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网将待发送的大业务量数据发送给所述目的节点。

Description

基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法

技术领域

本发明涉及无线自组网技术领域，具体涉及一种基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法。

背景技术

无线AdHoc网络(或称MANET——MobileAdHocnetwork)，即无线移动自组织网，是由带有无线收发信机的移动节点组成的无线移动通信网络。同是作为无线网络，它与传统的蜂窝网络和集群网络相比具有很大不同，AdHoc网络没有中心控制节点，网内所有节点采用分布式运行，共同承担网络构造和管理功能。网络的组成具有任意性和临时性，可以随时建立和拆除，因此广泛应用于军事行动、灾难救援和移动会议等需要进行实时业务传输的场合。

在实际应用中，随机接入方式(也称为竞争型接入方式)是目前Adhoc网络采用的主流信道接入技术，它起源于经典的随机接入协议ALOHA和CSMA(载波侦听多路访问)协议。节点根据自身业务需求，它以某种方式竞争信道的使用权，竞争成功后独占信道资源并发送信息，同时通知其他用户，信道资源已经被占用，不能使用。显然，如果同一区域中的多个节点同时有大量数据需要发送，那么发生冲突的可能性将增加。而实时业务的传输，需要连续预留足够的时隙直至发送结束,以满足实时性要求,同时要避免接入的冲突，因此采用目前主流的随机接入方式很难保证避免冲突。

在诸多提高视频等大数据量业务传输性能的方法中，在数据链路层进行接入性能的优化是一个重要的方面，采用时分多址(TimeDivisionMultipleAccess，简称TDMA)的接入方式可以改善接入性能。TDMA协议的同步通信模式抖动性能、时延性能较好，非常适合话音、视频等周期性衡比特业务。通常TDMA时隙资源的典型分配方式包括固定分配方式和动态分配方式：

(1)在固定分配方式中，按照某种分配算法，在一个时帧中给网络中每个节点分配其所需数目的时隙，这种方式在单跳网络中可以较好的工作，时隙固定分配的协议虽然具有简单易实现和控制开销小的优点，但不能针对某节点的大业务量数据的突发增加而进行调整，使得该业务网络的时延比较大，恶化通信性能。

(2)在动态分配方式中，通常将时帧划分为预约部分和业务部分。节点根据自己业务的需求择机对时隙资源进行预约。如当某节点需要使用时隙资源时，会在预约时隙发起竞争，竞争成功的节点将获得相应业务时隙的使用权。这样的动态分配方式，有效的提高了信道的利用率。但时隙动态分配方式的缺点在于实现复杂程度较高，并且随着网络传输业务量的增大，竞争类的协议碰撞的概率大幅增加，使得协议性能下降较快；另外，由于节点竞争接入随机性的特征以及退避机制，特别是在业务量较大的情况下，很难满足实时业务的需求。由此可见，依靠TDMA接入方式不能完全满足传输大业务量数据的需求。

此外，提高带宽也是一种解决途径，但很多情况下提高带宽存在诸多技术限制。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，在限定带宽的条件下，能够解决固定时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的时延较大的问题，以及动态时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的协议性能下降较快和不能满足实时业务需求的问题。

为此目的，本发明提出一种基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，包括：

对于预先建立的无线移动自组织网，源节点通过预设的公用跳频图案建立的组网与目的节点单独建立通信链路；其中无线移动自组织网采用时分多址的接入方式，所述公用跳频图案为预设的跳频图案组中的跳频图案，该跳频图案组由与所述无线移动自组织网使用的频点数相同且两两正交的经排序的跳频图案组成；

在单独建立通信链路成功之后，所述源节点通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网将待发送的大业务量数据发送给所述目的节点；其中第一个单独建立的通信链路使用的跳频图案为所述跳频图案组中所述公用跳频图案后的第一个跳频图案，所述跳频图案组中最后一个跳频图案后第一个跳频图案为所述跳频图案组中第一个跳频图案。

本发明实施例所述的基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，由于进行大业务量数据传输的节点间可以通过利用与公用跳频图案不同的跳频图案来独占信道资源，为大业务量数据的实时传输提供了很好的保障，同时，由于使用的跳频图案与公用跳频图案正交，且只供源节点和目的节点收发数据使用，无需进行时隙资源分配，从而回避了固定时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的时延较大的问题，以及动态时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的协议性能下降较快的问题，可以将占用时隙数最大化，起到充分利用信道资源的目的，即在限定带宽的条件下，能够解决固定时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的时延较大的问题，以及动态时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的协议性能下降较快和不能满足实时业务需求的问题。

附图说明

图1为本发明基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法另一实施例的流程示意图；

图3为本发明基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法又一实施例中使用的跳频图案正交性的示意图；

图4为本发明基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法又一实施例中一个正交跳频图案组所包含的跳频图案示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例公开一种基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，包括：

S1、对于预先建立的无线移动自组织网，源节点通过预设的公用跳频图案建立的组网与目的节点单独建立通信链路；其中无线移动自组织网采用时分多址的接入方式，所述公用跳频图案为预设的跳频图案组中的跳频图案，该跳频图案组由与所述无线移动自组织网使用的频点数相同且两两正交的经排序的跳频图案组成；

S2、在单独建立通信链路成功之后，所述源节点通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网将待发送的大业务量数据发送给所述目的节点；其中第一个单独建立的通信链路使用的跳频图案为所述跳频图案组中所述公用跳频图案后的第一个跳频图案，所述跳频图案组中最后一个跳频图案后第一个跳频图案为所述跳频图案组中第一个跳频图案。

本发明实施例所述的基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，由于进行大业务量数据传输的节点间可以通过利用与公用跳频图案不同的跳频图案来独占信道资源，为大业务量数据的实时传输提供了很好的保障，同时，由于使用的跳频图案与公用跳频图案正交，且只供源节点和目的节点收发数据使用，无需进行时隙资源分配，从而回避了固定时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的时延较大的问题，以及动态时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的协议性能下降较快的问题，可以将占用时隙数最大化，起到充分利用信道资源的目的，即在限定带宽的条件下，能够解决固定时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的时延较大的问题，以及动态时隙分配方式组网中传输大业务量数据会产生的协议性能下降较快和不能满足实时业务需求的问题。

本发明适用于TDMA自组网的多跳频图案通信方法，其包括以下步骤：

步骤1)、各节点在组网前约定将要采用的公用跳频图案；

步骤2)、节点陆续入网，节点间采取互同步方式进行同步，建立全网同步后网内节点可以实现正常通信收发；

步骤3)、某源节点产生大业务量数据，需要向同网内的某目的节点发送，源节点通过公用跳频图案建立的组网向目的节点发送建链请求，准备单独建立通信链路；

步骤4)、源节点与目的节点在公用跳频图案上的通信过程中约定单独建立通信链路将采用的其他跳频图案，该跳频图案应是预先已知的，并且与公用跳频图案正交；

步骤5)、目的节点对建链请求成功应答后，单独建立通信链路成功，源节点在新的跳频图案上向目的节点发送大业务数据，目的节点也在新的跳频图案上进行接收；

步骤6)、当源节点和目的节点间的大业务数据收发结束后，所单独建立的通信链路被释放。

依据上述特征，所述步骤1)中选定公用跳频图案的原理和方法为：

由于不同跳频图案使用的带宽和频点总数相同，在时间同步前提下，需要保证不同的跳频图案在任一瞬间均不会发生频率碰撞，即任意时刻一个频点只被一个跳频图案采用，而其它跳频图案应在此时刻避开此频点(即为跳频图案的正交性，如图3所示)。理论上带宽内有多少个频点就可组成多少个正交跳频图案；将所有跳频图案依据某种规律进行不重复排序，其排序结果不唯一，选取其中某个排序结果中的某个位置作为公用跳频图案，则单独建立链接所采用的正交跳频图案应按顺序选取为公用跳频图案的下一位置的跳频图案，该选取方式将在步骤4中进一步说明。

依据上述特征，所述步骤4)中正交跳频图案选取的方法遵守如下规则：

在某一时间点，突发大业务量通信的行为并不限定只有一对节点进行；并且不限定为点对点进行，也可以为点对多点进行；所以进行单独建立通信链路采用的正交跳频图案的选择要遵循一定规律，可采取前面所述一组正交跳频图案中的某种排序结果，当公用跳频图案在其中选定位置后，其余跳频图案在选择过程中应依照排序结果来选择跳频图案后一个位置的正交跳频图案，以避免跳频图案的重复选择，造成通信干扰。具体方法为，当源节点在向目的节点发送单独建立通信链路的请求时，捎带向全网播报其将采用的跳频图案，这样当再次有其它节点企图建立单独通信时将顺延采用下一跳频图案，依次类推。

由于单独建立通信传输大业务数据是突发事件，持续时间有限，当跳频图案使用完毕后将会被释放，以备下一个循环周期到来时可以再次使用。

依据上述特征，所述步骤5)中，单独建立通信链路成功，源节点和目的节点在新的跳频图案上进行大业务量数据的收发，由于新的跳频图案与公用跳频图案正交，且新跳频图案只供源节点和目的节点收发数据使用，为点对点通信无需进行时隙资源分配，可以将占用时隙数最大化，起到充分利用信道资源的目的。

可选地，在本发明基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法的另一实施例中，所述源节点通过预设的公用跳频图案建立的组网与目的节点单独建立通信链路，包括：

所述源节点在其发送时隙到来时通过所述公用跳频图案建立的组网向所述目的节点发送单独建立通信链路请求；所述单独建立通信链路请求中包含单独建立的通信链路使用的跳频图案，所述无线移动自组织网中每一个单独建立通信链路请求中包含的跳频图案为所述跳频图案组中前一个单独建立通信链路请求中包含的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案；

所述目的节点在通过所述公用跳频图案建立的组网接收到所述源节点发送的单独建立通信链路请求之后，在其发送时隙到来时通过所述公用跳频图案建立的组网向所述源节点发送同意单独建立通信链路请求的应答信息；

在所述源节点通过所述公用跳频图案建立的组网接收到所述目的节点发送的应答信息之后，建立所述源节点与所述目的节点之间的单独通信链路；

其中，所述源节点通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网将待发送的大业务量数据发送给所述目的节点，包括：

所述源节点在其下一发送时隙到来时通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网将所述待发送的大业务量数据发送给所述目的节点。

可选地，在本发明基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法的另一实施例中，还包括：

所述源节点在向所述目的节点发送单独建立通信链路请求的同时，向所述无线移动自组织网中除所述目的节点之外的其它节点发送所述单独建立的通信链路使用的跳频图案，以使所述其它节点进行大业务量数据发送时使用所述跳频图案组中所述单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网进行发送。

下面对本发明一具体实施例进行详细描述。

本发明一种多跳频图案时分接入(MultiplePattern-TimeDivisionMultipleAddress，简称MP-TDMA)技术的实施步骤流程(按照图2)如下：

1)、各节点在组网前要预先选定将要采用的公用跳频图案P；

带宽内频点总数n确定后，理论上可产生共2ⁿ种跳频图案，但一组可用正交跳频图案包含的图案个数与带宽内的频点个数n相等，如图4所示，展示了当n等于5时，一组正交跳频图案中可以同时容纳5个彼此正交的跳频图案，所以应在每次组网前应确定所采用的一组跳频图案。

2)、全网同步；

全网时间同步是保证TDMA组网方式能正常工作的前提，同时也是保证一组正交跳频图案在任一瞬间均不会发生频率碰撞的前提。可以采用互同步方式，节点通过与网络中其他节点交互时间信息来获得同步时间，进而调整自己的时钟。由于互同步方式没有中心控制节点，其方式适合Adhoc网络的特点，网络中每一个节点都向外广播带有自身节点时间信息的同步头(同步时隙)，当节点收到来自其他节点的带有时间信息的同步头之后，根据预设时间差调节自身时间，最终实现整个网络同步。

3)、同步完成后，全网可以实现常规通信，当节点A产生大业务量数据需要传输时，其向节点B发送单独建立链接请求，请求中包含约定采用的跳频图案Q的信息，单独建链请求通过公共跳频图案P进行传递。

跳频TDMA组网采用固定时隙分配的接入方式进行通信具体为：节点A在其发送时隙到来时向节点B发送单独建立通信的请求，此时全网其他节点处于侦听状态；当节点B成功侦听到节点A所发送的请求后，B在其发送时隙到来时向节点A发送同意请求的应答信息，并准备接收；节点A收到B的应答后，为保证节点B有足够的反应时间，在节点A的下一发送时隙到来时采用约定的跳频图案Q进行业务发送。

上述突发大业务量通信的行为并不限定为上述一对节点间进行，其可以在点对点间进行，也可以在点对多点间进行。

单独建立链接请求中约定采用的正交跳频图案Q方法遵守如下规则：

单独建立通信链路所用正交跳频图案的选择要遵循一定规律，如一组中包含n个正交跳频图案，将该n个跳频图案依据某种运算规律进行不重复排序，得到其中一种排序结果，进行公用跳频图案选取该排序结果中的某个位置m(1≤m≤n)作为公用跳频图案P；

则当单独建立链接时按序选取m+1位置的跳频图案为正交跳频图案Q，其中当所选m＝n时，使m+1＝1。该过程，当节点A在向节点B发送单独建立通信链路的请求时，捎带向全网播报其将采用跳频图案Q，每个节点将获得这个信息，这样当再次有其它节点企图建立单独通信时将按照排序结果顺延选用跳频图案Q下一位置的跳频图案，依次类推以避免跳频图案的重复选择，造成通信干扰。

由于单独建立通信传输大业务数据是少数事件，且持续时间有限，当大业务量数据传输完毕后链接将会释放，即跳频图案使用完毕后将会被释放，在下一个图案循环时可以再次使用。

4)、目的节点对建链请求成功应答后，单独建立通信链路成功，源节点在新的跳频图案上向目的节点发送大业务数据；

5)、当节点A和节点B之间的大业务数据收发结束后，所单独建立的通信链路被释放，跳频图案Q也被释放。

可选地，在本发明基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法的另一实施例中，若所述无线移动自组织网中的节点装有一套通信收发模块，所述源节点使用该套收发模块通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网与所述目的节点进行通信。

本发明实施例中，当节点只有一套收发模块时，节点A与节点B建立采用正交跳频图案Q进行单独通信，会脱离原公用跳频图案P的自组网，再此期间节点A和B不能与其他节点通信，当通信结束后节点重新入网。

可选地，在本发明基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法的另一实施例中，若所述无线移动自组织网中的节点装有多套通信收发模块，节点使用一套收发模块通过所述公用跳频图案建立的组网与其它节点进行通信，所述源节点使用另外一套收发模块通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网与所述目的节点进行通信。

本发明实施例中，当节点装有两套收发模块时，节点在公共跳频图案P上组网时使用其中一个收发模块；当节点A与B建立采用正交跳频图案Q的单独通信链路时将采用另一套收发模块；这样可以保证在单独通信期间，节点A和B均不会脱离原公用跳频图案P的组网，并且可以正常收发来自其他节点的信息；但在此期间节点A和B不会接受来自其它节点的大业务数据通信的请求，一定程度上保证了自组网的性能。

可选地，在本发明基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法的另一实施例中，在所述源节点将所述待发送的大业务量数据发送给所述目的节点之后，释放所述源节点和目的节点之间所单独建立的通信链路。

可选地，在本发明基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法的另一实施例中，所述无线移动自组织网采用互同步方式进行全网时间同步。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明提出多跳频图案的接入方式(MP-TDMA)，将其应用于自组网中大业务量数据的通信传输中，该方法回避了以往常规的TDMA时隙分配方式带来的缺点，包括固定时隙分配方式组网中对大业务数据传输造成时延较大的缺点，和动态时隙分配方式在跳频同步组网中由于大业务量数据的传输，使得竞争类的协议碰撞的概率大幅增加而造成协议性能下降快的缺点；采用更换不同的正交的跳频图案的方式，可以在不产生干扰的前提下，满足某些节点间传输大业务数据的需求，以达到信道复用的目的；并且采用多跳频图案的方式可以允许通信节点间独占信道资源，无需进行时分复用，为大业务数据传输的实时性提供了很好的保障。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，其特征在于，包括：

对于预先建立的无线移动自组织网，源节点通过预设的公用跳频图案建立的组网与目的节点单独建立通信链路；其中无线移动自组织网采用时分多址的接入方式，所述公用跳频图案为预设的跳频图案组中的跳频图案，该跳频图案组由与所述无线移动自组织网使用的频点数相同且两两正交的经排序的跳频图案组成；

在单独建立通信链路成功之后，所述源节点通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网将待发送的大业务量数据发送给所述目的节点；其中第一个单独建立的通信链路使用的跳频图案为所述跳频图案组中所述公用跳频图案后的第一个跳频图案，所述跳频图案组中最后一个跳频图案后第一个跳频图案为所述跳频图案组中第一个跳频图案。

2.根据权利要求1所述的基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，其特征在于，所述源节点通过预设的公用跳频图案建立的组网与目的节点单独建立通信链路，包括：

所述源节点在其发送时隙到来时通过所述公用跳频图案建立的组网向所述目的节点发送单独建立通信链路请求；所述单独建立通信链路请求中包含单独建立的通信链路使用的跳频图案，所述无线移动自组织网中每一个单独建立通信链路请求中包含的跳频图案为所述跳频图案组中前一个单独建立通信链路请求中包含的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案；

所述目的节点在通过所述公用跳频图案建立的组网接收到所述源节点发送的单独建立通信链路请求之后，在其发送时隙到来时通过所述公用跳频图案建立的组网向所述源节点发送同意单独建立通信链路请求的应答信息；

在所述源节点通过所述公用跳频图案建立的组网接收到所述目的节点发送的应答信息之后，建立所述源节点与所述目的节点之间的单独通信链路；

其中，所述源节点通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网将待发送的大业务量数据发送给所述目的节点，包括：

所述源节点在其下一发送时隙到来时通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网将所述待发送的大业务量数据发送给所述目的节点。

3.根据权利要求2所述的基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，其特征在于，还包括：

所述源节点在向所述目的节点发送单独建立通信链路请求的同时，向所述无线移动自组织网中除所述目的节点之外的其它节点发送所述单独建立的通信链路使用的跳频图案，以使所述其它节点进行大业务量数据发送时使用所述跳频图案组中所述单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网进行发送。

4.根据权利要求1所述的基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，其特征在于，若所述无线移动自组织网中的节点装有一套通信收发模块，所述源节点使用该套收发模块通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网与所述目的节点进行通信。

5.根据权利要求1所述的基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，其特征在于，若所述无线移动自组织网中的节点装有多套通信收发模块，节点使用一套收发模块通过所述公用跳频图案建立的组网与其它节点进行通信，所述源节点使用另外一套收发模块通过所述跳频图案组中前一个单独建立的通信链路使用的跳频图案后第一个非所述公用跳频图案的跳频图案建立的组网与所述目的节点进行通信。

6.根据权利要求1所述的基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，其特征在于，在所述源节点将所述待发送的大业务量数据发送给所述目的节点之后，释放所述源节点和目的节点之间所单独建立的通信链路。

7.根据权利要求1所述的基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法，其特征在于，所述无线移动自组织网采用互同步方式进行全网时间同步。