CN106162902A - 一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，将时间分割成帧，再将每一个帧分割成若干个时隙，通过对时隙的分配来间接分配信道，即占有某个时隙的无线Mesh网络节点在该时隙内使用无线信道进行通信，动态调整划分时隙的位置，使每一个多收发机无线Mesh网络节点能够在同一个时隙接收或者发送多个来自相邻无线Mesh网络节点的数据，并且通过动态更新一帧里面的时隙个数，逐渐减少初始设定帧长，最终在相同的时间使用更多的数据帧来传递数据，提高了网络的信道利用率与网络吞吐量。

Description

一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法。

背景技术

无线Mesh网络是一种新型的宽带无线网络结构，是一种高容量，高速率的分布式网络。关于无线Mesh网络的研究和应用都引起了广泛的关注，无线Mesh网络与GPS技术结合可以做到各个无线Mesh网络节点收发同步。最新的研究发现具备多收发机的无线Mesh网络节点能够以相同的载频同时向多个无线Mesh网络节点发送数据或者接收多个无线Mesh网络节点的数据，多收发机无线Mesh网络节点比单收发机无线Mesh网络节点有更大的吞吐量。现有的信道分配方法都是基于单收发机载波侦听的方式，属于单天线半双工模式，在多收发机无线Mesh网络中使用现有的基于单收发机的信道分配方法很容易引起无线Mesh网络节点因竞争不到发送权而导致信息延迟过大，也就是说现有的信道分配方法无法适用于多收发机无线Mesh网络，因此需要一种适用于多收发机无线Mesh网络的信道分配方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，突破已有的基于单天线半双工模式的信道分配方法，改进传统的时分多址技术，灵活运用于多收发机无线Mesh网络节点，能够显著提高信道利用率与网络吞吐量，具有非常广阔的推广应用前景。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，所述无线Mesh网络节点之间进行信道分配，此无线Mesh网络节点是工作在半双工模式下的具有多收发机的无线Mesh网络节点，基于时分复用的思想，将时间分割成帧，再将每一个帧分割成若干个时隙，每个时隙的时间相同，每个时隙都有时隙标识，同一个帧中的所有时隙的时隙标识都不相同，优选的时隙标识递增设置，不同帧中的第一个时隙的时隙标识相同并且不同帧中的时隙的时隙标识的递增的步长相同。

进一步根据本发明所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，包括以下步骤：（1）、设定无线Mesh网络节点的初始帧长；（2）、初始分配时隙；（3）、交换接收数据时隙位置集合与发送数据时隙位置集合；（4）、调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置；（5）、提出新帧长并将新帧长广播到各无线Mesh网络节点；（6）、确定开始使用新帧长度进行数据通信的时隙。

进一步根据本发明所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，所述步骤（1），设定无线Mesh网络节点的初始帧长，得到每一个无线Mesh网络节点的度值，无线Mesh网络节点度值是指与该无线Mesh网络节点相邻的无线Mesh网络节点的个数，所有无线Mesh网络节点的度值组成一个度值集合，在这个度值集合找到最大的度值D _max ，优选的将每一个无线Mesh网络节点初始的帧长P设定为2*D _max 个时隙。

进一步根据本发明所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，步骤（2），所述初始分配时隙，RESV为预约发送数据时隙请求信令，包括无线Mesh网络节点发送RESV所任意选择的时隙位置的时隙标识和发送RESV的无线Mesh网络节点的物理地址；GRT为应答预约信令，包括时隙标识和物理地址，GRT中的时隙标识为所述RESV中的时隙标识，GRT中的物理地址为发送此GRT的无线Mesh网络节点的物理地址；Rslot为无线Mesh网络节点的接收数据时隙位置集合，Tslot为无线Mesh网络节点的接收数据时隙位置集合。按如下步骤进行：

（2-1）、无线Mesh网络节点处于开始状态，各无线Mesh网络节点向相邻一跳无线Mesh网络节点发送预约发送数据时隙请求信令，发送预约发送数据时隙请求信令的时间可随机选择在任意时隙。

（2-2）、无线Mesh网络节点在收到RESV后，该节点将RESV的时隙标识和物理地址记录在接收数据时隙位置集合中，每一个无线Mesh网络节点都保存并更新维护接收数据时隙位置集合，无线Mesh网络节点在接收数据时隙位置集合中的时隙标识对应的时隙接收来自于与上述时隙标识对应的物理地址相对应的无线Mesh网络节点的数据，无线Mesh网络节点将RESV的时隙标识和物理地址记录在接收数据时隙位置集合中，然后向发送RESV的无线Mesh网络节点发送应答预约信令。

（2-3）、若发送RESV的无线Mesh网络节点收到GRT，表明初始分配时隙成功，该无线Mesh网络节点将GRT的时隙标识和物理地址记录在发送数据时隙位置集合中，每一个无线Mesh网络节点都保存并更新维护发送数据时隙位置集合，无线Mesh网络节点在发送数据时隙位置集合中的时隙标识对应的时隙向与上述时隙标识对应的物理地址相对应的无线Mesh网络节点发送数据，若发送RESV的无线Mesh网络节点没有收到GRT，在这一时隙结束后，发送RESV的无线Mesh网络节点则认为初始分配时隙失败，在下一帧中，继续分配时隙，直到初始分配时隙成功。

进一步根据本发明所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，步骤（3），所述交换接收数据时隙位置集合与发送数据时隙位置集合，无线Mesh网络节点与该节点的相邻一跳无线Mesh网络节点在同一帧的各自的发送数据时隙，相互发送无线Mesh网络节点状态信令，该无线Mesh网络节点状态信令包括发送此无线Mesh网络节点状态信令的无线Mesh网络节点的Tslot与Rslot。

进一步根据本发明所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，步骤（4），所述调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置，按如下步骤进行：

（4-1）、无线Mesh网络节点在本节点的发送数据时隙到来之前，再次选择一个时隙位置向相邻无线Mesh网络节点发送RESV信息，上述RESV中的时隙标识对应的时隙位置应满足以下条件：无线Mesh网络节点A要向无线Mesh网络节点B发送RESV，线Mesh网络节点A已经知道了无线Mesh网络节点B的Tslot，表示一帧里面第一个时隙位置、第二个时隙位置、…、第P个时隙位置，P表示初始设定的帧长，表示A的接收数据时隙位置集合，表示B的发送数据时隙位置集合，A代表发送RESV的无线Mesh网络节点，B代表接收RESV的无线Mesh网络节点，A选择的时隙标识对应的时隙位置只能在集合中，。

（4-2）、无线Mesh网络节点在收到RESV后提取RESV中的时隙标识并判断该时隙标识是否在Tslot中，若不在Tslot中，则无线Mesh网络节点返回GRT，并将该无线Mesh网络节点的Rslot中与本节点接收到的RESV中的无线Mesh网络节点的物理地址对应的时隙标识更新为本节点接收到的RESV中的时隙标识，若在Tslot，则不做任何应答。

（4-3）、若无线Mesh网络节点收到GRT，则将该无线Mesh网络节点的Tslot中与本节点接收到的GRT中的无线Mesh网络节点的物理地址对应的时隙标识更新为本节点接收到的GRT中的时隙标识，继续调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置，使预约好的时隙向帧头移动，直至无线Mesh网络节点发送RESV次数达到最大预约次数；若无线Mesh网络节点没有收到GRT，表明此次选择的时隙并不能预约成功，在下一帧开始重新调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置，使预约好的时隙向帧头移动，直至无线Mesh网络节点发送RESV次数达到最大预约次数，Maxretry为最大预约次数，，i表示初始分配时隙的时隙标识，P表示初始帧长。

进一步根据本发明所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，步骤（5），包括：信道传播时延，从中心管理无线Mesh网络节点发出的数据传输到度值为1的无线Mesh网络节点所用的时间；父节点，若本节点向本节点的相邻一跳无线Mesh网络节点发送建议新帧长度请求信令或者更新帧长信令，则称本节点为本节点的邻一跳无线Mesh网络节点的父节点；子节点，若本节点从本节点的相邻一跳节点中接收到建议新帧长度请求信令或者更新帧长信令，则称本节点为向本节点发送建议新帧长度请求信令或者更新帧长信令的本节点的相邻一跳节点的子节点；边缘节点：度值为1的无线Mesh网络节点。

进一步根据本发明所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，步骤（5），所述提出新帧长并将新帧长广播到各无线Mesh网络节点，按如下步骤进行：

（5-1）、在所有的无线Mesh网络节点中找到度值最大的无线Mesh网络节点，若度值最大的无线Mesh网络节点只有一个，则称此无线Mesh网络节点为中心管理无线Mesh网络节点，若度值最大的无线Mesh网络节点有多个，则在这些度值最大的无线Mesh网络节点中随机选择一个无线Mesh网络节点，称此无线Mesh网络节点为中心管理无线Mesh网络节点，得到中心管理无线Mesh网络节点后，中心管理无线Mesh网络节点向所有相邻一跳的无线Mesh网络节点发送建议新帧长度请求信令并启动定时器，该建议新帧长度请求信令包含中心管理无线Mesh网络节点的物理地址和建议使用的新帧长度，定时器的长度必须大于两倍的最大的信道传播时延。

为建议新帧长度请求信令，A为中心管理无线Mesh网络节点的物理地址，为中心管理无线Mesh网络节点建议使用的新帧长度，N(A)为A的所有一跳相邻无线Mesh网络节点，U为一个无线Mesh网络节点，代表U的发送数据时隙位置集合，代表U的接收数据时隙位置集合，代表空集，代表一帧里面的第K个时隙的时隙标识，为无线Mesh网络节点的初始帧长，argmax是一个求最大值的函数，中心管理无线Mesh网络建议使用的新帧长度为：。

（5-2）、所有的非中心管理无线Mesh网络节点收到之后，该包含中心管理无线Mesh网络节点A的物理地址与建议使用的新帧长度，该无线Mesh网络节点将记录中心管理无线Mesh网络节点A的物理地址与建议使用的新帧长度，判断该建议使用的新帧长度是否为重复的，若与上次记录的重复，则丢弃该，并不做任何应答，若不重复，则非中心管理无线Mesh网络节点先得到本无线Mesh网络节点当前的最小帧长，

C为一个收到无线Mesh网络节点，N(C)表示C的所有一跳相邻无线Mesh网络节点，代表无线Mesh网络节点C的当前最小帧长。

（5-3）、当非中心管理无线Mesh网络节点得到本无线Mesh网络节点当前的最小帧长之后，提取中的建议使用的新帧长度，判断比较，若，则该非中心管理无线Mesh网络节点丢弃该，不做任何应答，若，则非中心管理无线Mesh网络判断是否还有子节点存在，若没有子节点，则发送应答建议新帧长度请求信令给所有父节点，若有子节点，则转发给所有的子节点并启动定时器并等待所有子节点的应答建议新帧长度请求信令，定时器的长度必须大于两倍的最大信道传播时延，此处定时器的长度与（5-1）中所述定时器的长度相同；若超时之后还没有收到所有子节点的应答建议新帧长度请求的，则该无线Mesh网络节点抛弃此次请求，并不做任何应答，通过上述的非中心管理无线Mesh网络节点的转发，由中心管理无线Mesh网络节点发送的就广播到所有的无线Mesh网络节点。

（5-4）、APRV为应答建议新帧长度请求信令，当所有边缘节点发送APRV给所有的父节点之后，则表明该已经广播到所有无线Mesh网络节点中，收到所有子节点的APRV的父节点也将发送APRV给本节点的所有的父节点，若中心管理无线Mesh节点在定时器之内，收到来自所有的相邻一跳无线Mesh网络节点的APRV之后，表明已经成功广播到所有无线Mesh网络节点，则确定开始使用新帧长度进行数据通信的时隙，否则重新提出新帧长并将新帧长广播到各无线Mesh网络节点。

进一步根据本发明所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，步骤（6），所述确定开始使用新帧长度进行数据通信的时隙，按如下步骤进行：

（6-1）、中心管理无线Mesh网络节点向所有相邻一跳无线Mesh网络节点发送更新帧长信令，更新帧长信令包括中心管理无线Mesh网络节点的物理地址、建议使用的新帧长度、该更新帧长信令的发送时间以及时隙标识，上述更新帧长信令中的时隙标识表明发送该信令的中心管理无线Mesh网络节点将在该时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信，为更新帧长信令，t表示该信令的发送时间，为更新帧长信令中的时隙标识，必须满足如下条件：一是若中心管理无线Mesh网络节点A在第Y帧发送信息，则的选择必须在第Y+2帧的某一时隙标识，另一是必须是新帧长度的整数倍，即，n为正整数。

（6-2）、当所有非中心管理无线Mesh网络节点收到后，若该非中心管理无线Mesh网络节点当前使用帧长度小于中建议使用的新帧长度，则该非中心管理无线Mesh网络节点丢弃该，不做任何应答；若该非中心管理无线Mesh网络节点当前使用帧长大于等于，则该非中心管理无线Mesh网络节点首先发送应答更新帧长信令给中心管理无线Mesh网络， 为应答更新帧长信令，非中心管理无线Mesh网络节点得到该非中心管理无线Mesh网络节点使用新帧长度进行数据通信的时隙的时隙标识，满足如下条件：一是若非中心管理无线Mesh网络节点D在第Y帧发送信息，则的选择必须在第Y+2帧的某一时隙标识对应的时隙；另一是必须是新帧长度的整数倍，即，n为正整数。

若非中心管理无线Mesh网络节点没有子节点，则非中心管理无线Mesh网络节点就在得到的时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信，若非中心管理无线Mesh网络节点存在子节点，则发送给所有子节点；若收到所有子节点的ACK，则非中心管理无线Mesh网络节点就在时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信，若非中心管理无线Mesh网络节点没有收到所有子节点的ACK，则重新计算，并再次发送给所有非中心管理无线Mesh网络节点的子节点，直到收到所有子节点的ACK，非中心管理无线Mesh网络节点就在最终确定的时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信。

（6-3）、若中心管理无线Mesh网络节点收到所有一跳相邻无线Mesh网络节点的ACK，则会在时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信，否则重复确定开始使用新帧长度进行数据通信的时隙，直到收到所有一跳相邻无线Mesh网络节点的ACK, 在时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信。

本发明与现有信道分配技术相比，有以下优点：

1、本发明通过划分时隙给无线信道，由于各无线Mesh网络节点仅在该节点所分配的时隙进行数据通信，因此增强了整个网络的抗干扰能力；

2、本发明通过动态调整时隙位置和最大化减少帧长，最终显著提高了整个网络的信道利用率网络吞吐量。

附图说明

图1为本发明所述的一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法的流程图；

图2所示为本发明示例无线Mesh网络的拓扑结构图；

图3为本发明所述的一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法的初始分配时隙的流程图；

图4为本发明所述的一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法的调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置的流程图；

图5为本发明所述的一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法的完成新帧长的提出并将新帧长广播到各无线Mesh网络节点的流程图；

图6为本发明所述的一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法的使用新帧长度进行数据通信的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明的方案，但并不因此限制本发明的保护范围。

首先说明本发明所述方案的适用情况。本发明提出的方案用于在无线Mesh网络节点之间进行信道分配，并且此无线Mesh网络节点是工作在半双工模式下的具有多收发机（Multi-Transmit-Receive，多收发机）的无线Mesh网络节点，基于时分复用的思想，将时间分割成帧，再将每一个帧分割成若干个时隙，每个时隙的时间相同，每个时隙都有时隙标识，同一个帧中的所有时隙的时隙标识都不相同，优选的时隙标识递增设置，不同帧中的第一个时隙的时隙标识相同并且不同帧中的时隙的时隙标识的递增的步长相同。

本发明所述多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法通过对时隙的分配来间接分配信道，即占有某个时隙的无线Mesh网络节点在该时隙内使用无线信道进行通信，进一步的，本发明所述多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法通过减少帧长（也就是减少帧中的时隙个数）来提高信道利用率与网络吞吐量。

如图1所示，本发明所述多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法包括如下步骤。

步骤1：设定无线Mesh网络节点的初始帧长。

得到每一个无线Mesh网络节点的度值，无线Mesh网络节点度值是指与该无线Mesh网络节点相邻的无线Mesh网络节点的个数，所有无线Mesh网络节点的度值组成一个度值集合，在这个度值集合找到最大的度值D _max ，优选的将每一个无线Mesh网络节点初始的帧长P设定为2*D _max 个时隙。举例说明初始帧长的设定过程，如图2所示为本发明示例无线Mesh网络的拓扑结构图，节点A、B、C、D、E、F、G、H的度值分别为1、1、4、3、1、4、1、1，则度值集合为{1，1，4，3，1，4，1，1}，此时D _max =4，优选的将初始帧长设定为8。

步骤2：初始分配时隙。

步骤2-1：图3为本发明所述的一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法的初始分配时隙的流程图，初始状态下，无线Mesh网络节点处于开始状态，各无线Mesh网络节点向相邻一跳无线Mesh网络节点发送预约发送数据时隙请求信令，发送预约发送数据时隙请求信令的时间可随机选择在任意时隙。为叙述方便，以下统一用RESV来代表预约发送数据时隙请求信令，该RESV包括无线Mesh网络节点发送RESV所任意选择的时隙位置的时隙标识和发送RESV的无线Mesh网络节点的物理地址。

步骤2-2：无线Mesh网络节点在收到RESV后，该无线Mesh网络节点将RESV的时隙标识和物理地址记录在接收数据时隙位置集合中，每一个无线Mesh网络节点都保存并更新维护接收数据时隙位置集合，无线Mesh网络节点在接收数据时隙位置集合中的时隙标识对应的时隙接收来自于与上述时隙标识对应的物理地址相对应的无线Mesh网络节点的数据。无线Mesh网络节点将RESV的时隙标识和物理地址记录在接收数据时隙位置集合中后向发送RESV的无线Mesh网络节点发送应答预约信令。为叙述方便，以下统一用GRT来表示应答预约信令，GRT包括时隙标识和物理地址，GRT中的时隙标识为上述RESV中的时隙标识，GRT中的物理地址为发送此GRT的无线Mesh网络节点的物理地址，统一用Rslot表示无线Mesh网络节点的接收数据时隙位置集合。

步骤2-3：若发送RESV的无线Mesh网络节点收到GRT，表明初始分配时隙成功，该无线Mesh网络节点将GRT的时隙标识和物理地址记录在发送数据时隙位置集合中，每一个无线Mesh网络节点都保存并更新维护发送数据时隙位置集合。无线Mesh网络节点在发送数据时隙位置集合中的时隙标识对应的时隙向与上述时隙标识对应的物理地址相对应的无线Mesh网络节点发送数据。为叙述方便，以下统一用Tslot表示无线Mesh网络节点的接收数据时隙位置集合。

若发送RESV的无线Mesh网络节点没有收到GRT，在这一时隙结束后，发送RESV的无线Mesh网络节点则认为初始分配时隙失败，在下一帧中，重新执行步骤2，直到初始分配时隙成功。

步骤3：交换接收数据时隙位置集合与发送数据时隙位置集合。

无线Mesh网络节点与该节点的相邻一跳无线Mesh网络节点在同一帧的各自的发送数据时隙，相互发送无线Mesh网络节点状态信令，该无线Mesh网络节点状态信令包括发送此无线Mesh网络节点状态信令的无线Mesh网络节点的Tslot与Rslot。

步骤4：调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置。

步骤4-1：图4为本发明所述的一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法的调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置的流程图，无线Mesh网络节点在本节点的发送数据时隙到来之前，再次选择一个时隙位置向相邻无线Mesh网络节点发送RESV信息，上述RESV中的时隙标识对应的时隙位置应满足下述条件。

若无线Mesh网络节点A要向无线Mesh网络节点B发送RESV，此时在完成步骤3之后，无线Mesh网络节点A已经知道了无线Mesh网络节点B的Tslot。表示一帧里面第一个时隙位置、第二个时隙位置、…、第P个时隙位置，P表示初始设定的帧长，表示A的接收数据时隙位置集合，表示B的发送数据时隙位置集合。A代表发送RESV的无线Mesh网络节点，B代表接收RESV的无线Mesh网络节点。此时A选择的时隙标识对应的时隙位置只能在集合中，。

步骤4-2：如前所述RESV包括无线Mesh网络节点发送RESV所选择的时隙位置的时隙标识和发送RESV的无线Mesh网络节点的物理地址，无线Mesh网络节点在收到RESV后提取RESV中的时隙标识并判断该时隙标识是否在Tslot中，若不在Tslot中,则无线Mesh网络节点返回GRT，并将该无线Mesh网络节点的Rslot中与本节点接收到的RESV中的无线Mesh网络节点的物理地址对应的时隙标识更新为本节点接收到的RESV中的时隙标识。若在Tslot，则不做任何应答。

步骤4-3：若无线Mesh网络节点收到GRT，则将该无线Mesh网络节点的Tslot中与本节点接收到的GRT中的无线Mesh网络节点的物理地址对应的时隙标识更新为本节点接收到的GRT中的时隙标识，并重新执行步骤4。

若无线Mesh网络节点没有收到GRT，表明此次选择的时隙并不能预约成功，在下一帧开始，重新执行步骤4，直至无线Mesh网络节点发送RESV次数达到最大预约次数。为了叙述方便，用Maxretry表示最大预约次数，i表示初始分配时隙的时隙标识，P表示设定的初始帧长，则最大预约次数为。

当无线Mesh网络节点完成步骤4后，每一个无线Mesh网络节点在Rslot中的时隙标识对应的时隙接收数据，每一个无线Mesh网络节点在Tslot中的时隙标识对应的时隙发送数据，并且每一个发送数据时隙位置和接收时隙位置在不引起冲突的情况下，已经不能在向帧的头部移动。

步骤5：提出新帧长并将新帧长广播到各无线Mesh网络节点。

步骤5-1：在所有的无线Mesh网络节点中找到度值最大的无线Mesh网络节点，若度值最大的无线Mesh网络节点只有一个，则称此无线Mesh网络节点为中心管理无线Mesh网络节点。若度值最大的无线Mesh网络节点有多个，则在这些度值最大的无线Mesh网络节点中随机选择一个无线Mesh网络节点，称此无线Mesh网络节点为中心管理无线Mesh网络节点。得到中心管理无线Mesh网络节点后，中心管理无线Mesh网络节点向所有相邻一跳的无线Mesh网络节点发送建议新帧长度请求信令并启动定时器。该建议新帧长度请求信令包含中心管理无线Mesh网络节点的物理地址和建议使用的新帧长度。上述定时器的长度必须大于两倍的最大的信道传播时延。信道传播时延是指从中心管理无线Mesh网络节点发出的数据传输到度值为1的无线Mesh网络节点所用的时间。为叙述方便，以下统一用代表建议新帧长度请求信令。A代表中心管理无线Mesh网络节点的物理地址，代表建议使用的新帧长度。上述中的建议使用的新帧长度应满足下述条件。

假定用A代表中心管理无线Mesh网络节点的物理地址，代表中心管理无线Mesh网络节点建议使用的新帧长度，N(A)表示A的所有一跳相邻无线Mesh网络节点，U代表一个无线Mesh网络节点，代表U的发送数据时隙位置集合，代表U的接收数据时隙位置集合，代表空集，代表一帧里面的第k个时隙的时隙标识，表示在步骤2设定的无线Mesh网络节点的初始帧长，argmax是一个求最大值的函数。

此时中心管理无线Mesh网络建议使用的新帧长度必须为：

。

步骤5-2：图5为本发明所述的一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法的完成新帧长度的提出并将新帧长度广播到各无线Mesh网络节点的流程图。如图5所示，当所有的非中心管理无线Mesh网络节点收到之后，该包含中心管理无线Mesh网络节点A的物理地址与建议使用的新帧长度。该无线Mesh网络节点将记录中心管理无线Mesh网络节点A的物理地址与建议使用的新帧长度。判断该建议使用的新帧长度是否为重复的，若与上次记录的重复，则丢弃该，并不做任何应答；若不重复，则非中心管理无线Mesh网络节点先得到本无线Mesh网络节点当前的最小帧长。下面说明非中心管理无线Mesh网络节点如何得到本节点的当前的最小帧长。

假设C代表一个收到无线Mesh网络节点，N(C)表示C的所有一跳相邻无线Mesh网络节点，U代表一个无线Mesh网络节点。代表U的发送数据时隙位置集合，代表U的接收数据时隙位置集合，代表空集，代表一帧里面的第K个时隙的时隙标识，表示在步骤2设定的无线Mesh网络节点的初始帧长，代表无线Mesh网络节点C的当前最小帧长，argmax是一个求对所有符合要求的K求极大值的函数。

则非中心管理无线Mesh网络节点当前的最小帧长为：

为了叙述方便，定义以下描述方式：

父节点：若本节点向本节点的相邻一跳无线Mesh网络节点发送建议新帧长度请求信令或者更新帧长信令，则称本节点为本节点的邻一跳无线Mesh网络节点的父节点。

子节点：若本节点从本节点的相邻一跳节点中接收到建议新帧长度请求信令或者更新帧长信令，则称本节点为向本节点发送建议新帧长度请求信令或者更新帧长信令的本节点的相邻一跳节点的子节点。

边缘节点：度值为1的无线Mesh网络节点。

当非中心管理无线Mesh网络节点得到本无线Mesh网络节点当前的最小帧长之后，提取中的建议使用的新帧长度，判断比较，若，则该非中心管理无线Mesh网络节点丢弃该，不做任何应答。若，则非中心管理无线Mesh网络判断是否还有子节点存在，若没有子节点，则发送应答建议新帧长度请求信令给所有父节点，若有子节点，则转发给所有的子节点并启动定时器并等待所有子节点的应答建议新帧长度请求信令，定时器的长度必须大于两倍的最大信道传播时延，此处定时器的长度与步骤5-1中定时器的长度相同。若超时之后还没有收到所有子节点的应答建议新帧长度请求的，则该无线Mesh网络节点抛弃此次请求，并不做任何应答。为叙述简单，以下用APRV表示应答建议新帧长度请求信令。通过上述的非中心管理无线Mesh网络节点的转发，由中心管理无线Mesh网络节点发送的就广播到所有的无线Mesh网络节点。

步骤5-3：当所有边缘节点发送APRV给所有的父节点之后，则表明该已经广播到所有无线Mesh网络节点中。收到所有子节点的APRV的父节点也将发送APRV给本节点的所有的父节点，通过这种方法，若中心管理无线Mesh节点在定时器之内，收到来自所有的相邻一跳无线Mesh网络节点的APRV之后，表明已经成功广播到所有无线Mesh网络节点，则进入步骤6。否则，重新返回步骤5，直到广播成功。

步骤6：确定开始使用新帧长度进行数据通信的时隙。

步骤6-1：如图6为本发明所述的一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法的使用新帧长度进行数据通信的流程图，如图6所示，中心管理无线Mesh网络节点向所有相邻一跳无线Mesh网络节点发送更新帧长信令，更新帧长信令包括中心管理无线Mesh网络节点的物理地址、建议使用的新帧长度、该更新帧长信令的发送时间以及时隙标识，上述更新帧长信令中的建议使用的新帧长度为步骤5-1中的，上述更新帧长信令中的时隙标识表明发送该信令的中心管理无线Mesh网络节点将在该时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信。为了叙述简便，用A表示中心管理无线Mesh网络节点的物理地址，用表示更新帧长信令，其中代表建议使用的新帧长度，（的取值已在前述步骤5-1中阐述），t表示该信令的发送时间，为上述更新帧长信令中的时隙标识，必须满足如下两个条件：

条件一：若中心管理无线Mesh网络节点A在第Y帧发送信息，那么的选择必须在第Y+2帧的某一时隙标识；

条件二：必须是新帧长度的整数倍，即，n为正整数。

步骤6-2：当所有非中心管理无线Mesh网络节点收到之后，若该非中心管理无线Mesh网络节点当前使用帧长度小于中建议使用的新帧长度，则该非中心管理无线Mesh网络节点丢弃该，不做任何应答；若该非中心管理无线Mesh网络节点当前使用帧长大于等于，则该非中心管理无线Mesh网络节点首先发送应答更新帧长信令给中心管理无线Mesh网络。为叙述方便，以下用表示应答更新帧长信令，然后非中心管理无线Mesh网络节点得到该非中心管理无线Mesh网络节点使用新帧长度进行数据通信的时隙的时隙标识，用D代表任意一个非中心管理无线Mesh网络节点，表示非中心管理无线Mesh网络节点D使用新帧长度进行数据通信的时隙的时隙标识，必须满足两个条件：

条件一：若非中心管理无线Mesh网络节点D在第Y帧发送信息，则的选择必须在第Y+2帧的某一时隙标识对应的时隙；

条件二：必须是新帧长度的整数倍，即，n为正整数。

若非中心管理无线Mesh网络节点没有子节点，则非中心管理无线Mesh网络节点就在得到的时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信。若非中心管理无线Mesh网络节点存在子节点，则发送给所有子节点，t表示此信令的发送时间。若收到所有自子节点的ACK后，非中心管理无线Mesh网络节点就在时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信。若非中心管理无线Mesh网络节点没有收到所有子节点的ACK，则重新计算，并再次发送给所有非中心管理无线Mesh网络节点的子节点，直到收到所有子节点的ACK后，非中心管理无线Mesh网络节点就在最终确定的时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信。

步骤6-3：若中心管理无线Mesh网络节点收到所有一跳相邻无线Mesh网络节点的ACK之后,则会在时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信。否则，重复执行步骤6直到收到所有一跳相邻无线Mesh网络节点的ACK之后, 在时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信。

通过上述步骤6，无线Mesh网络中的所有节点都确定了开始使用新帧长度进行数据通信的时隙，最终无线Mesh网络中的所有节点都使用新帧长度进行数据通信，本发明所述的一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法通过使用新帧长度代替初始帧长提高了信道利用率和网络吞吐量。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (8)

1.一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，其特征在于，所述无线Mesh网络节点之间进行信道分配，此无线Mesh网络节点是工作在半双工模式下的具有多收发机的无线Mesh网络节点，基于时分复用的思想，将时间分割成帧，再将每一个帧分割成若干个时隙，每个时隙的时间相同，每个时隙都有时隙标识，同一个帧中的所有时隙的时隙标识都不相同，优选的时隙标识递增设置，不同帧中的第一个时隙的时隙标识相同，并且不同帧中的时隙的时隙标识递增步长相同。

2.根据权利要求1所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、设定无线Mesh网络节点的初始帧长；

（2）、初始分配时隙；

（3）、交换接收数据时隙位置集合与发送数据时隙位置集合；

（4）、调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置；

（5）、提出新帧长并将新帧长广播到各无线Mesh网络节点；

（6）、确定开始使用新帧长度进行数据通信的时隙。

3.根据权利要求1或2所述多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，其特征在于，步骤（1），设定无线Mesh网络节点的初始帧长，得到每一个无线Mesh网络节点的度值，无线Mesh网络节点度值是指与该无线Mesh网络节点相邻的无线Mesh网络节点的个数，所有无线Mesh网络节点的度值组成一个度值集合，在这个度值集合找到最大的度值D _max ，将每一个无线Mesh网络节点初始的帧长P设定为2*D _max 个时隙。

4.根据权利要求1-3任一项所述多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，其特征在于步骤（2）中初始分配时隙，RESV为预约发送数据时隙请求信令，包括无线Mesh网络节点发送RESV所任意选择的时隙位置的时隙标识和发送RESV的无线Mesh网络节点的物理地址；GRT为应答预约信令，包括时隙标识和物理地址，GRT中的时隙标识为所述RESV中的时隙标识，GRT中的物理地址为发送此GRT的无线Mesh网络节点的物理地址；Rslot为无线Mesh网络节点的接收数据时隙位置集合，Tslot为无线Mesh网络节点的接收数据时隙位置集合，按如下步骤进行：

（2-1）、无线Mesh网络节点处于开始状态，各无线Mesh网络节点向相邻一跳无线Mesh网络节点发送预约发送数据时隙请求信令，发送预约发送数据时隙请求信令的时间可随机选择在任意时隙；

（2-2）、无线Mesh网络节点在收到RESV后，该节点将RESV的时隙标识和物理地址记录在接收数据时隙位置集合中，每一个无线Mesh网络节点都保存并更新维护接收数据时隙位置集合，无线Mesh网络节点在接收数据时隙位置集合中的时隙标识对应的时隙接收来自于与上述时隙标识对应的物理地址相对应的无线Mesh网络节点的数据，无线Mesh网络节点将RESV的时隙标识和物理地址记录在接收数据时隙位置集合中，然后向发送RESV的无线Mesh网络节点发送应答预约信令；

（2-3）、若发送RESV的无线Mesh网络节点收到GRT，表明初始分配时隙成功，该无线Mesh网络节点将GRT的时隙标识和物理地址记录在发送数据时隙位置集合中，每一个无线Mesh网络节点都保存并更新维护发送数据时隙位置集合，无线Mesh网络节点在发送数据时隙位置集合中的时隙标识对应的时隙向与上述时隙标识对应的物理地址相对应的无线Mesh网络节点发送数据，若发送RESV的无线Mesh网络节点没有收到GRT，在这一时隙结束后，发送RESV的无线Mesh网络节点则认为初始分配时隙失败，在下一帧中，继续分配时隙，直到初始分配时隙成功。

5.根据权利要求1-4任一项所述多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，其特征在于步骤（3）中交换接收数据时隙位置集合与发送数据时隙位置集合，无线Mesh网络节点与该节点的相邻一跳无线Mesh网络节点在同一帧的各自的发送数据时隙，相互发送无线Mesh网络节点状态信令，该无线Mesh网络节点状态信令包括发送此无线Mesh网络节点状态信令的无线Mesh网络节点的Tslot与Rslot。

6.根据权利要求1-5任一项所述多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，其特征在于步骤（4）中调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置，按如下步骤进行：

（4-1）、无线Mesh网络节点在本节点的发送数据时隙到来之前，再次选择一个时隙位置向相邻无线Mesh网络节点发送RESV信息，上述RESV中的时隙标识对应的时隙位置应满足以下条件：无线Mesh网络节点A要向无线Mesh网络节点B发送RESV，线Mesh网络节点A已经知道了无线Mesh网络节点B的Tslot，表示一帧里面第一个时隙位置、第二个时隙位置、…、第P个时隙位置，P表示初始设定的帧长，表示A的接收数据时隙位置集合，表示B的发送数据时隙位置集合，A代表发送RESV的无线Mesh网络节点，B代表接收RESV的无线Mesh网络节点，A选择的时隙标识对应的时隙位置只能在集合中，；

（4-2）、无线Mesh网络节点在收到RESV后提取RESV中的时隙标识并判断该时隙标识是否在Tslot中，若不在Tslot中，则无线Mesh网络节点返回GRT，并将该无线Mesh网络节点的Rslot中与本节点接收到的RESV中的无线Mesh网络节点的物理地址对应的时隙标识更新为本节点接收到的RESV中的时隙标识，若在Tslot，则不做任何应答；

（4-3）、若无线Mesh网络节点收到GRT，则将该无线Mesh网络节点的Tslot中与本节点接收到的GRT中的无线Mesh网络节点的物理地址对应的时隙标识更新为本节点接收到的GRT中的时隙标识，继续调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置，使预约好的时隙向帧头移动，直至无线Mesh网络节点发送RESV次数达到最大预约次数；若无线Mesh网络节点没有收到GRT，表明此次选择的时隙并不能预约成功，在下一帧开始重新调整无线Mesh网络节点的发送数据时隙位置和接收数据时隙位置，使预约好的时隙向帧头移动，直至无线Mesh网络节点发送RESV次数达到最大预约次数，Maxretry为最大预约次数，，i表示初始分配时隙的时隙标识，P表示初始帧长。

7.根据权利要求1-6任一项所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，其特征在于步骤（5），包括：

信道传播时延：从中心管理无线Mesh网络节点发出的数据传输到度值为1的无线Mesh网络节点所用的时间；

父节点：若本节点向本节点的相邻一跳无线Mesh网络节点发送建议新帧长度请求信令或者更新帧长信令，则称本节点为本节点的邻一跳无线Mesh网络节点的父节点；

子节点：若本节点从本节点的相邻一跳节点中接收到建议新帧长度请求信令或者更新帧长信令，则称本节点为向本节点发送建议新帧长度请求信令或者更新帧长信令的本节点的相邻一跳节点的子节点；

边缘节点：度值为1的无线Mesh网络节点；

提出新帧长并将新帧长广播到各无线Mesh网络节点，按如下步骤进行：

（5-1）、在所有的无线Mesh网络节点中找到度值最大的无线Mesh网络节点，若度值最大的无线Mesh网络节点只有一个，则称此无线Mesh网络节点为中心管理无线Mesh网络节点，若度值最大的无线Mesh网络节点有多个，则在这些度值最大的无线Mesh网络节点中随机选择一个无线Mesh网络节点，称此无线Mesh网络节点为中心管理无线Mesh网络节点，得到中心管理无线Mesh网络节点后，中心管理无线Mesh网络节点向所有相邻一跳的无线Mesh网络节点发送建议新帧长度请求信令并启动定时器，该建议新帧长度请求信令包含中心管理无线Mesh网络节点的物理地址和建议使用的新帧长度，定时器的长度必须大于两倍的最大的信道传播时延；

为建议新帧长度请求信令，A为中心管理无线Mesh网络节点的物理地址，为中心管理无线Mesh网络节点建议使用的新帧长度，N(A)为A的所有一跳相邻无线Mesh网络节点，U为一个无线Mesh网络节点，代表U的发送数据时隙位置集合， 代表U的接收数据时隙位置集合，代表空集，代表一帧里面的第K个时隙的时隙标识，为无线Mesh网络节点的初始帧长，argmax是一个求最大值的函数，中心管理无线Mesh网络建议使用的新帧长度为：；

（5-2）、所有的非中心管理无线Mesh网络节点收到之后，该包含中心管理无线Mesh网络节点A的物理地址与建议使用的新帧长度，该无线Mesh网络节点将记录中心管理无线Mesh网络节点A的物理地址与建议使用的新帧长度，判断该建议使用的新帧长度是否为重复的，若与上次记录的重复，则丢弃该，并不做任何应答，若不重复，则非中心管理无线Mesh网络节点先得到本无线Mesh网络节点当前的最小帧长，

C为一个收到无线Mesh网络节点，N(C)表示C的所有一跳相邻无线Mesh网络节点，代表无线Mesh网络节点C的当前最小帧长；

（5-3）、当非中心管理无线Mesh网络节点得到本无线Mesh网络节点当前的最小帧长之后，提取中的建议使用的新帧长度，判断比较，若，则该非中心管理无线Mesh网络节点丢弃该，不做任何应答，若，则非中心管理无线Mesh网络判断是否还有子节点存在，若没有子节点，则发送应答建议新帧长度请求信令给所有父节点，若有子节点，则转发给所有的子节点并启动定时器并等待所有子节点的应答建议新帧长度请求信令，定时器的长度必须大于两倍的最大信道传播时延，此处定时器的长度与（5-1）中所述定时器的长度相同；若超时之后还没有收到所有子节点的应答建议新帧长度请求的，则该无线Mesh网络节点抛弃此次请求，并不做任何应答，通过上述的非中心管理无线Mesh网络节点的转发，由中心管理无线Mesh网络节点发送的就广播到所有的无线Mesh网络节点；

（5-4）、APRV为应答建议新帧长度请求信令，当所有边缘节点发送APRV给所有的父节点之后，则表明该已经广播到所有无线Mesh网络节点中，收到所有子节点的APRV的父节点也将发送APRV给本节点的所有的父节点，若中心管理无线Mesh节点在定时器之内，收到来自所有的相邻一跳无线Mesh网络节点的APRV之后，表明已经成功广播到所有无线Mesh网络节点，则确定开始使用新帧长度进行数据通信的时隙，否则重新提出新帧长并将新帧长广播到各无线Mesh网络节点。

8.根据权利要求1-7任一项所述一种多收发机无线Mesh网络中的信道分配方法，其特征在于步骤（6）中确定开始使用新帧长度进行数据通信的时隙，按如下步骤进行：

（6-1）、中心管理无线Mesh网络节点向所有相邻一跳无线Mesh网络节点发送更新帧长信令，更新帧长信令包括中心管理无线Mesh网络节点的物理地址、建议使用的新帧长度、该更新帧长信令的发送时间以及时隙标识，上述更新帧长信令中的时隙标识表明发送该信令的中心管理无线Mesh网络节点将在该时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信，为更新帧长信令，t表示该信令的发送时间，为更新帧长信令中的时隙标识，必须满足如下条件：一是若中心管理无线Mesh网络节点A在第Y帧发送信息，则的选择必须在第Y+2帧的某一时隙标识，另一是必须是新帧长度的整数倍，即，n为正整数；

（6-2）、当所有非中心管理无线Mesh网络节点收到后，若该非中心管理无线Mesh网络节点当前使用帧长度小于中建议使用的新帧长度，则该非中心管理无线Mesh网络节点丢弃该，不做任何应答；若该非中心管理无线Mesh网络节点当前使用帧长大于等于，则该非中心管理无线Mesh网络节点首先发送应答更新帧长信令给中心管理无线Mesh网络，为应答更新帧长信令，非中心管理无线Mesh网络节点得到该非中心管理无线Mesh网络节点使用新帧长度进行数据通信的时隙的时隙标识，满足如下条件：一是若非中心管理无线Mesh网络节点D在第Y帧发送信息，则的选择必须在第Y+2帧的某一时隙标识对应的时隙；另一是必须是新帧长度的整数倍，即，n为正整数；

若非中心管理无线Mesh网络节点没有子节点，则非中心管理无线Mesh网络节点就在得到的时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信，若非中心管理无线Mesh网络节点存在子节点，则发送给所有子节点；若收到所有子节点的ACK，则非中心管理无线Mesh网络节点就在时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信，若非中心管理无线Mesh网络节点没有收到所有子节点的ACK，则重新计算，并再次发送给所有非中心管理无线Mesh网络节点的子节点，直到收到所有子节点的ACK，非中心管理无线Mesh网络节点就在最终确定的时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信；

（6-3）、若中心管理无线Mesh网络节点收到所有一跳相邻无线Mesh网络节点的ACK，则会在时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信，否则，重复确定开始使用新帧长度进行数据通信的时隙，直到收到所有一跳相邻无线Mesh网络节点的ACK，在时隙标识对应的时隙开始使用新帧长度进行数据通信。