CN109005595B - 自适应选择多信道自组织网络时频块的方法 - Google Patents

自适应选择多信道自组织网络时频块的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，旨在提供一种兼顾单播队列与广播队列的传输需求、具有较好的自适应能力、适用于多信道自组织网络的时频块自适应选择方法。本发明通过下述技术方案予以实现：多信道自组织网络采用时频二维资源的接入方式，在时域上将时间分成若干个时隙，在频域上将频点分成若干个相互正交的信道，将每一个栅格作为一个时频块，以时频块作为多信道自组织网络中的最小分配资源单元；时频块选择单元自动选择最合适的时频块；根据可用时频块感知单元传输的可用时频块信息，计算传输容量需求并从可用时频块集合中选择一个或多个时频块发送至信道接入控制单元，将选中的时频块包含的时间与频率信息发送至无线传输单元。

Description

自适应选择多信道自组织网络时频块的方法
技术领域
本发明涉及一种适用于多信道自组织网络的时频块自适应选择方法。
背景技术
自组织网络(Ad Hoc)是由不需要任何基础设施的一组具有动态组网能力通信节点组成的，适应了对网络和设备移动性的要求。与其他通信网络相比，为提高网络的抗毁性和可靠性、资源利用的高效性，Ad Hoc网络具有带宽有限、链路容易改变，通信节点的移动性以及由此带来的网络拓扑的动态性、物理安全有限、受设备限制等特点，广泛地应用于军事应用、移动会议、紧急和突发场合、偏远野外地区、临时场合、动态场合和分布式系统、个人通信、商业应用等各个领域。例如，作战部队需要在战争环境中实现军队人员、车辆以及各种军事设备之间的信息交互，相互协作完成作战任务。医疗救援团队需要在战争环境中实现军队人员、车辆以及各种军事设备之间的信息交互，相互协作完成作战任务。医疗救援团队需要在地震、水灾等自然灾害发生后构建临时网络进行救灾，确保救援通讯指挥的顺利进行。
自组织网络是一个对等性网络，采用分布式技术，网络中所有通信节点的地位平等，无需设置任何的中心控制通信节点。网络通信节点既是终端，也是路由器，当某个通信节点要与其覆盖范围之外的通信节点进行通信时，需要中间通信节点(普通通信节点)的多跳转发，多跳路由技术也能够提高扩展网络的覆盖范围。由于传统的蜂窝网络都是以基站或接入点为中心的中心控制式结构，只有当用户进入这些事先建好的设备的覆盖区域内时，才能得到网络提供的服务，这在一定程度上限制了网络的灵活性和扩展性。目前标准的Ad Hoc网络协议大多是基于单信道，没有充分利用可用的频谱资源，可得到的网络容量有限，同时也降低了网络的可扩展性。单信道网络只允许一对通信节点在一个干扰范围内通信，为了保证在网络连通的前提下提高网络容量，多信道技术允许多对通信节点在一个干扰范围内同时通信，一种广泛使用的方案是允许无线通信节点切换信道，通过多信道并行传输来提高自组织网络的带宽利用率。
传统的自组织网络大都采用单射频单信道进行通信，这就限制了整个网络的数据传输速率与整个网络的容量。根据无线信道的特点,当一个通信节点与另一个通信节点传输数据的时候,由于多跳的原因,数据在收发的过程中面临通信节点冲突可能性增加,为了避免冲突,两个通信节点的所有相邻通信节点都不能够进行数据传输,这就极大的限制了整个网络的系统容量。网络容量受限已成为大规模自组织网络应用中的瓶颈问题。在使用单一信道的自组织网络中，由于无线信道相互干扰的特点，当一个通信节点向另一个通信节点传输数据的时候，两个通信节点的所有邻近通信节点都要保持静默，不能进行数据传输。这种为了避免冲突的设计极大地限制了网络容量。而多信道自组织网络使用多个相互正交(没有干扰)的信道，大大降低通信节点之间的干扰，允许多个通信节点并发传送，从而大大提高系统的吞吐量。在图7所示的单信道自组织网络中，当通信节点B与通信节点A传输时，其余通信节点均不能发送；而在图8所示的多信道自组织网络中，可以支持多个通信节点并行传输，如通信节点B采用信道1与通信节点A传输，通信节点C采用信道2与通信节点E传输，通信节点D采用信道3与通信节点F传输。
多信道自组织网络一般采用图2所示的时频二维资源的接入方式。这些时频资源块都是彼此正交的。从概念上说，每个频点代表一个信道，其容量等于C，每个时隙可以使用K个信道，网络总容量等于K*C。每个通信节点分得一个或者多个时频块来作为自己独立使用的信道资源发送数据。采用单信道的时分多址接入(TDMA)通信系统的分组传输是按串行方式进行，每个通信节点按照分配的时隙轮流访问信道，而采用多信道TDMA通信系统的分组传输按多通信节点并行方式进行，同时存在多个通信节点采用不同的频点访问信道，可以充分利用信道资源，降低平均时延。
多信道TDMA技术作为时分多址接入与频分多址接入(FDMA)的结合体，将无线资源从时域和频域划分为时频块作为信息传输的基本单元，对系统资源进行动态控制，这种技术同时具有了TDMA与FDMA的优点，在顾及信道使用效率的同时,还能够保证信道分配的灵活性，能够满足多用户多业务的传输需求，有效提高网络容量。多信道TDMA网络通常采用控制时隙交互时频块资源分配信息，当网络通信节点有业务需要发送时，在实时分配的时频块上发送数据。多信道自组织网络需要支持单播发送与广播发送两大传输方式。单播发送指的是向单个目的通信节点发送，而广播发送指的是向周围所有邻近的通信节点发送。在避免信道使用冲突方面，单播发送与广播发送对时频资源的使用存在明显的差异：单播发送属于点到点传输，网络上同一时刻允许多个邻近通信节点采用不同的信道并行发送；广播发送属于点到多点的传输，网络上同一时刻仅允许单个通信节点发送，当有通信节点广播发送时，邻近通信节点在所有信道上均只能保持静默。
TDMA网络有两种典型的模型，一种是点对多点网络拓扑，通过中心点集中控制的时隙分配模式，但不能满足TDMA网络的抗毁性要求；另一种是分布式TDMA网络拓扑，由于不需要中心站、易建设，通常是无线电台TDMA组网的首选方案，这样可以确保通信节点接入无线网络的公平性，但时隙分配的不合理将降低时隙的利用率。由于Ad Hoc网络通信节点不能够依靠固定基础设施或者中心管理，所以Ad Hoc网络通信节点必然是分布式的。如何增加时隙的利用率是引入这种分布式TDMA网络的难点。时隙分配是分布式TDMA组网的一个基础性工作，直接影响到Ad hoc网络的性能。虽然现有的分布式时隙分配协议(如统一时隙分配协议)提供了可用时频块感知的算法，但无法根据通信节点时隙需求的动态变化提供高效的时频块选择方法，即如何从所有可用时频块集合中选择最合适的一个或多个时频块，而这是本发明所需要解决的问题。
现有的技术方案通常采用单一优化目标或原则选择时频块，没有考虑与网络中其它通信节点的相互影响，具备各自的局限性，而无法兼顾时频块选择的均匀性、高效性、公平性、多优先级保障等多维度服务质量需求。
目前,现有的技术选择一个或多个时频块的技术方案主要有：
随机选择法：随机选择法根据传输容量需求，依据等概率随机原则,从所有可用时频块集合中选择若干个时频块。选择的结果从统计角度来看，该方法操作简单，具备一定的均匀性，但该方法由于对所有的可用时频块未能进行排序，均按照同等方式对待，导致无法利用时频块差异性来优化网络整体性能,并且其中的单次选择的结果波动较大，可能造成较大的时延抖动。
等间隔选择法：等间隔选择法根据传输容量需求，以均匀性作为唯一的优化目标，按照时隙号等间隔，从所有可用时频块集合中选取若干个时频块。该方法相比随机选择方法具备更好的均匀性和较小的时延抖动。但是，由于没有考虑对网络共享容量的影响，仅从本通信节点的利益出发，属于典型的贪婪方法，特别是网络负载拥塞的时候，具备较差的公平性及全网吞吐能力。
发明内容
本发明在可用时频块感知结果的基础上，针对有限且共享的时频块资源，兼顾单播发送与广播发送的不同传输特性，提供一种兼顾单播队列与广播队列的传输需求、具有较好的自适应能力、适用于多信道自组织网络的时频块自适应选择方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，具有如下技术特征：多信道自组织网络采用时频二维资源的接入方式，在时域上将时间分成若干个时隙，在频域上将频点分成若干个相互正交的信道，将每一个栅格作为一个时频块，以时频块作为多信道自组织网络中的最小分配资源单元；多信道自组织网络中的每个通信节点通过各自的信息源单元产生携带目的通信节点与优先级信息的报文，队列缓存单元接收并缓存来自信息源单元的待发送报文，为不同目的通信节点的报文分别建立缓存队列，队列缓存单元将各缓存队列的数据量及优先级给动态资源分配单元，可用时频块感知单元利用分布式时隙分配协议实时获得每个缓存队列所对应的单播缓存队列或广播缓存队列可用时频块集合，将通信节点间共享的时频块使用信息转换为各缓存队列对应的可用时频块信息发送给时频块选择单元，时频块选择单元计算各缓存队列的传输容量需求，按照优先级从高到低的顺序，依次从每个缓存队列对应的可用时频块集合中自动选择该队列所需的最合适的时频块，每完成一个缓存队列的时频块选择后，更新各个缓存队列对应的可用时频块集合。时频块选择单元将各缓存队列选中的时频块输出给信道接入控制单元，信道接入控制单元按照信道接入控制规则，在选中的时频块上访问信道，将选中的时频块包含的时间与频率信息发送至无线传输单元。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
兼顾单播队列与广播队列的传输需求，并具有较好的网络吞吐能力：本发明充分利用单播队列发送与广播队列发送在时频资源使用上的差异性，单播队列发送在同一时刻允许多个邻近通信节点采用不同的信道并行发送，从而可以提高网络吞吐量，并行发送的通信节点数越多，则网络吞吐量越高；而广播队列发送在同一时刻仅允许单个通信节点发送，当有通信节点广播发送时，邻近通信节点在所有信道上均只能保持静默。一方面，在时隙选择上采用不同的优化目标：对于单播队列发送，以网络吞吐量为主要优化目标；而对于广播队列发送，以均匀性为主要优化目标。另一方面，在信道选择上采用相反的顺序，单播队列发送按照信道号从小到大选择，而广播队列发送则从大到小选择，尽量将两者的资源在频率上隔离，减小两者的相互影响，从而提升网络吞吐量。相比于现有技术具有更强的针对性，兼顾广播队列与单播队列发送需求，实现全网资源吞吐量、公平性、均匀性、多优先级保障等多维度优化目标，较大提高资源利用率，具有较好的网络吞吐能力，在相同网络配置条件下全网吞吐量至少可以提高20％。
具有较好的公平性：为防止网络通信节点出现资源分配不均的现象，避免出现先入网的通信节点将资源占尽而后入网通信节点分配不到资源的情况，本发明为每个通信节点设置最高限制容量，邻近通信节点数越多，说明资源竞争越激烈，因此需要设置更小的最高限制容量，从而让每个通信节点均有机会获得时频块资源，从而解决了现有技术由于资源分配悬殊导致部分通信节点无法正常通信的问题；
具有较好的多优先级保障能力：一方面，本发明按照各优先级的权重系数进行加权平均，获得本通信节点的综合优先级，决定通信节点最高限制容量，优先级越高的通信节点获得越大的最高限制容量，从而允许选择更多的时频块资源，在同等负载情况下保障了高优先级通信节点的优先传输需求。另一方面，本发明在选择时频块的顺序上，按照通信节点内部缓存队列的优先级进行排序，优先保障高优先级的缓存队列。因此相比现有技术，提供了多优先级保障能力。
具有较好的自适应能力：首先，本发明兼顾了单播队列与广播队列两种传输方式，适应两者的容量需求变化。其次，本发明设置的最高限制容量自动根据邻近的通信节点数动态调整，具有很强的拓扑适应能力。再次，本发明能根据优先级确定最高限制容量，并优先处理高优先级的缓存队列，具有多级优先级适配能力。因此相比现有技术，具有更好的自适应能力。
附图说明
图1为多信道自组织网络通信节点的原理框图。
图2为多信道自组织网络时频块资源集合构成示意图。
图3是图2单个缓存队列可用时频块集合的示意图。
图4为多信道自组织网络时频块选择系统原理框图。
图5为图4时频块选择单元的处理流程图。
图6为通信节点最高限制容量Nh参数表的构成图。
图7为单信道自组织网络的示意图。
图8与多信道自组织网络的示意图。
具体实施方式
参见图1。多信道自组织网络具有两个或多个通信节点，比如图7、图8所示的A、B、C、D、E、F通信节点，各通信节点通过交互连接的多信道进行信息互通，每个通信节点包含串联的信息源单元、网络协议处理单元和无线传输单元三个功能单元，网络协议处理单元包含串联的队列缓存单元、动态资源分配单元及信道接入控制单元，其中，队列缓存单元包括单播缓存队列1、单播缓存队列2、…单播缓存队列W和广播缓存队列等多个缓存队列；动态资源分配单元包含串联的可用时频块感知单元和时频块选择单元；无线传输单元包含无线发送物理层报文的无线发送单元与无线接收物理层报文的无线接收单元。多信道自组织网络采用时频二维资源的接入方式，在时域上将时间分成若干个时隙，在频域上将频点分成若干个相互正交的信道，将每一个栅格作为一个时频块，以时频块作为多信道自组织网络中的最小分配资源单元；多信道自组织网络中的每个通信节点通过各自的信息源单元产生携带目的通信节点与优先级信息的报文，队列缓存单元接收并缓存来自信息源单元的待发送报文，为不同目的通信节点的报文分别建立缓存队列，队列缓存单元将各缓存队列的数据量及优先级给动态资源分配单元，可用时频块感知单元利用分布式时隙分配协议实时获得每个缓存队列所对应的单播缓存队列或广播缓存队列可用时频块集合，将通信节点间共享的时频块使用信息转换为各缓存队列对应的可用时频块信息发送给时频块选择单元，时频块选择单元计算各缓存队列的传输容量需求，按照优先级从高到低的顺序，依次从每个缓存队列对应的可用时频块集合中自动选择该队列所需的最合适的时频块，每完成一个缓存队列的时频块选择后，更新各个缓存队列对应的可用时频块集合。时频块选择单元将各缓存队列选中的时频块输出给信道接入控制单元，信道接入控制单元按照信道接入控制规则，在选中的时频块上访问信道，将选中的时频块包含的时间与频率信息发送至无线传输单元。
参阅图2、图3。多信道自组织网络在时域上将时间分成若干个时隙，在频域上将频点分成若干个相互正交的信道，每一个栅格称为一个时频块RB(s,f)，时频块RB(s,f)是网络中的最小分配资源单元，其中s为时隙号，f为信道号；以1、2、3、…N时间的时隙号s为横坐标，1、2、3、…K的频率的信道号f为纵坐标建立直角坐标系，构成时频块资源集合；并且单个缓存队列在一个分配周期内拥有多个可用时频块RB(s,f)，并将所有可用时频块RB(s,f)组成的集合称为可用时频块集合，将所有可用时频块的时隙号的并集称为可用时隙集合。
参阅图4。多信道自组织网络采用时频二维资源的接入方式，在时域上将时间分成若干个时隙，在频域上将频点分成若干个相互正交的信道，将每一个栅格作为一个时频块，以时频块作为多信道自组织网络中的最小分配资源单元；多信道自组织网络中的每个通信节点通过各自的信息源单元产生携带目的通信节点与优先级信息的报文，队列缓存单元接收并缓存来自信息源单元的待发送报文，为不同目的通信节点的报文分别建立缓存队列，队列缓存单元将各缓存队列的数据量及优先级给动态资源分配单元，可用时频块感知单元利用分布式时隙分配协议实时获得每个缓存队列所对应的单播缓存队列或广播缓存队列可用时频块集合，将通信节点间共享的时频块使用信息转换为各缓存队列对应的可用时频块信息发送给时频块选择单元，时频块选择单元计算各缓存队列的传输容量需求，按照优先级从高到低的顺序，依次从每个缓存队列对应的可用时频块集合中自动选择该队列所需的最合适的时频块，每完成一个缓存队列的时频块选择后，更新各个缓存队列对应的可用时频块集合。时频块选择单元将各缓存队列选中的时频块输出给信道接入控制单元，信道接入控制单元按照信道接入控制规则，在选中的时频块上访问信道，将选中的时频块包含的时间与频率信息发送至无线传输单元。
队列缓存单元的缓存队列主要包含目的通信节点＝D1的单播队列1、目的通信节点＝D2的单播队列2、…目的通信节点＝DW的单播队列W和目的通信节点＝所有通信节点的广播队列，每个缓存队列存储：对应该队列目的通信节点缓存的报文1、报文2、…。可用时频块感知单元包含目的通信节点＝D1的单播队列1可用时频块集合、目的通信节点＝D2的单播队列2可用时频块集合、…目的通信节点＝DW的单播队列W可用时频块集合、和目的通信节点＝所有通信节点的广播队列可用时频块集合。
可用时频块感知单元根据通信节点间时频块使用信息的交互结果，计算每个缓存队列对应的单播或广播可用时频块集合，并发送给时频块选择单元；时频块选择单元首先根据各缓存队列的数据量及优先级，按照各优先级的权重系数进行加权平均，获得本通信节点的综合优先级P，根据综合优先级P以及邻近通信节点数查找时频块选择单元预置的参数表，确定通信节点的最高限制容量，即单个通信节点在分配周期内允许占用的最大时频块数目Nh，通信节点综合优先级越大或邻近通信节点数越小，通信节点的Nh越大。
时频块选择单元评估每个缓存队列的传输容量需求，在本通信节点分配周期内向目的通信节点发送数据时所需要的时频块数目，根据各缓存队列的优先级，按照优先级从高到低的顺序，依次处理每个缓存队列Qh，并查找对应的可用时频块集合，确定可用时隙集合，计算分配周期内为缓存队列Qh选择的时频块数目Ns。
时频块选择单元将对应的可用时隙集合均分为Ns段，并根据缓存队列Qh的传输方式进行时频块选择，若是单播队列发送，则在Ns个段中分别选择复用度最高的时隙s，并针对每个选中的时隙s，选择信道号最小的可用时频块，将其中复用度定义为已占用该时隙发送数据的邻近通信节点数目；若是广播队列发送，则在Ns个段中分别选择位置最居中的时隙s，并针对每个选中的时隙s，选择信道号最大的可用时频块，并在每完成一个缓存队列Qh的时频块选择后，更新各个缓存队列对应的可用时频块集合，最后将各缓存队列选中的时频块输出给信道接入控制单元。
参见图5。步骤400，时频块选择单元根据队列缓存单元输出的各缓存队列的数据量，用本通信节点分配周期内向目的通信节点发送数据时所需要的时频块数目Nr，评估各缓存队列的传输容量需求，其中，时频块数目Nr＝ceil(Wb/(Rb*Ts)),式中，ceil表示向上取整，Wb为缓存队列的数据量(bits)，Rb为传输速率(bps)，Ts为时隙长度(s)。然后转入步骤401计算通信节点综合优先级；
步骤401，时频块选择单元根据队列缓存单元输出的各缓存队列的优先级，按照各优先级的权重系数进行加权平均，获得本通信节点的综合优先级P，
Figure BDA0001713192610000081
其中，P(i)为第i个缓存队列的优先级权值，q为本通信节点的缓存队列数目。然后转入步骤402确定通信节点的最高限制容量；
步骤402，时频块选择单元根据综合优先级P以及邻近通信节点数查找本单元预置的参数表，确定通信节点的最高限制容量，即单个通信节点在分配周期内允许占用的最大时频块数目Nh，其中邻近通信节点数可通过现有的分布式时隙分配协议实时获取，并对剩余容量Ny＝Nh初始化：剩余容量Ny表示的是单个通信节点在分配周期内除了已选中的时频块数目外还可占用的时频块数目。然后转入步骤403判断是否处理完所有的缓存队列；
步骤403，时频块选择单元判断是否处理完所有的缓存队列，若是则转入步骤416输出时频块选择结果，否则转入步骤404选择下一个待处理的缓存队列；
步骤404，时频块选择单元从所有尚未处理的缓存队列中选择优先级最高的队列Qh，根据队列Qh包含的目的通信节点及传输方式信息，查找对应的可用时频块集合，确定可用时隙集合为所有可用时频块的时隙号的并集，然后转入步骤405判断该可用时隙集合是否非空；
步骤405，时频块选择单元判断该可用时隙集合是否为非空，若为非空则转入步骤406确定选择的时频块数，否则转回步骤403判断是否处理完所有的缓存队列；
步骤406，时频块选择单元计算分配周期内为缓存队列Qh选择的时频块数目Ns，Ns＝min(Nr,Nt,fix(Ny/Ib))，其中Nt表示缓存队列Qh对应的可用时隙集合的元素数目，min表示取其中的最小值，fix()表示向下取整，Ib为修正因子，当Qh的传输方式为单播队列发送时，Ib＝1，当Qh的传输方式为广播队列发送时，Ib＝K，K为总信道数，然后转入步骤407对可用时隙集合分段；
步骤407，时频块选择单元将缓存队列Qh对应的可用时隙集合均分为Ns段，方法如下。然后转入步骤408判断传输方式；首先计算Nt/Ns，其商记为z，其余数记为m。然后，对于前m个段，每个段从可用时隙集合中按照时隙号从小到大顺序依次连续选取(z+1)个时隙；对于后(Ns-m)个段，每个段则从可用时隙集合中剩余的时隙中按照时隙号从小到大的顺序依次连续选取z个时隙；
步骤408，时频块选择单元判断缓存队列Qh的传输方式为单播队列发送还是广播队列发送，若是单播队列发送则转入步骤409计算每个可用时隙的复用度，若是广播队列发送则转入步骤410根据时隙号选择时隙；
步骤409，时频块选择单元计算每个段内每个可用时隙的复用度，复用度定义为已占用该时隙发送数据的邻近通信节点数目，然后转入步骤411根据复用度选择时隙；
步骤410，时频块选择单元在Ns个段中分别选择位置最居中的时隙，即选择某个时隙s使得abs(s的时隙号-(该段内最小时隙号+该段内最大时隙号)/2)最小，abs()表示取绝对值，然后转入步骤412选择信道号；
步骤411，时频块选择单元在Ns个段中分别选择复用度最高的时隙s，然后转入步骤413选择信道号；
步骤412：时频块选择单元对于每个选中的时隙s，选择信道号最大的可用时频块，记为RB_s(sn,fn)，其中，sn为时隙s的时隙号，fn为时隙s上所有可用时频块的最大信道号，然后转入步骤414更新相关计算参数；
步骤413，时频块选择单元对于每个选中的时隙s，选择信道号最小的可用时频块，记为RB_s(sn,fn)，其中，sn为时隙s的时隙号，fn为时隙s上所有可用时频块的最小信道号，然后转入步骤414更新相关计算参数；
步骤414，时频块选择单元更新所有可用时频块集合与剩余容量Ny，更新方法如下，然后转入步骤415判断剩余容量Ny是否大于0；
更新所有可用时频块集合的方法为：在原来每个可用时频块集合中，根据选中的Ns个时频块，分别将时隙号等于sn的所有时频块删除；
更新剩余容量Ny的方法为：若此次处理的缓存队列的传输方式为单播队列发送，则令Ny＝Ny-Ns；若为广播队列发送，则令Ny＝Ny-K*Ns；
步骤415，时频块选择单元判断剩余容量Ny是否大于0，若是则转回步骤403判断是否处理完所有的缓存队列，否则转入步骤416输出时频块选择结果；
步骤416，时频块选择单元将各缓存队列选中的时频块输出给信道接入控制单元，并结束时频块选择过程。
参见图6。图中给出了通信节点最高限制容量Nh参数表的构成图。其中：Pi为时频块选择单元预置的综合优先级第i级门限值，0<P1<P2<…<PI，Nj为时频块选择单元预置的邻近通信节点数第j级门限值，0<N1<N2<…<NJ，Nh(i,j)为通信节点综合优先级处于区间(Pi-1,Pi]内，邻近通信节点数处于区间(Nj-1,Nj]时系统预置的通信节点最高限制容量，通信节点综合优先级越大或邻近通信节点数越小，则通信节点的最高限制容量越大，即满足Nh(i,1)>Nh(i,2)>…>Nh(i,J),Nh(1,j)<Nh(2,j)<…<Nh(I,j)。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，具有如下技术特征：多信道自组织网络采用时频二维资源的接入方式，在时域上将时间分成若干个时隙，在频域上将频点分成若干个相互正交的信道，将每一个栅格作为一个时频块，以时频块作为多信道自组织网络中的最小分配资源单元；多信道自组织网络中的每个通信节点通过各自的信息源单元产生携带目的通信节点与优先级信息的报文，队列缓存单元接收并缓存来自信息源单元的待发送报文，为不同目的通信节点的报文分别建立缓存队列，队列缓存单元将各缓存队列的数据量及优先级给动态资源分配单元，可用时频块感知单元利用分布式时隙分配协议实时获得每个缓存队列所对应的单播缓存队列或广播缓存队列可用时频块集合，将通信节点间共享的时频块使用信息转换为各缓存队列对应的可用时频块信息发送给时频块选择单元；时频块选择单元根据本通信节点的综合优先级P，结合邻近通信节点数确定通信节点的最高限制容量；时频块选择单元计算各缓存队列的传输容量需求，按照优先级从高到低的顺序，将对应的可用时隙集合均分为Ns段，并根据缓存队列Qh的传输方式进行时频块选择，若是单播队列发送，则在Ns个段中分别选择复用度最高的时隙s，并针对每个选中的时隙s，选择信道号最小的可用时频块，将其中复用度定义为已占用该时隙发送数据的邻近通信节点数目；若是广播队列发送，则在Ns个段中分别选择位置最居中的时隙s，并针对每个选中的时隙s，选择信道号最大的可用时频块，并在每完成一个缓存队列Qh的时频块选择后，更新各个缓存队列对应的可用时频块集合，最后将各缓存队列选中的时频块输出给信道接入控制单元，信道接入控制单元按照信道接入控制规则，在选中的时频块上访问信道，将选中的时频块包含的时间与频率信息发送至无线传输单元。
2.如权利要求1所述的自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，其特征在于：多信道自组织网络在时域上将时间分成若干个时隙，在频域上将频点分成若干个相互正交的信道，每一个栅格称为一个时频块RB（s,f），时频块RB（s,f）是网络中的最小分配资源单元，其中s为时隙号，f为信道号；并以1、2、3、…N时间的时隙号s为横坐标，1、2、3、…K的频率的信道号f为纵坐标建立直角坐标系，构成时频块资源集合，并且单个缓存队列在一个分配周期内拥有多个可用时频块RB（s,f），并将所有可用时频块RB（s,f）组成的集合称为可用时频块集合，将所有可用时频块的时隙号的并集称为可用时隙集合。
3.如权利要求2所述的自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，其特征在于：每个通信节点包含串联的信息源单元、网络协议处理单元和无线传输单元三个功能单元，网络协议处理单元包含串联的队列缓存单元、动态资源分配单元及信道接入控制单元，其中，队列缓存单元包括单播缓存队列1、单播缓存队列2、…单播缓存队列W和广播缓存队列多个缓存队列；动态资源分配单元包含串联的可用时频块感知单元和时频块选择单元；无线传输单元包含无线发送物理层报文的无线发送单元与无线接收物理层报文的无线接收单元。
4.如权利要求1所述的自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，其特征在于：队列缓存单元的缓存队列包含目的通信节点=D1的单播队列1、目的通信节点=D2的单播队列2、…目的通信节点=DW的单播队列W和目的通信节点=所有通信节点的广播队列，每个缓存队列存储：对应队列目的通信节点缓存的报文1、报文2、…。
5.如权利要求1所述的自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，其特征在于：可用时频块感知单元包含目的通信节点=D1的单播队列1可用时频块集合、目的通信节点=D2的单播队列2可用时频块集合、…目的通信节点=DW的单播队列W可用时频块集合和目的通信节点=所有通信节点的广播队列可用时频块集合。
6.如权利要求1所述的自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，其特征在于：可用时频块感知单元根据通信节点间时频块使用信息的交互结果，计算每个缓存队列对应的单播或广播可用时频块集合，并发送给时频块选择单元；时频块选择单元根据各缓存队列的数据量及优先级，按照各优先级的权重系数进行加权平均，获得本通信节点的综合优先级P，根据综合优先级P以及邻近通信节点数查找时频块选择单元预置的参数表，确定通信节点的最高限制容量。
7.如权利要求1所述的自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，其特征在于：时频块选择单元评估每个缓存队列的传输容量，在本通信节点分配周期内向目的通信节点发送数据时所需要的时频块数目，根据各缓存队列的优先级，按照优先级从高到低的顺序，依次处理每个缓存队列Qh，并查找对应的可用时频块集合，确定可用时隙集合，计算分配周期内为缓存队列Qh选择的时频块数目Ns。
8.如权利要求1所述的自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，其特征在于：时频块选择单元根据队列缓存单元输出的各缓存队列的数据量，用本通信节点分配周期内向目的通信节点发送数据时所需要的时频块数目
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，评估各缓存队列的传输容量需求，其中，时频块数目
Figure DEST_PATH_IMAGE004
,式中，ceil表示向上取整，Wb为缓存队列的数据量，Rb为传输速率，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为时隙长度，根据综合优先级P以及邻近通信节点数查找本单元预置的参数表，确定通信节点的最高限制容量，并对剩余容量Ny=Nh初始化：然后判断是否处理完所有的缓存队列；判断是否处理完所有的缓存队列，若是则输出时频块选择结果，否则转入选择下一个待处理的缓存队列。
9.如权利要求1所述的自适应选择多信道自组织网络时频块的方法，其特征在于：时频块选择单元从所有尚未处理的缓存队列中选择优先级最高的队列Qh，根据队列Qh包含的目的通信节点及传输方式信息，查找对应的可用时频块集合，确定可用时隙集合为所有可用时频块的时隙号的并集，然后判断该可用时隙集合是否非空；若为非空则转入确定选择的时频块数，否则转回判断是否处理完所有的缓存队列。
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