CN110248416A - 一种远距离tdma移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法 - Google Patents

Abstract

一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法，包括：(1)将时间资源以超帧为单位时元进行划分，超帧分为N帧；(2)每次进行时隙分配均以局部为目标，分配前请求及应答节点提前确定好节点状态；(3)为避免空间复用下链路干扰，进一步确定阻塞状态；(3)节点使用智能天线发送与接收时隙分配请求包，包内封装有节点状态信息；(4)应答节点在规定时间内利用时隙分配算法得出时隙分配结果，并以时隙分配应答包发送给各请求节点实现时隙分配。(5)更新本地时隙分配表。本发明利用智能天线交换节点状态实现TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配，具有无冲突、可利用空间复用、可自规避干扰等优点。

Description

一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配 方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法。

背景技术

军事用途无线传输要求具有较高的保密性、抗监听性、抗干扰性，某些特定应用场景还要求具备超远的传输距离，而超远传输距离带来的大时延造成使用随机竞争接入方式(如CSMA/CA)非常困难并且复杂。为了满足以上性能需求，需要一种基于TDMA的移动自组织网络及相应的分布式时隙分配方法，并且为了利用小发射功率实现远距离传输，该方法需适应定向传输。现今比较有代表性的分布式时隙分配方法包括统一时隙分配协议USAP、五步预留协议FPRP以及扩时多址接入协议等，它们各有优缺点，也各有局限性。如USAP信道利用率通常较低，可实现动态分配的节点数目上限较低且较为固定，FPRP仅支持采用全向天线传输的系统，对于定向天线下的点到点业务传输无法满足。

此外，目前绝大多数TDMA分布式时隙分配方法没有考虑与智能天线技术应用相结合时的设计要求，在超远传输距离场景下时延补偿带来的相邻时隙提前量冲突问题也不能得到有效解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法，包括以下步骤：

步骤一：通信帧结构设计：以超帧为单位时元进行时域资源划分，一个超帧共划分为N帧，每帧划分为M个时隙，各节点在各帧内均采用TDMA方式接入信道；其中初始K帧为监听帧，主要用于网络同步、接入以及融合时不同网络簇头间的监听发现；随后的N-K帧为TDMA帧，主要完成时隙分配、全网拓扑建立与维护、上层业务数据及广播包传输等；一个超帧内的所有N帧均支持网络节点同步及邻居拓扑信息获取。

步骤二：时隙分配请求及应答节点状态的确定与更新：根据步骤一描述的帧结构，在TDMA帧进行时隙分配前，请求节点与应答节点应分别确定好本节点相对于局域应答节点的状态以及本节点分别相对于R个请求节点的状态；在下一次进行时隙分配前，请求节点与应答节点均根据网络邻居拓扑信息及本次时隙分配结果提前更新节点状态；其中，节点状态共分为发送、接收、发送占用、发送阻塞、接收阻塞、收发阻塞以及空闲等七种状态；

步骤三：一跳通信范围内的空间复用干扰自规避策略：R个请求节点根据步骤二确定或更新节点状态后，分别继续对步骤二中确定的可用时隙进行“考虑空间复用下通信链路冲突问题”的发送阻塞状态的确定，其中确定该状态的相关信息由网络中各个节点最新广播的时隙分配应答包SAA提供；

步骤四：利用智能天线完成时隙分配请求包SAR的发送与接收：在TDMA帧进行时隙分配时的初始时段内，请求节点与应答节点利用智能天线分别完成SAR包的发送与接收，SAR包中携带请求节点状态、请求时隙数目信息；其中，请求节点状态按步骤二及步骤三描述确定，请求时隙数目根据网络层业务需求确定；

步骤五：执行时隙分配算法得到时隙分配结果：应答节点为时隙分配节点，应答节点在SAA包发送时隙到来之前，结合本节点应答状态以及步骤四中获得的R个请求节点的状态，执行时隙分配算法完成对各请求节点的时隙分配，并在TDMA帧进行时隙分配的末尾时段内以SAA包广播的形式告知所有请求节点；应答节点在时隙分配的中间时段执行算法的过程中，网络所有节点同时进行业务传输；

步骤六：时隙分配请求节点及应答节点本地时隙分配表更新：请求节点与应答节点根据步骤五得出的时隙分配结果，结合原有本地时隙分配表，按照设计规则对本地时隙分配表进行更新。

进一步的，步骤一中一个超帧内的TDMA帧按功能不同可划分为P个时隙分配帧与N-K-P个其它功能帧，每个时隙分配帧固定授权给网络中某个节点完成其一跳通信范围内邻居节点的局域时隙分配任务，因此在每个超帧内，该通信帧结构设计可以完成P个节点的分布式时隙分配任务。

进一步的，步骤二中分布式时隙分配方法结合智能天线波束成形技术，在应答节点与其一跳邻居节点之间交换节点收发、占用及阻塞状态信息实现空间复用。

进一步的，步骤二中考虑实际系统存在信号传播时延，发送端需提前发送。

进一步的，步骤二中确定与更新节点状态要求首先确定收发及占用状态，随后确定阻塞状态，其中收发及占用状态的确定基于本地时隙分配表，阻塞状态的确定基于本地时隙分配表及邻居拓扑信息。

进一步的，步骤三中根据网络中共享的各节点相对角度信息判决请求节点是否能够发送，来避免“考虑空间复用下通信链路冲突问题”。

进一步的，步骤四中使用智能天线发送与接收SAR包扩展了分布式时隙分配中一跳邻居通信范围。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明可针对网络需要进行动态时隙分配的节点数目灵活调整TDMA帧结构，克服了USAP信道利用率通常较低，可实现动态分配的节点数目上限较低且较为固定的缺陷；

本发明基于智能天线底层技术进行设计，使用智能天线完成分布式动态时隙分配相关控制包的传输，极大提高了分布式分配局域范围，克服了FPRP仅支持采用全向天线传输的系统，对于定向天线下的点到点业务传输无法满足的缺陷，且控制包仅在时隙分配帧内传输，减少了实现全网时隙分配的控制开销，提高了系统效率；

本发明针对大传输时延的网络通信帧结构设计，特别是TDMA帧结构设计，当网络要求节点接收数据包时刻需对准时隙起始时刻时，相邻时隙发送提前量冲突的问题得以解决；

本发明的智能天线定向传输和节点状态信息可以实现一跳内的空间复用，提高了网络性能；

本发明采用分布式动态时隙分配，可根据实际网络需求灵活调整时隙分配帧。

本发明基于“先分配块，再分配碎片时隙”策略的时隙分配算法保证了公平性的同时，也保证了时隙分配结果中为特定请求节点分配的发送时隙的聚合性，降低了发射波束方向切换频率，从而降低了节点功耗，且理论上使系统具备较低的端到端时延。

本发明将应答节点与请求节点本地时隙分配表更新规则区分设计，保证了在分布式方法下局域范围内的无冲突时隙分配以及各次分布式分配的独立性。

附图说明

图1为通信帧结构整体设计方案说明图。

图2为时隙分配请求包(SAR)与应答包(SAA)帧结构说明图。

图3为一跳通信范围内通信链路间干扰说明图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种远距离TDMA移动自组织网络中新型分布式动态时隙分配方法，包括下述步骤：

(1)通信帧结构设计：整体设计方案如图1所示，以超帧为单位时元进行时域资源划分，一个超帧共划分为N帧，每帧划分为M个时隙，单个时隙长度取决于物理层的发送与接收性能，各节点在各帧内均采用TDMA方式接入信道，每个超帧按功能不同整体上可分为两部分。

首先，初始K帧为监听帧，主要用于完成网络同步、接入以及融合时不同网络簇头间的监听发现。其中，初始A个连续时隙为同步子帧，用于网络中各节点采用TDMA共享媒体接入机制传输同步相关控制包；若节点在监听帧内的同步子帧需要发送同步控制包，则其在同步子帧以外的本帧所有时段均保持监听状态，若节点在监听帧内的同步子帧不需要发送同步包，则其在本帧所有时段均保持监听状态；每个监听帧与下文所述每个TDMA帧划分为同样数目的时隙。

其次，随后的N-K帧为TDMA帧，各节点采用TDMA方式接入信道，按功能不同整体上可划分为两种类型的数据帧。

第一，P个时隙分配帧，用于单个中心应答节点完成其一跳邻居范围内的局部时隙分配工作，因此每个超帧内可支持P个节点分布式地在其局域范围内先后进行时隙分配工作，每个时隙分配帧按功能不同可划分为四个子帧。

a)初始A个连续时隙为同步子帧；

b)同步子帧后，间隔一个保护时隙S_p1的B个连续时隙为时隙分配请求子帧，用于在请求与应答节点之间利用智能天线定向发送与接收时隙分配请求包(SAR)，如图2所示，SAR包携带请求节点状态、请求时隙数目等信息；

c)时隙分配请求子帧后，间隔一个保护时隙S_p2的C个连续时隙为业务传输子帧，用于中心应答节点执行时隙分配算法，同时系统可在该时段内进行上层业务数据的传输；

d)业务传输子帧后的D个连续时隙为时隙分配应答子帧，用于在应答与请求节点之间发送和接收时隙分配应答包(SAA)，如图2所示，SAA包携带时隙分配结果、请求节点下一次请求顺序、干扰自规避参考信息等；SAA包使用全向天线发送，为提高通信范围，SAA包可采用低速率发送，接收端指向中心应答节点定向接收SAA包；时隙分配应答子帧后为保护时隙S_p3；

第二，N-K-P个其它功能帧，用于正常的上层业务数据与广播包传输，以及MAC层除动态时隙分配外的其它服务功能支持。

网络节点同步及邻居拓扑信息获取基于一个超帧内各个帧的同步子帧内传输的同步控制包实现，节点同步可采用统一外部同步源(如GPS、北斗等)方式或互同步方式；邻居拓扑信息包括相对位置信息(如距离、利用空间谱估计技术获得波达角度DOA等)或绝对位置信息(如地理位置坐标等)。

(2)时隙分配请求及应答节点状态的确定与更新：按(1)中通信帧结构设计方案，假设某时隙分配帧被授权给某应答节点X进行时隙分配，则在上一次时隙分配帧分配结果生效至该时隙分配帧开始之间的时间段内，节点X及其它邻居节点均需结合本地时隙分配表及邻居拓扑信息，按照设计规则更新确定本节点在TDMA帧内业务传输子帧各时隙的收发、占用及阻塞状态；节点在某个时隙的状态是针对其通信对象节点而言的，当对象节点改变时本节点状态也会随之改变，且应答节点与请求节点更新确定状态的规则相同。其中七种节点状态定义如下。

-发送状态：节点在当前帧的本时隙正在进行发送；

-接收状态：节点在当前帧的本时隙正在进行接收；

-发占用状态：节点在当前帧的本时隙正在进行发送，但接收节点不是应答节点；

-发送阻塞状态：节点在当前帧的本时隙未进行收发，但是可以更新为接收状态而不能更新为发送状态；

-接收阻塞状态：节点在当前帧的本时隙未进行收发，但是可以更新为发送状态收而不能更新为接收状态；

-收发阻塞状态：节点在当前帧的本时隙未进行收发，但既不能更新为接收状态也不能更新为发送状态；

-空闲状态：节点在当前帧的本时隙未进行收发，并且既可以更新为发送状态也可以更新为接收状态。

基于以上状态定义，按照如下设计规则逐时隙确定节点状态，共分两步。

首先，根据本地时隙分配表确定TDMA帧内业务传输子帧的各时隙收发状态，包括接收、发送及未使用状态，其中未使用是一种临时状态，随后会进一步修定为其他状态。

其次，对于“发送”时隙逐一检测，若当前时隙为请求节点向应答节点发送，则仍保持为“发送”状态；若当前时隙为请求节点向其它节点发送，则修改为“发占用”状态；

最后，对于“未使用”时隙，根据该时隙前后两个时隙的不同状态组合及邻居拓扑信息，并考虑实际系统发送端需根据信号传播时延而相应提前发送所带来的影响，逐个确定阻塞状态。假设当前时隙序号为i(0≤i≤M-1)，则根据时隙序号不同可分为三种情况。

第一，i＝0，即业务传输子帧的左边界时隙。

a)若i+1时隙收发状态为“接收”，则i时隙可以收/发，i时隙阻塞状态为“空闲”；

b)若i+1时隙收发状态为“发送/发占用”，由于i+1时隙提前发送至i时隙内，则i时隙可以发送但不可以接收，i时隙阻塞状态为“接收阻塞”；

c)若i+1时隙收发状态为“未使用”，则i时隙可以收/发，i时隙阻塞状态为“空闲”。

第二，i＝M-1，即业务传输子帧的右边界时隙。

a)若i-1时隙收发状态为“接收”，由于若i时隙发送会提前至i-1时隙内而影响i-1时隙接收，则i时隙可以接收但不可以发送，i时隙阻塞状态为“发送阻塞”；

b)若i-1时隙收发状态为“发送/发占用”

i.若根据邻居拓扑信息，i时隙通信距离d_i>d_i-1，则i时隙可以接收但不可以发送，i时隙阻塞状态为“发送阻塞”；

ii.若d_i≤d_i-1，则i时隙可以收/发，i时隙阻塞状态为“空闲”；

c)若i-1时隙收发状态为“未使用”，则i时隙可以收/发，i时隙阻塞状态为“空闲”。

第三，0<i<M-1。

a)若i-1时隙收发状态为“发送/发占用”，i+1时隙为“发送/发占用”

i.若d_i≤d_i-1且d_i≥d_i+1，则i时隙可以发送但不可以接收，i时隙阻塞状态为“接收阻塞”；

ii.否则，i时隙不可以收/发，i时隙阻塞状态为“收发阻塞”；

b)若i-1时隙收发状态为“发送/发占用”，i+1时隙为“接收”

i.若d_i>d_i-1，则i时隙可以接收但不可以发送，i时隙阻塞状态为“发送阻塞”；

ii.若d_i≤d_i-1，则i时隙可以收/发，i时隙阻塞状态为“空闲”；

c)若i-1时隙收发状态为“发送/发占用”，i+1时隙为“未使用”

i.若d_i>d_i-1，则i时隙可以接收但不可以发送，i时隙阻塞状态为“发送阻塞”；

ii.若d_i≤d_i-1，则i时隙可以收/发，i时隙阻塞状态为“空闲”；

d)若i-1时隙收发状态为“接收”，i+1时隙为“发送/发占用”，则i时隙不可以收/发，i时隙阻塞状态为“收发阻塞”；

e)若i-1时隙收发状态为“接收”，i+1时隙为“接收”，则i时隙可以接收但不可以发送，i时隙阻塞状态为“发送阻塞”；

f)若i-1时隙收发状态为“接收”，i+1时隙为“未使用”，则i时隙可以接收但不可以发送，i时隙阻塞状态为“发送阻塞”；

g)若i-1时隙收发状态为“未使用”，i+1时隙为“发送/发占用”

i.若d_i≥d_i+1，则i时隙可以发送但不可以接收，i时隙阻塞状态为“接收阻塞”；

ii.若d_i<d_i+1，则i时隙不可以收/发，i时隙阻塞状态为“收发阻塞”；

h)若i-1时隙收发状态为“未使用”，i+1时隙为“接收”，则i时隙可以收/发，i时隙阻塞状态为“空闲”；

i)若i-1时隙收发状态为“未使用”，i+1时隙为“未使用”，则i时隙可以收/发，i时隙阻塞状态为“空闲”。

(3)一跳通信范围内的空间复用干扰自规避策略：在本发明的分布式动态时隙分配方法下，在应答节点与其邻居节点的局部一跳通信范围内可实现空间复用。然而业务数据的定向收发也将导致同一时隙内复用的不同链路间发送端与接收端冲突问题，如图3所示。因此需在(1)的基础上，继续确定考虑空间复用的请求节点发送阻塞状态，相应策略分为三部分描述。

首先，相关状态描述。

“考虑空间复用的发送阻塞状态”是指，某次分布式时隙分配过程中，请求节点向应答节点请求发送时隙时，若该时隙已被网络中其它若干有向链路(记为集合L)占用，且请求节点若占用该时隙发送将对L中至少一跳链路的接收节点造成干扰，则请求节点将该时隙状态确定为“发送阻塞”。

其次，链路干扰信息表。

链路干扰信息表中包含网络中各个时隙有效的链路集合、相对角度信息等，请求节点参照链路信息干扰表，确定本节点考虑空间复用的发阻塞状态。链路干扰信息表包含本节点一跳通信范围内所有U个邻居节点的信息。链路干扰信息表由请求节点维护。假设NODE_B为请求节点，其定义如表1所示

表1链路干扰信息表

各表项说明如下

a)最新时隙分配结果：表中每个条目对应节点作为应答节点的最新时隙分配结果，其内容与该应答节点最新广播出去的SAA包中时隙分配结果一致；请求节点结合所有条目的最新时隙分配结果即可获知其一跳范围内各时隙的链路复用情况。

b)邻居相对角度信息：以表中每个条目对应节点的视角计算得到其邻居节点两两相对角度为“大”或“小”(大于半主波束宽度即为“大”)，用于表征两邻居节点夹角的“宽窄”，其内容与SAA包的“角度大小”字段信息一致。

最后，根据前两部分描述，干扰判决过程如下。

a)各请求节点逐节点(除本节点外其余所有节点，以NODE_J为例进行说明)、逐时隙检测(1)中得到的其相对于NODE_J的节点状态结果。设请求节点为NODE_K；

b)假设当前检测时隙号为i，若在该时隙为“发送”、“接收阻塞”或“空闲”，则继续步骤c)；否则，重新执行b)，继续下一时隙的检测；

c)查询请求节点本地链路干扰信息表“最新时隙分配结果”信息项中i时隙的链路复用情况，将该时隙所有有效链路总结为集合L，逐链路排查干扰情况，以某条有效链路l的排查过程为例继续进行说明；

d)若链路l的发送节点为NODE_K或接收节点为NODE_J，则继续进行下一条链路的排查；否则，继续步骤e)；

e)查询NODE_K本地链路干扰信息表中，链路l的接收节点所对应条目的“邻居相对角度信息”，得到链路l的发送节点与NODE_K间相对角度“大小”，若为“大”，则无干扰，继续下一条链路的排查；否则，继续步骤f)；

f)查询并计算NODE_K本地邻居信息表中，链路l的接收节点与NODE_J间相对角度“大小”，若为“大”，则无干扰，继续下一条链路的排查；否则，链路NODE_K至NODE_J将干扰链路l，则需将对应时隙状态修改为“发送阻塞”，并继续下一时隙的检测；

g)若集合L中所有链路已排查完毕，继续下一时隙的检测。

(4)利用智能天线完成时隙分配请求包(SAR)的发送与接收：仍然按(1)中通信帧结构设计方案，假设某时隙分配帧被授权给某应答节点NODE_A进行时隙分配，且NODE_A已提前按(2)中方法确定了相对于各请求节点的应答节点状态，各请求节点同样确定了相对于NODE_A的请求节点状态，则各请求节点将其相对于NODE_A的状态封装至如图2所示的时隙分配请求包(SAR)中，利用智能天线在时隙分配帧的时隙分配请求子帧按TDMA的信道接入方式定向发送至NODE_A。其中，各请求节点的发送顺序在NODE_A上一次进行时隙分配的结果中给出，并封装至如图2所示的时隙分配应答包(SAA)中；发送方向取自各请求节点本地邻居拓扑信息表确定的节点NODE_A的波达角度(DOA)信息。使用智能天线的优势在于可以提高分布式时隙分配中一次分配的有效通信范围，且可按需切换角度完成SAR包的高效发送与接收。

(5)执行时隙分配算法得到时隙分配结果：应答节点根据(4)中所述确定的应答节点状态，确定应答节点的可用时隙，可用时隙包括状态为“发送阻塞”、“接收”或“空闲”的时隙；应答节点还需根据接收到的各个请求节点的SAR包中请求节点状态信息，确定各请求节点的可用时隙，可用时隙包括状态为“接收阻塞”、“发送”或“空闲”的时隙。应答节点与请求节点均可用的时隙为最终可用的时隙。应答节点可由此确定其TDMA帧内业务传输子帧各个时隙的可分配请求节点号集合。最后应答节点在时隙分配帧的业务传输子帧内执行时隙分配算法，得到最终时隙分配结果(每个时隙仅分配给一个请求节点发送)，其中时隙分配算法基于“先分配块，再分配碎片时隙”的策略，其核心思想为“先逐节点匹配相似度最高的连续时隙块，再逐时隙选择优先级最高的节点”。则时隙分配算法的整体流程分为两步。

首先，分配时隙块，算法流程如下。

a)按各请求节点请求时隙数目由大至小进行排序，记为集合X；

b)若X为空，则转g)；否则，取X中首元素，记为请求节点x，且记其可用时隙集合为G_x(集合中时隙按序号由小至大排列)，请求时隙数目为q_x；

c)统计G_x中每个连续块的大小(单独一个时隙大小为1，连续n个时隙大小为n)，定义块大小大于等于2(或其它数值)的block为可用block，并将这些block按其大小由大至小进行排序，记排序后结果为B_x，B_x中一个元素为一个block；

d)定义一个全局百分比η(0<η≤1)，并计算a_x＝r_x×η，为步骤a)中节点x期望被分配的时隙数目，其中r_x为节点x的请求时隙数目，η根据实际要求合理选取；

e)若B_x为空，则转f)；否则，取B_x中首元素，记为连续块b，放入集合R_x(该集合表示经过步骤a)分配后对节点x的时隙分配结果)，并作以下判断：

1)若当前R_x中所有连续块元素大小的和大于等于a_x，则输出R_x，转f)；

2)否则，将b从B_x中删除，重新执行e)；

f)将R_x中时隙号从其他请求节点的可用时隙集合中删除，重新执行b)；

g)结束。

其次，逐时隙按剩余百分比优先级分配。在“分配时隙块”算法执行后的基础上，可继续采用“基于剩余百分比的时隙分配算法”对剩余可用时隙分配优先级最高的节点，即可得到时隙分配结果。该算法以“节点剩余待分配时隙数占总请求数的比例”为最高优先级，按“请求时隙数”、“可用时隙数”、“节点ID”的顺序优先级递减构成参考标准，逐时隙分配“优先级最高的节点”。

(6)时隙分配请求节点及应答节点本地时隙分配表更新：应答节点按(5)中所述算法得到一帧内的时隙分配结果后，需结合本地原有时隙分配表，更新本地时隙分配表；相应地，请求节点需根据从接收到的时隙分配应答包(SAA)中解析出的时隙分配结果，结合本地原有时隙分配表，更新本地时隙分配表；除本次时隙分配涉及的应答节点及各请求节点外，网络中其它节点(未接收到SAA)同样需在一致的时段内(需保持网络中各节点的严格时间同步)更新本地时隙分配表。本地时隙分配表的更新方法需要分为两种情况描述：应答节点与其它节点(包括请求节点)。

首先，应答节点本地时隙分配表的更新方法，分为两步。

第一，释放原有本地时隙分配表中所有“接收”的时隙，记处理完毕后的本地时隙分配表为TAB1。

第二，逐时隙扫描TAB1进行更新，按本次时隙分配结果中不同的时隙分配结果，分为两种情况。

a)本时隙应答节点未作分配，则维持TAB1中该时隙内容不变；

b)本时隙应答节点分配给某请求节点NODE_X发送，则将TAB1中该时隙修改为“朝NODE_X接收”。

对TAB1所有时隙扫描完成后，即为应答节点最终更新完成后的本地时隙分配表。

其次，其它节点本地时隙分配表的更新方法，分为两步。

第一，释放原有本地时隙分配表中所有“向应答节点发送”的时隙，记处理完毕后的本地时隙分配表为TAB2。

第二，成功接收到SAA的节点逐时隙扫描TAB2进行更新，按本次时隙分配结果中不同的时隙分配结果，分为三种情况。

a)本时隙应答节点未作分配，则维持TAB2中该时隙内容不变；

b)本时隙应答节点分配给其它请求节点NODE_Y发送，则维持TAB2中该时隙内容不变；

c)本时隙应答节点分配给本节点发送，则TAB2中该时隙修改为“向应答节点发送”。

对TAB2所有时隙扫描完成后，即为其它节点最终更新完成后的本地时隙分配表。

Claims (7)

1.一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通信帧结构设计：以超帧为单位时元进行时域资源划分，一个超帧共划分为N帧，每帧划分为M个时隙，各节点在各帧内均采用TDMA方式接入信道；其中初始K帧为监听帧，主要用于网络同步、接入以及融合时不同网络簇头间的监听发现；随后的N-K帧为TDMA帧，主要完成时隙分配、全网拓扑建立与维护、上层业务数据及广播包传输等；一个超帧内的所有N帧均支持网络节点同步及邻居拓扑信息获取；

步骤二：时隙分配请求及应答节点状态的确定与更新：根据步骤一描述的帧结构，在TDMA帧进行时隙分配前，请求节点与应答节点应分别确定好本节点相对于局域应答节点的状态以及本节点分别相对于R个请求节点的状态；在下一次进行时隙分配前，请求节点与应答节点均根据网络邻居拓扑信息及本次时隙分配结果提前更新节点状态；其中，节点状态共分为发送、接收、发送占用、发送阻塞、接收阻塞、收发阻塞以及空闲等七种状态；

步骤三：一跳通信范围内的空间复用干扰自规避策略：R个请求节点根据步骤二确定或更新节点状态后，分别继续对步骤二中确定的可用时隙进行“考虑空间复用下通信链路冲突问题”的发送阻塞状态的确定，其中确定该状态的相关信息由网络中各个节点最新广播的时隙分配应答包SAA提供；

步骤四：利用智能天线完成时隙分配请求包SAR的发送与接收：在TDMA帧进行时隙分配时的初始时段内，请求节点与应答节点利用智能天线分别完成SAR包的发送与接收，SAR包中携带请求节点状态、请求时隙数目信息；其中，请求节点状态按步骤二及步骤三描述确定，请求时隙数目根据网络层业务需求确定；

步骤五：执行时隙分配算法得到时隙分配结果：应答节点为时隙分配节点，应答节点在SAA包发送时隙到来之前，结合本节点应答状态以及步骤四中获得的R个请求节点的状态，执行时隙分配算法完成对各请求节点的时隙分配，并在TDMA帧进行时隙分配的末尾时段内以SAA包广播的形式告知所有请求节点；应答节点在时隙分配的中间时段执行算法的过程中，网络所有节点同时进行业务传输；

步骤六：时隙分配请求节点及应答节点本地时隙分配表更新：请求节点与应答节点根据步骤五得出的时隙分配结果，结合原有本地时隙分配表，按照设计规则对本地时隙分配表进行更新。

2.根据权利要求1所述的一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法，其特征在于，步骤一中一个超帧内的TDMA帧按功能不同可划分为P个时隙分配帧与N-K-P个其它功能帧，每个时隙分配帧固定授权给网络中某个节点完成其一跳通信范围内邻居节点的局域时隙分配任务，因此在每个超帧内，该通信帧结构设计可以完成P个节点的分布式时隙分配任务。

3.根据权利要求1所述的一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法，其特征在于，步骤二中分布式时隙分配方法结合智能天线波束成形技术，在应答节点与其一跳邻居节点之间交换节点收发、占用及阻塞状态信息实现空间复用。

4.根据权利要求1所述的一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法，其特征在于，步骤二中考虑实际系统存在信号传播时延，发送端需提前发送。

5.根据权利要求1所述的一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法，其特征在于，步骤二中确定与更新节点状态要求首先确定收发及占用状态，随后确定阻塞状态，其中收发及占用状态的确定基于本地时隙分配表，阻塞状态的确定基于本地时隙分配表及邻居拓扑信息。

6.根据权利要求1所述的一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法，其特征在于，步骤三中根据网络中共享的各节点相对角度信息判决请求节点是否能够发送，来避免“考虑空间复用下通信链路冲突问题”。

7.根据权利要求1所述的一种远距离TDMA移动自组织网络中的分布式动态时隙分配方法，其特征在于，步骤四中使用智能天线发送与接收SAR包扩展了分布式时隙分配中一跳邻居通信范围。