CN112929970B - 基于优先度的自组织网络时隙分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于优先度的自组织网络时隙分配方法，实现步骤为：(1)构建自组织网络；(2)初始化每个通信节点的参数；(3)通信节点向邻节点广播传输信息；(4)通信节点向邻节点广播接收信息；(5)通信节点获取接收队列；(6)通信节点获取时隙分配结果。本发明每个通信节点在请求复帧和预约复帧广播数据后，收集了邻节点的接收队列中的传输链路，并根据优先度顺序，依次为邻节点的传输链路分配该节点中对应优先度的复帧中的时隙，在网络负载较高时能够减少时隙分配冲突的概率，有效提高了网络的吞吐量。

Description

基于优先度的自组织网络时隙分配方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种自组织网络时隙分配方法，具体涉及一种基于优先度的自组织网络时隙分配方法，可用于移动自组织网络中用户业务数据传输的时隙资源的分配。

背景技术

自组织网络是一种对等式网络，网络中不需要基础设备，没有严格的控制中心，所有节点的地位都是平等的，任意节点都可以自由入网和退网，任何节点的故障都不会影响整个网络的运行，具有很强的抗干扰性，适用于军事通信、灾害后通信恢复等场景。网络中常见的多址协议包括时分多址(TDMA,Time Division Multiple Access)、频分多址(FDMA，Frequency Division Multiple Access)和码分多址(CDMA,Code Division MultipleAccess)，由于TDMA的移动设备的研制相对简单，因此自组织网络中的多址协议通常使用TDMA。在军事通信、灾害后通信恢复的场景下，基于TDMA的移动自组织网络需要有一个合适的时隙分配方法，以提高时隙资源的利用率、降低传输冲突，进而增大系统容量。目前，时隙分配算法主要有固定时隙分配、竞争时隙分配、动态时隙分配三类，其中固定时隙分配算法为网络中的节点预先分配时隙，无法根据节点业务需求动态调整时隙分配，时隙资源利用率低；竞争时隙分配算法允许网络内节点在一定范围内竞争时隙，从而实现时隙的复用，但这类算通常存在因此存在冲突较多、吞吐量小的问题；动态时隙分配算法根据业务需求，动态分配时隙资源，可以提高时隙资源的利用率。

目前，已有许多不同的动态时隙分配算法，这些分配算法旨在降低传输时延、减少时延抖动、和增大系统容量。例如申请公布号为CN 109526060A，名称为“基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法”的专利申请，公开了一种基于请求排序的无线分布式网络时隙分配方法，该方法在预约时隙RS发起数据时隙预约请求，利用回复时隙PS对预约请求进行基于调度分数值的排序，并回复预约请求，利用确认时隙AS进行时隙预约确认，从而完成承载普通业务的时隙预约与分配，对于突发流式业务，采用时隙锁定机制进行快速时隙占用。该方法中利用时隙锁定方法，响应突发业务，降低传输时延；根据调度分值的排序分配，根据业务特点和需求，为调度分值高的业务优先分配时隙；该方法的不足之处在于当网络负载较高时，节点分配的时隙易产生冲突，使得链路预约失败，导致网络吞吐量下降。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于优先度的自组织网络时隙分配方法，用于解决现有技术中存在的网络负载较高时，网络吞吐量较小的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(1)构建自组织网络：

构建基于TDMA且包括A个通信节点N＝{n_i|1≤i≤A}的自组织网络，每个通信节点n_i包括D_i个邻节点

超帧SF_i、映射值H_i和优先度表P_i＝{p_i,o|1≤o≤x}，SF_i包括含有k个时隙的请求复帧Rq_i、含有k个时隙的预约复帧Re_i和x个含有y个时隙

的数据复帧

其中，A≥2，n_i表示第i个通信节点，1≤D_i＜A，

表示N中的第θ_w个通信节点

是n_i的第w个邻节点，1≤θ_w≤A，θ_w≠i，1≤H_i≤k，p_i,o表示n_i的第o个数据复帧

的优先度，1≤p_i,o≤x，k≥A，x≥k，y≥1，

表示第r个数据复帧，1≤p_i,r≤x，

表示

中的第t个时隙；

(2)初始化每个通信节点n_i的参数：

初始化每个通信节点n_i的发送队列tx_i，预约队列rx_i，以及包含与邻节点数量D_i相等的接收队列

其中，

表示第w个邻节点

的接收队列；

(3)每个通信节点n_i向邻节点

广播传输信息：

(3a)每个通信节点n_i统计发送数据的需求信息，包括size个发送节点Send＝{send_α|1≤α≤size}、size个接收节点Recv＝{recv_α|1≤α≤size}和size个时隙数Num＝{num_α|1≤α≤size}，其中，1≤size≤D_i，send_α、recv_α和num_α分别表示第α个发送节点、第α个接收节点和第α个时隙数；

(3b)每个通信节点n_i将每个发送节点send_α与其对应的接收节点recv_α组成传输链路link_α＝{send_α,recv_α|1≤α≤size}，并将每个传输链路link_α与其对应的时隙数num_α组成传输信息Q_α＝{link_α,num_α|1≤α≤size}，得到传输信息集Q＝{Q_α|1≤α≤size}，然后将Q存储至tx_i中；

(3c)每个通信节点n_i发送队列tx_i通过请求复帧Rq_i中对应的H_i将发送队列tx_i广播至邻节点

(4)每个通信节点n_i向邻节点

广播接收信息：

(4a)每个通信节点n_i通过请求复帧Rq_i中除对应的H_i接收来自邻节点

的发送队列tx_i，并将所有tx_i中的recv_α为通信节点n_i的Q_α组成临时队列Tmp_i＝{Q_β|1≤β≥ξ}，其中，1≤ξ≤D_i，Q_β表示第β个recv_α为通信节点n_i的传输信息Q_α；

(4b)每个通信节点n_i将邻节点

的发送队列tx_i组成发送队列集TX_i＝{tx_γ|1≤γ≤D_i}，并判断Q_α∈tx_γ中对应的时隙数num_α的累和b是否满足b≥xy，若是，令rx_i＝Tmp_i，并执行步骤(4d)，否则，执行步骤(4c)；

(4c)每个通信节点n_i对Tmp_i中的传输信息Q_β进行降序排列为

并令

对应的num_β＝num_β+Δnum_β,1≤β≤min{d,ξ}，得到更新队列Tmp_i，并令rx_i＝Tmp_i，其中，

min{·}表示取最小值，

表示向下取整数，∑·表示求和；

(4d)每个通信节点n_i通过预约复帧Re_i中对应的H_i将预约队列rx_i广播至邻节点

(5)每个通信节点n_i获取接收队列

每个通信节点n_i通过预约复帧Re_i中除对应的H_i接收来自邻节点

的rx_i，并令

(6)每个通信节点n_i获取时隙分配结果：

(6a)每个通信节点n_i初始化优先度为q，并q＝1；

(6b)每个通信节点n_i中的将每个邻节点

优先度

的数据复帧

中的y个时隙分配给邻节点

的接收队列

中的传输链路link_β，并判断link_β在对应时隙与其他传输链路是否产生冲突，若是，执行步骤(6c)，否则，将传输链路和分配的时隙组成分配信息result_q,w,β，并执行步骤(6c)；

(6c)每个通信节点n_i判断q≤x是否成立，若是，则令q＝q+1，并执行步骤(6b)，否则将所有的result_q,w,β组合成分配结果集Set_i。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

第一，本发明每个通信节点在请求复帧和预约复帧广播数据后，收集了邻节点的接收队列中的传输链路，并根据优先度顺序，依次为邻节点的传输链路分配该节点中对应优先度的复帧中的时隙，在网络负载较低时，通信节点仅为每个邻节点分配中其优先度最高的复帧中的时隙，不进行时隙复用，可以保证时隙分配无冲突，在网络负载较高时，通信节点将会从已分配的时隙中选择不产生链路冲突的时隙进行复用，实现低冲突的时隙分配，与现有技术相比，有效地提高了网络的吞吐量。

第二，本发明每个通信节点在请求复帧和预约复帧中进行两次广播后，将数据复帧中的时隙分配给邻节点的传输链路，降低了控制时隙的开销，与现有技术相比，进一步提高了网络的吞吐量。

第三，本发明中每个通信节点请求复帧后，根据邻节点的传输信息，确定网络负载情况，在网络负载较低时，为繁忙链路额外分配时隙，与现有技术相比，有效降低了传输时延。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是本发明的超帧结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。

参照图1，本发明包括如下步骤：

步骤1)构建自组织网络：

构建基于TDMA且包括A个通信节点N＝{n_i|1≤i≤A}的自组织网络，每个通信节点n_i包括D_i个邻节点

超帧SF_i、映射值H_i和优先度表P_i＝{p_i,o|1≤o≤x}，SF_i包括含有k个时隙的请求复帧Rq_i、含有k个时隙的预约复帧Re_i和x个含有y个时隙

的数据复帧

其中，A≥2，n_i表示第i个通信节点，1≤D_i＜A，

表示N中的第θ_w个通信节点

是n_i的第w个邻节点，1≤θ_w≤A，θ_w≠i，1≤H_i≤k，p_i,o表示n_i的第o个数据复帧

的优先度，1≤p_i,o≤x，k≥A，x≥k，y≥1，

表示第r个数据复帧，1≤p_i,r≤x，

表示

中的第t个时隙。

超帧SF_i的结构如图2所示，请求复帧Rq_i和预约复帧Re_i中各包含k个时隙，每个数据复帧

包含y个时隙，请求复帧Rq_i后面是预约复帧Re_i，预约复帧后面是连续的x个数据复帧

通信节点n_i可在请求复帧和预约复帧中的对应时隙广播数据，并根据通过广播获得邻节点接收队列，将x个数据复帧中的时隙分配给邻节点的接收队列中的传输链路。

本实施例中，A＝3,k＝6,x＝6,y＝10,D₁＝2,D₂＝2,D₃＝2，自组织网络中有三个通信节点，每个通信节点n_i都有两个邻节点，超帧SF_i中含有一个请求复帧、一个预约复帧和六个数据复帧，其中，请求复帧Rq_i和预约复帧Re_i中各含有六个时隙，数据复帧中含有十个时隙。

步骤2)初始化每个通信节点n_i的参数：

初始化每个通信节点n_i的发送队列tx_i，预约队列rx_i，以及包含与邻节点数量D_i相等的接收队列

其中，

表示第w个邻节点

的接收队列。

步骤3)每个通信节点n_i向邻节点

广播传输信息：

步骤3a)每个通信节点n_i统计发送数据的需求信息，包括size个发送节点Send＝{send_α|1≤α≤size}、size个接收节点Recv＝{recv_α|1≤α≤size}和size个时隙数Num＝{num_α|1≤α≤size}，其中，1≤size≤D_i，send_α、recv_α和num_α分别表示第α个发送节点、第α个接收节点和第α个时隙数。

本实施例中，size＝2，表示每个节点都向邻节点广播两条链路的传输信息。

步骤3b)每个通信节点n_i将每个发送节点send_α与其对应的接收节点recv_α组成传输链路link_α＝{send_α,recv_α|1≤α≤size}，并将每个传输链路link_α与其对应的时隙数num_α组成传输信息Q_α＝{link_α,num_α|1≤α≤size}，得到传输信息集Q＝{Q_α|1≤α≤size}，然后将Q存储至tx_i中。

步骤3c)每个通信节点n_i发送队列tx_i通过请求复帧Rq_i中对应的H_i将发送队列tx_i广播至邻节点

步骤4)每个通信节点n_i向邻节点

广播接收信息：

步骤4a)每个通信节点n_i通过请求复帧Rq_i中除对应的H_i接收来自邻节点

的发送队列tx_i，并将所有tx_i中的recv_α为通信节点n_i的Q_α组成临时队列Tmp_i＝{Q_β|1≤β≥ξ}，其中，1≤ξ≤D_i，Q_β表示第β个recv_α为通信节点n_i的传输信息Q_α。

步骤4b)每个通信节点n_i将邻节点

的发送队列tx_i组成发送队列集TX_i＝{tx_γ|1≤γ≤D_i}，并判断Q_α∈tx_γ中对应的时隙数num_α的累和b是否满足b≥xy，若是，令rx_i＝Tmp_i，并执行步骤4d)，否则，执行步骤4c)。

步骤4c)每个通信节点n_i对Tmp_i中的传输信息Q_β进行降序排列为

并令

对应的num_β＝num_β+Δnum_β,1≤β≤min{d,ξ}，得到更新队列Tmp_i，并令rx_i＝Tmp_i，其中，

min{·}表示取最小值，

表示向下取整数，∑·表示求和。

本实施例中，d＝2，表示选择时隙数num_α最大的前两条链路。

每个通信节点n_i判断b≥xy是否成立，若是，认为现在网络负载压力较大，否则，认为现在网络负载压力不大，有较多的空闲时隙，因此，将多余的空闲时隙分配给时隙数num_α最大的前d条链路，当d条链路有新业务产生时，可以在多分配的时隙中直接传输，从而降低传输时延。

步骤4d)每个通信节点n_i通过预约复帧Re_i中对应的H_i将预约队列rx_i广播至邻节点

步骤5)每个通信节点n_i获取接收队列

每个通信节点n_i通过预约复帧Re_i中除对应的H_i接收来自邻节点

的rx_i，并令

通信节点n_i通过广播获取了邻节点的待接收队列，用于步骤6)中通过分配算法获取时隙分配结果。

步骤6)每个通信节点n_i获取时隙分配结果：

步骤6a)每个通信节点n_i初始化优先度为q，并q＝1。

步骤6b)每个通信节点n_i中的将每个邻节点

优先度

的数据复帧

中的y个时隙分配给邻节点

的接收队列

中的传输链路link_β，并判断link_β在对应时隙与其他传输链路是否产生冲突，若是，执行步骤6c)，否则，将传输链路和分配的时隙组成分配信息result_q,w,β，并执行步骤6c)。

本实施例中，通信节点n₁收到邻节点ne₁，即通信节点n₂的接收队列

中，send₁＝1,recv₁＝2,num₁＝2,send₂＝3,recv₂＝2,num₂＝3，在执行步骤(6b)中所述的

中的y个时隙分配给邻节点

的接收队列

中的传输链路link_β时，将会把

中的第一个时隙和第二个时隙分配给传输链路link₁，把第三个时隙、第四个时隙和第五个时隙分配给link₂，此时

中所有传输链路link_β都已分配完毕，因此剩余的五个时隙则暂不分配。

步骤6c)每个通信节点n_i判断q≤x是否成立，若是，则令q＝q+1，并执行步骤6b)，否则将所有的result_q,w,β组合成分配结果集Set_i。

通信节点n_i在不同的数据复帧

优先度不同，不同通信节点在同一个数据复帧的优先度也是不同的，在步骤6)中，根据优先度，为每个邻节点的接收队列选择一个不同的复帧，并将复帧中的时隙分配给接收队列中的链路，因为在同一优先度，同一复帧中的时隙只分配给一个邻节点的传输链路，不进行时隙复用，因此，此时时隙分配中不会产生冲突，随着优先度q的增大，链路会复用已分配过了的时隙，这时需要判断是否会和已分配此时隙的其他链路产生冲突，若会产生冲突，则该链路不占用此时隙，否则，链路复用这个时隙，通过判断是否会和已分配此时隙的其他链路产生冲突，节点分配的时隙不易产生冲突。

通信节点n_i通过分配算法获得分配结果集Set_i，并可根据result_q,j,β，在发送节点send_β为自己n_i的时隙中，传输发往recv_β的数据。

Claims (2)

1.一种基于优先度的自组织网络时隙分配方法，其特征在于,包括如下步骤：

(1)构建自组织网络：

构建基于TDMA且包括A个通信节点N＝{n_i|1≤i≤A}的自组织网络，每个通信节点n_i包括D_i个邻节点

超帧SF_i、映射值H_i和优先度表P_i＝{p_i,o|1≤o≤x}，SF_i包括含有k个时隙的请求复帧Rq_i、含有k个时隙的预约复帧Re_i和x个含有y个时隙

的数据复帧

其中，A≥2，n_i表示第i个通信节点，1≤D_i＜A，

表示N中的第θ_w个通信节点

是n_i的第w个邻节点，1≤θ_w≤A，θ_w≠i，1≤H_i≤k，p_i,o表示n_i的第o个数据复帧

的优先度，1≤p_i,o≤x，k≥A，x≥k，y≥1，

表示第r个数据复帧，1≤p_i,r≤x，

表示

中的第t个时隙；

(2)初始化每个通信节点n_i的参数：

初始化每个通信节点n_i的发送队列tx_i，预约队列rx_i，以及包含与邻节点数量D_i相等的接收队列

其中，

表示第w个邻节点

的接收队列；

(3)每个通信节点n_i向邻节点

广播传输信息：

(3a)每个通信节点n_i统计发送数据的需求信息，包括size个发送节点Send＝{send_α|1≤α≤size}、size个接收节点Recv＝{recv_α|1≤α≤size}和size个时隙数Num＝{num_α|1≤α≤size}，其中，1≤size≤D_i，send_α、recv_α和num_α分别表示第α个发送节点、第α个接收节点和第α个时隙数；

(3b)每个通信节点n_i将每个发送节点send_α与其对应的接收节点recv_α组成传输链路link_α＝{send_α,recv_α|1≤α≤size}，并将每个传输链路link_α与其对应的时隙数num_α组成传输信息Q_α＝{link_α,num_α|1≤α≤size}，得到传输信息集Q＝{Q_α|1≤α≤size}，然后将Q存储至tx_i中；

(3c)每个通信节点n_i发送队列tx_i通过请求复帧Rq_i中对应的H_i将发送队列tx_i广播至邻节点

(4)每个通信节点n_i向邻节点

广播接收信息：

(4a)每个通信节点n_i通过请求复帧Rq_i中除对应的H_i接收来自邻节点

的发送队列tx_i，并将所有tx_i中的recv_α为通信节点n_i的Q_α组成临时队列Tmp_i＝{Q_β|1≤β≤ξ}，其中，1≤ξ≤D_i，Q_β表示第β个recv_α为通信节点n_i的传输信息Q_α；

(4b)每个通信节点n_i将邻节点

的发送队列tx_i组成发送队列集TX_i＝{tx_γ|1≤γ≤D_i}，并判断Q_α∈tx_γ中对应的时隙数num_α的累和b是否满足b≥xy，若是，令rx_i＝Tmp_i，并执行步骤(4d)，否则，执行步骤(4c)；

(4c)每个通信节点n_i对Tmp_i中的传输信息Q_β进行降序排列为

并令

对应的num_β＝num_β+Δnum_β,1≤β≤min{d,ξ}，得到更新队列

并令

其中，

min{·}表示取最小值，

表示向下取整数，∑·表示求和；

(4d)每个通信节点n_i通过预约复帧Re_i中对应的H_i将预约队列rx_i广播至邻节点

(5)每个通信节点n_i获取接收队列

每个通信节点n_i通过预约复帧Re_i中除对应的H_i接收来自邻节点

的rx_i，并令

(6)每个通信节点n_i获取时隙分配结果：

(6a)每个通信节点n_i初始化优先度为q，并q＝1；

(6b)每个通信节点n_i中的将每个邻节点

优先度

的数据复帧

中的y个时隙分配给邻节点

的接收队列

中的传输链路link_β，并判断link_β在对应时隙与其他传输链路是否产生冲突，若是，执行步骤(6c)，否则，将传输链路和分配的时隙组成分配信息result_q,w,β，并执行步骤(6c)；

(6c)每个通信节点n_i判断q≤x是否成立，若是，则令q＝q+1，并执行步骤(6b)，否则将所有的result_q,w,β组合成分配结果集Set_i。

2.根据权利要求1所述的基于优先度的自组织网络时隙分配方法，其特征在于，步骤(6b)中所述的将每个邻节点

优先度

的数据复帧

中的y个时隙分配给邻节点

的接收队列

中的传输链路link_β，具体为：依次将每个邻节点

优先度

的

中的num_β个时隙分配给

中的未被分配时隙的传输链路link_β，直至

中的y个时隙都分配完毕或

中所有传输链路link_β都已分配时隙。

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