CN112954801B - 一种基于区块划分的vdes帧映像表空闲时隙查找方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法，该方法包括以下步骤：帧映像表初始化，即对帧映像表里的时隙进行区和块的划分；根据划分了区和块的帧映像表，对请求接入消息进行空闲时隙的查找和预约。与现有SOTDMA的顺序查找、RATDMA的随机查找、ITDMA的增量查找方法相比，本发明增加了帧映像表的区块划分，并且针对划分了区块以后的帧映像表，按照区块的分布进行小范围的查找，因此本发明所公开的方法可以有效降低空闲时隙查找的冲突次数、降低时隙的预约和接入时延。

Description

一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法。

背景技术

甚高频数据交换系统(VHF Data Exchange System，VDES)是新一代的海事通信系统，为海上航行的船舶提供安全保障和数据通信服务。

通信能力范围内的船舶形成自组织小区，采用时分多址(Time-divisionMultiple Access，TDMA)的方式使用信道资源。时间被划分成以帧为单位的片段，每一帧的长度为1分钟，每一帧又划分为2250个时隙。自组织小区内的每艘船舶都保存和更新一份帧映像表，用来记录当前帧中的时隙处于空闲还是使用的状态。如果船舶有发送数据的需要，则需先发送请求接入消息，系统根据请求接入消息的先后，依次为这些请求查找帧映像表中的空闲时隙，对找到的空闲时隙进行预约，并在下一帧到来时占用预约的时隙进行通信。

对于帧映像表中的空闲时隙查找方法，已有的建议书(例如《IALA G1139标准》)中推荐使用的有自组织时分多址(Self-organized Time-division Multiple Access,SOTDMA)中的顺序查找、随机时分多址(Random Access Time-division Multiple Access,RATDMA)中的随机查找、增量时分多址(Incremental Time-division Multiple Access,ITDMA)中的增量查找。SOTDMA中的顺序查找是指每次都从帧头第1个时隙开始顺序的查找；RATDMA中的随机查找是指每次都随机选择一个时隙进行查找，冲突时再随机选择时隙进行查找；ITDMA中的增量查找是指以一定的增量值，间隔时隙的查找。这些空闲时隙查找方法均容易遇到时隙冲突(即时隙已被占用)，遇到连续空闲时隙请求时，查找冲突的概率会更大。而且，随着海上船舶数量的增加，这些空闲时隙查找方法的查找冲突次数也会增加，由此引起时隙的预约和接入时延增大、数据传输时延增大。然而，目前海洋运输业的发展对海事通信提出了越来越高的要求，已有的空闲时隙查找方法由于在船舶数量较多时时延较大，已不能满足实际的需求，因此需要开发查找冲突次数少的空闲时隙查找方法，来降低时隙的预约和接入时延。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法，该方法可以减少查找空闲时隙的冲突次数，降低时隙的预约和接入时延。

本发明解决上述技术问题的方案是：

一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：帧映像表初始化，即对帧映像表里的时隙进行区和块的划分：

先对帧映像表里的时隙进行区的划分，假设请求接入消息有L个，其中第l个请求接入消息需占用R_l个连续空闲时隙，l∈{1,2,…,L}，设共有三种连续空闲时隙需求，分别为连续1～3个空闲时隙，即R_l∈{1,2,3}，对应将帧映像表划分为3个区，第1区是从0到N-1时隙，时隙数T₁＝N，此区内的信道均为R_l＝1的需求接入的单个时隙，第2区是从N到M-1，时隙数T₂＝M-N，此区内的信道均为R_l＝2的需求接入的双时隙，第3区是从M到2249时隙，时隙数T₃＝2250-M，此区内的信道均为R_l＝3的需求接入的3时隙，其中，N和M均为正整数且0＜N＜M＜2249，N和M的数值依据三种连续空闲时隙的接入需求量进行设置，并且随着接入需求的变化进行动态调整；

再对分区以后的帧映像表进行块的划分，依次将第1区里的每Q个单时隙划分为一个块，每个时隙为一个信道，即每个块里面包含Q个信道，Q<N，并将时隙0到Q-1定义为第1区的第1块里的第1到第Q信道，时隙Q到2Q-1定义为第1区的第2块里的第1到第Q信道，依次类推，则第1区划分块的数量为

同样，依次将第2区里的每Q个双时隙划分为一个块，每双时隙为一个信道，即每个块里面包含Q个信道，则第2区划分块的数量

再依次将第3区里的每Q个三时隙划分为一个块，每三时隙为一个信道，即每个块里面包含Q个信道，则第3区划分块的数量

步骤二：根据划分了区和块的帧映像表，对请求接入消息进行空闲时隙的查找和预约，基于区块划分的空闲时隙查找的具体算法如下：

1)请求接入消息的序号初始值l＝1；

2)对第l个请求接入消息进行帧映像表中空闲时隙的查找和预约：

3)令块的序号初始值j＝1；块内信道的序号初始值q＝1；

4)如果R_l＝i，R_l的值对应区的序号，因此i表示区序号且i∈{1,2,3}，根据R_l的值分别进行如下操作：

5)查找第i区第j块里的第q个信道，判断该信道对应的时隙是否空闲；

51)如果时隙不是空闲，即已被占用，执行j＝j+1，然后判断j是否大于第i区划分块的总数量F_i：

511)如果j＞F_i，则跳转至步骤512)；

512)令j＝1，q＝q+1，判断q是否大于Q：如果q＞Q，将第l个消息搁置，等待下一帧到来再为第l个消息查找空闲时隙，然后跳转至步骤6)；如果q≤Q，返回分步骤5)；

513)如果j不大于F_i，判断j是否等于F_i：

5131)如果j＝F_i，再判断T_i是否为i*Q的整数倍：

如果T_i是i*Q的整数倍，返回分步骤5)；

如果T_i不是i*Q的整数倍，判断q是否大于T_i％(iQ)：如果q＞T_i％(iQ)，则跳转至步骤512)；如果q≤T_i％(iQ)，返回分步骤5)；

5132)如果j≠F_i，返回分步骤5)；

52)如果该时隙空闲，则为第l个请求接入消息预约该空闲时隙，然后跳转至步骤6)；

6)判断l是否等于L：

如果l≠L，则l＝l+1，返回分步骤2)，对下一个请求接入消息进行空闲信道的查找和预约；

如果l＝L，已针对所有的请求接入消息完成空闲时隙的预约，算法结束。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明公开了一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法，包括对帧映像表进行区和块的划分和基于区块划分的空闲时隙查找算法。与现有的SOTDMA的顺序查找、RATDMA的随机查找、ITDMA的增量查找相比，本发明增加了对帧映像表的区和块划分，并且针对划分了区和块以后的帧映像表，按照区和块的分布进行小范围的查找，因此本发明所公开的方法可以有效降低查找冲突次数、降低时隙的预约和接入时延。

附图说明

图1为本发明所公开的一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法的总体流程图；

图2为本发明所公开的一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法中所述的帧映像表的区和块划分示意图；

图3为本发明所公开的一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法中的基于区块划分的空闲时隙查找算法流程图；

图4为本发明所公开的一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法中，平均查找冲突次数的仿真结果图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解说。

实施例1

如图1所示，本发明所公开的一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法，包括以下步骤：

步骤一：帧映像表初始化，即对帧映像表里的时隙进行区和块的划分：

如图2所示的帧映像表的区和块划分，先对帧映像表里的时隙进行区的划分，假设请求接入消息有L个，其中第l个请求接入消息需占用R_l个连续空闲时隙，l∈{1,2,…,L}，设共有三种连续空闲时隙需求，分别为连续1～3个空闲时隙，即R_l∈{1,2,3}，对应将帧映像表划分为3个区，第1区是从0到N-1时隙，时隙数T₁＝N，此区内的信道均为R_l＝1的需求接入的单个时隙，第2区是从N到M-1，时隙数T₂＝M-N，此区内的信道均为R_l＝2的需求接入的双时隙，第3区是从M到2249时隙，时隙数T₃＝2250-M，此区内的信道均为R_l＝3的需求接入的3时隙，其中，N和M均为正整数且0＜N＜M＜2249，N和M的数值依据三种连续空闲时隙的接入需求量进行设置，并且随着接入需求的变化进行动态调整；

再对分区以后的帧映像表进行块的划分，依次将第1区里的每Q个单时隙划分为一个块，每个时隙为一个信道，即每个块里面包含Q个信道，Q<N，并将时隙0到Q-1定义为第1区的第1块里的第1到第Q信道，时隙Q到2Q-1定义为第1区的第2块里的第1到第Q信道，依次类推，则第1区划分块的数量为

同样，依次将第2区里的每Q个双时隙划分为一个块，每双时隙为一个信道，即每个块里面包含Q个信道，则第2区划分块的数量

再依次将第3区里的每Q个三时隙划分为一个块，每三时隙为一个信道，即每个块里面包含Q个信道，则第3区划分块的数量

步骤二：根据划分了区和块的帧映像表，对请求接入消息进行空闲时隙的查找和预约，基于区块划分的空闲时隙查找算法的流程图如图3所示，具体算法如下：

1)请求接入消息的序号初始值l＝1；

2)对第l个请求接入消息进行帧映像表中空闲时隙的查找和预约：

3)令块的序号初始值j＝1；块内信道的序号初始值q＝1；

4)如果R_l＝i，R_l的值对应区的序号，因此i表示区序号且i∈{1,2,3}，根据R_l的值分别进行如下操作：

5)查找第i区第j块里的第q个信道，判断该信道对应的时隙是否空闲；

51)如果时隙不是空闲，即已被占用，执行j＝j+1，然后判断j是否大于第i区划分块的总数量F_i：

511)如果j＞F_i，则跳转至步骤512)；

512)令j＝1，q＝q+1，判断q是否大于Q：如果q＞Q，将第l个消息搁置，等待下一帧到来再为第l个消息查找空闲时隙，然后跳转至步骤6)；如果q≤Q，返回分步骤5)；

513)如果j不大于F_i，判断j是否等于F_i：

5131)如果j＝F_i，再判断T_i是否为i*Q的整数倍：

如果T_i是i*Q的整数倍，返回分步骤5)；

如果T_i不是i*Q的整数倍，判断q是否大于T_i％(iQ)：如果q＞T_i％(iQ)，则跳转至步骤512)；如果q≤T_i％(iQ)，返回分步骤5)；

5132)如果j≠F_i，返回分步骤5)；

52)如果该时隙空闲，则为第l个请求接入消息预约该空闲时隙，然后跳转至步骤6)；

6)判断l是否等于L：

如果l≠L，则l＝l+1，返回分步骤2)，对下一个请求接入消息进行空闲信道的查找和预约；

如果l＝L，已针对所有的请求接入消息完成空闲时隙的预约，算法结束。

实施例2(实验例)

以下是根据本发明所公开的一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法进行的MATLAB软件的仿真实验，以说明本发明方法的可行性和有效性。

仿真时，映像表中一帧的时隙数为2250，设当前帧中已经有一半的时隙被随机占用，即网络负载较重的情况。3个区的划分为N＝1000、M＝2100，块的划分为Q＝5。请求接入消息需占用的连续空闲时隙数在1,2,3中随机产生。

图4中的“SOTDMA的顺序查找”、“RATDMA的随机查找”、“ITDMA的增量查找”是已有G1139标准建议书中的空闲时隙查找方法，“基于区块划分的查找”是本发明所公开的基于区块划分的空闲时隙查找方法。

图4中横坐标为请求接入消息数L，纵坐标为空闲时隙的平均查找冲突次数。从图中可以看出，随着请求接入消息数的增加，几种方法的查找冲突次数都在增加，其中“SOTDMA的顺序查找”的增加最为明显。本发明所公开的“基于区块划分的查找方法”明显优于“SOTDMA的顺序查找”、“RATDMA的随机查找”、“ITDMA的增量查找”，而且请求接入消息数越多，优势越明显。查找冲突次数越小，对应的时隙预约和接入时延就越短。

综上所述，与现有的SOTDMA的顺序查找、RATDMA的随机查找、ITDMA的增量查找方法相比，本发明所公开的一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法可以有效降低空闲时隙查找冲突次数、降低时隙的预约和接入时延。

Claims (1)

1.一种基于区块划分的VDES帧映像表空闲时隙查找方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：帧映像表初始化，即对帧映像表里的时隙进行区和块的划分：

先对帧映像表里的时隙进行区的划分，假设请求接入消息有L个，其中第l个请求接入消息需占用R_l个连续空闲时隙，l∈{1,2,…,L}，设共有三种连续空闲时隙需求，分别为连续1～3个空闲时隙，即R_l∈{1,2,3}，对应将帧映像表划分为3个区，第1区是从0到N-1时隙，时隙数T₁＝N，此区内的信道均为R_l＝1的需求接入的单个时隙，第2区是从N到M-1，时隙数T₂＝M-N，此区内的信道均为R_l＝2的需求接入的双时隙，第3区是从M到2249时隙，时隙数T₃＝2250-M，此区内的信道均为R_l＝3的需求接入的3时隙，其中，N和M均为正整数且0＜N＜M＜2249，N和M的数值依据三种连续空闲时隙的接入需求量进行设置，并且随着接入需求的变化进行动态调整；

再对分区以后的帧映像表进行块的划分，依次将第1区里的每Q个单时隙划分为一个块，每个时隙为一个信道，即每个块里面包含Q个信道，Q<N，并将时隙0到Q-1定义为第1区的第1块里的第1到第Q信道，时隙Q到2Q-1定义为第1区的第2块里的第1到第Q信道，依次类推，则第1区划分块的数量为

同样，依次将第2区里的每Q个双时隙划分为一个块，每双时隙为一个信道，即每个块里面包含Q个信道，则第2区划分块的数量

再依次将第3区里的每Q个三时隙划分为一个块，每三时隙为一个信道，即每个块里面包含Q个信道，则第3区划分块的数量

步骤二：根据划分了区和块的帧映像表，对请求接入消息进行空闲时隙的查找和预约，基于区块划分的空闲时隙查找的具体算法如下：

1)请求接入消息的序号初始值l＝1；

2)对第l个请求接入消息进行帧映像表中空闲时隙的查找和预约：

3)令块的序号初始值j＝1；块内信道的序号初始值q＝1；

4)如果R_l＝i，R_l的值对应区的序号，因此i表示区序号且i∈{1,2,3}，根据R_l的值分别进行如下操作：

5)查找第i区第j块里的第q个信道，判断该信道对应的时隙是否空闲；

51)如果时隙不是空闲，即已被占用，执行j＝j+1，然后判断j是否大于第i区划分块的总数量F_i：

511)如果j＞F_i，则跳转至步骤512)；

512)令j＝1，q＝q+1，判断q是否大于Q：如果q＞Q，将第l个消息搁置，等待下一帧到来再为第l个消息查找空闲时隙，然后跳转至步骤6)；如果q≤Q，返回分步骤5)；

513)如果j不大于F_i，判断j是否等于F_i：

5131)如果j＝F_i，再判断T_i是否为i*Q的整数倍：

如果T_i是i*Q的整数倍，返回分步骤5)；

如果T_i不是i*Q的整数倍，判断q是否大于T_i％(iQ)：如果q＞T_i％(iQ)，则跳转至步骤512)；如果q≤T_i％(iQ)，返回分步骤5)；

5132)如果j≠F_i，返回分步骤5)；

52)如果该时隙空闲，则为第l个请求接入消息预约该空闲时隙，然后跳转至步骤6)；

6)判断l是否等于L：

如果l≠L，则l＝l+1，返回分步骤2)，对下一个请求接入消息进行空闲信道的查找和预约；

如果l＝L，已针对所有的请求接入消息完成空闲时隙的预约，算法结束。

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