CN113939030A - 一种基于节点优先级的动态tdma时隙分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法，涉及无线通信领域。在该方法中一个时帧被分为控制时段和业务时段两个部分；控制时段中的控制时隙固定占用，业务时段中的业务时隙动态获取，节点在控制时段发送和接收控制分组，在业务时段发送和接收业务数据；同时网络中的节点被划分为高优先级和低优先级两类，在出现时隙申请冲突时，高优先级节点可以优先获得业务时隙，同时当高优先级节点没有时隙可用时，可以要求低优先级节点释放部分业务时隙，因此高优先级节点具有更高的业务时隙获取能力。

Description

一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别是指一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法。

背景技术

根据时隙分配给用户方式的不同，可将TDMA分为动态时隙分配和固定时隙分配两种。固定时隙分配灵活性较差，在很多应用场景下信道利用率较低，因此动态时隙分配策略是目前TDMA协议的重点研究方向之一。

对于采用动态时隙分配策略的TDMA协议，一个时帧被分为两个或多个部分，节点通过在特定时段交互控制分组完成时隙的占用，并在其完成占用的时隙中传输业务数据。动态TDMA协议可以根据节点的业务需求动态调整时隙占用数量，因此就有较高的灵活性和信道利用率。

在很多应用场景中不同节点有着不同的信道接入要求，而现有关于动态TDMA的时隙分配方法无法根据节点特性调整节点接入信道的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法，该方法可以根据节点优先级的不同调整节点接入信道能力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法，包括以下步骤：

(1)将一个时帧分为控制时段和业务时段两个部分；

(2)控制时段由N个控制时隙组成，N为全网最大同时在网节点数量；业务时段由M个业务时隙组成，M≥N；

(3)节点入网后固定占用控制时段中的一个控制时隙，并在网络的运行过程中保持不变；

(4)在一个时帧周期开始后，节点在非其占用的控制时隙中帧听其邻居节点发送的时隙请求控制分组、请求回复控制分组和时隙占用控制分组，根据时隙占用控制分组对本地的时隙占用信息进行更新；

(5)当前时隙是本节点占用的控制时隙时，节点根据接收到的请求回复控制分组计算当前时帧的业务时隙占用，并结合本地邻居节点时隙占用信息发送时隙占用控制分组；若节点接收到了高优先级节点的时隙释放请求，同时本节点是低优先级节点，则以概率p随机选择一个占用的业务时隙进行释放，并不再发起业务时隙请求；否则，节点根据当前的时隙占用和业务量选择空闲业务时隙发起申请，并根据时隙申请情况发送时隙请求控制分组；节点根据侦听到的时隙请求控制分组完成对相应时隙的分配，并根据时隙分配情况发送请求回复控制分组；

(6)控制时段结束后，节点在成功占用的业务时隙中发送业务信息，在非其占用的业务时隙中帧听邻居节点发送的业务信息。

进一步的，步骤(3)中时隙请求控制分组、时隙占用控制分组和请求回复控制分组的结构为：

时隙请求控制分组由源节点号、优先级标志、时隙释放信息、申请时隙号四部分组成；其中，源节点号为节点的编号，且与其占用的控制分组相对应；优先级标志用0和1表示，其中0代表低优先级节点，1代表高优先级节点；时隙释放信息用于表示本节点和邻居节点的时隙释放需求；申请时隙号表示节点对哪些业务时隙发起了申请；

时隙占用控制分组由源节点号、本节点时隙占用信息、邻居节点时隙占用信息三部分组成；其中，本地节点时隙占用信息用于表示该节点的业务时隙占用情况，邻居节点时隙占用信息用于表示邻居节点的时隙占用情况；

请求回复控制分组由源节点号、时隙申请回复两部分组成，时隙申请回复为节点对邻居业务时隙申请的回复。

进一步的，步骤(5)中，节点根据接收到的请求回复控制分组计算当前时帧的业务时隙占用，具体方式为：

节点接收到所有邻居节点发送的请求回复控制分组，对于在上一时帧周期中节点发起申请的业务时隙，如果所有邻居节点均将该节点分配给本节点，则节点成功占用该业务时隙，否则节点放弃对该业务时隙的占用。

进一步的，步骤(5)中，节点根据当前的时隙占用和业务量选择空闲业务时隙发起申请，具体方式为：

当节点占用的业务时隙无法满足传输需求时，则对空闲业务时隙发起申请；选择空闲时隙的原则为：

两跳范围内已被占用的业务时隙不能申请；低优先级节点不能申请低优先级和高优先级邻居节点已申请的业务时隙；高优先级节点可对低优先级邻居节点已申请的业务时隙发起申请；若已被分配的业务时隙是分配给低优先级节点，该低优先级节点和将要发起时隙申请的高优先级节点是一跳邻居，则高优先级节点仍能对已被分配的时隙发起申请，其他情况下不能对已被邻居节点分配的业务时隙发起申请；如果可供节点申请的空闲时隙个数无法满足业务需求，则对所有可以申请的空闲时隙发起申请，反之则随机选择部分业务时隙进行申请；若节点是高优先级节点，当没有空闲时隙可供申请时，则将时隙释放请求写入时隙释放信息。

进一步的，步骤(5)中，节点根据侦听到的时隙请求控制分组完成对相应时隙的分配，具体方式为：

当只有一个节点对某个业务时隙发起申请时，将该业务时隙分配给申请的节点；当有多个节点对同一个业务时隙发起申请时，若节点的优先级不同，则将该时隙分配给高优先级节点，若节点的优先级相同则将该时隙分配给先发起时隙申请的节点。

进一步的，步骤(5)中概率p的计算方式为：

其中，N₁为两跳范围内有时隙释放需求的高优先级节点，N_all为两跳范围有业务时隙申请需求的节点。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明方法可以使节点根据其业务量和优先级动态调整占用的业务时隙数量，在按需分配的同时优先满足高优先级节点的接入需求。

2、本发明方法能够实现业务时隙的空间复用，具有较高的信道资源利用率。

附图说明

图1是本发明的时帧结构图。

图2是本发明时隙请求控制分组结构图。

图3是本发明请求回复控制分组结构图。

图4是本发明时隙占用控制分组结构图。

图5是本发明的时隙分配流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法，具体步骤如下：

(1)将一个时帧分为控制时段和业务时段两个部分，如图1所示；

(2)控制时段由N个控制时隙组成，N为全网最大同时在网节点数量。业务时段由M个业务时隙组成，M的值大于等于N；

(3)节点入网后固定占用控制时段中的一个控制时隙，并在网络的运行过程中保持不变。

(4)在一个时帧周期开始后，节点在非其占用的控制时隙中帧听其邻居节点发送的时隙请求控制分组(见图2)、请求回复控制分组(见图3)和时隙占用控制分组(见图4)，根据时隙占用控制分组对本地的时隙占用信息进行更新。

(5)当前时隙是本节点占用的控制时隙时，节点根据接收到的请求回复控制分组计算当前时帧的业务时隙占用，并结合本地邻居节点时隙占用信息发送时隙占用控制分组；若节点接收到了高优先级节点的时隙释放请求，同时本节点是低优先级节点，则以概率p随机选则一个占用的业务时隙进行释放，并不再发起业务时隙请求。反之，节点将根据当前的时隙占用和业务量选择一定的空闲业务时隙发起申请，并根据时隙申请情况发送时隙请求控制分组；节点根据侦听到的时隙请求控制分组完成对相应时隙的分配。并根据时隙分配情况发送请求回复控制分组。

(6)控制时段结束后，节点在成功占用的业务时隙中发送业务信息，在非其占用的业务时隙中帧听邻居节点发送的业务信息。

其中，步骤(4)中时隙请求控制分组、时隙占用控制分组和请求回复控制分组的结构具体为：

时隙请求控制分组由源节点号、优先级标志、时隙释放信息、申请时隙号四部分组成。其中源节点号为节点的编号与其占用的控制分组相对应。优先级标志用0和1表示，其中0代表低优先级节点，1代表高优先级节点。时隙释放信息表明了本节点和邻居节点时隙释放需求。申请时隙号部分表示节点对哪些业务时隙发起了申请。

时隙占用控制分组由源节点号、本节点时隙占用信息、邻居节点时隙占用信息三部分组成。本地节点时隙占用信息表明了该节点的业务时隙占用情况，邻居节点时隙占用信息表明了邻居节点的时隙占用情况。

请求回复控制分组由源节点号、时隙申请回复两部分组成。时隙申请回复为节点对邻居业务时隙申请的回复。

如图5所示，步骤(5)的具体方式如下：

计算节点业务时隙占用：

节点接收到所有邻居节点发送的请求回复控制分组，对于在上一时帧周期中节点发起申请的业务时隙，如果所有邻居节点均将该节点分配给本节点，则节点成功占用该业务时隙，否则节点放弃对该业务时隙的占用。

空闲业务时隙选择：当节点占用的业务时隙无法满足传输需求时，便会对空闲业务时隙发起申请。选择空闲时隙的原则为：

两跳范围内已被占用的业务时隙不能申请；低优先级节点不能申请低优先级和高优先级邻居节点已申请的业务时隙；高优先级节点可对低优先级邻居节点已申请的业务时隙发起申请；若已被分配的业务时隙是分配给低优先级节点，该低优先级节点和将要发起时隙申请的高优先级节点是一跳邻居，则高优先级节点仍能对已被分配的时隙发起申请，其他情况下不能对已被邻居节点分配的业务时隙发起申请。如果可供节点申请的空闲时隙个数无法满足业务需求，则对所有可以申请的空闲时隙发起申请，反之则随机选择部分业务时隙进行申请。同时，若节点是高优先级节点，当没有空闲时隙可供申请时则将时隙释放请求写入时隙释放信息。

业务时隙分配：

当只有一个节点对某个业务时隙发起申请时，将该业务时隙分配给申请的节点；当有多个节点对同一个业务时隙发起申请时，若节点的优先级不同，则将该时隙分配给高优先级节点，若节点的优先级相同则将该时隙分配给先发起时隙申请的节点。

其中，步骤(5)中概率p的计算方式为：

其中N₁为两跳范围内有时隙释放需求的高优先级节点，N_all为两跳范围有业务时隙申请需求的节点。

总之，本发明将一个时帧分为控制时段和业务时段两个部分；控制时段中的控制时隙固定占用，业务时段中的业务时隙动态获取，节点在控制时段发送和接收控制分组，在业务时段发送和接收业务数据；同时网络中的节点被划分为高优先级和低优先级两类，在出现时隙申请冲突时，高优先级节点可以优先获得业务时隙，同时当高优先级节点没有时隙可用时，可以要求低优先级节点释放部分业务时隙，因此高优先级节点具有更高的业务时隙获取能力。

Claims (6)

1.一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将一个时帧分为控制时段和业务时段两个部分；

(2)控制时段由N个控制时隙组成，N为全网最大同时在网节点数量；业务时段由M个业务时隙组成，M≥N；

(3)节点入网后固定占用控制时段中的一个控制时隙，并在网络的运行过程中保持不变；

(4)在一个时帧周期开始后，节点在非其占用的控制时隙中帧听其邻居节点发送的时隙请求控制分组、请求回复控制分组和时隙占用控制分组，根据时隙占用控制分组对本地的时隙占用信息进行更新；

(5)当前时隙是本节点占用的控制时隙时，节点根据接收到的请求回复控制分组计算当前时帧的业务时隙占用，并结合本地邻居节点时隙占用信息发送时隙占用控制分组；若节点接收到了高优先级节点的时隙释放请求，同时本节点是低优先级节点，则以概率p随机选择一个占用的业务时隙进行释放，并不再发起业务时隙请求；否则，节点根据当前的时隙占用和业务量选择空闲业务时隙发起申请，并根据时隙申请情况发送时隙请求控制分组；节点根据侦听到的时隙请求控制分组完成对相应时隙的分配，并根据时隙分配情况发送请求回复控制分组；

(6)控制时段结束后，节点在成功占用的业务时隙中发送业务信息，在非其占用的业务时隙中帧听邻居节点发送的业务信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法，其特征在于，步骤(3)中时隙请求控制分组、时隙占用控制分组和请求回复控制分组的结构为：

时隙请求控制分组由源节点号、优先级标志、时隙释放信息、申请时隙号四部分组成；其中，源节点号为节点的编号，且与其占用的控制分组相对应；优先级标志用0和1表示，其中0代表低优先级节点，1代表高优先级节点；时隙释放信息用于表示本节点和邻居节点的时隙释放需求；申请时隙号表示节点对哪些业务时隙发起了申请；

时隙占用控制分组由源节点号、本节点时隙占用信息、邻居节点时隙占用信息三部分组成；其中，本地节点时隙占用信息用于表示该节点的业务时隙占用情况，邻居节点时隙占用信息用于表示邻居节点的时隙占用情况；

请求回复控制分组由源节点号、时隙申请回复两部分组成，时隙申请回复为节点对邻居业务时隙申请的回复。

3.根据权利要求1所述的一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法，其特征在于，步骤(5)中，节点根据接收到的请求回复控制分组计算当前时帧的业务时隙占用，具体方式为：

节点接收到所有邻居节点发送的请求回复控制分组，对于在上一时帧周期中节点发起申请的业务时隙，如果所有邻居节点均将该节点分配给本节点，则节点成功占用该业务时隙，否则节点放弃对该业务时隙的占用。

4.根据权利要求1所述的一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法，其特征在于，步骤(5)中，节点根据当前的时隙占用和业务量选择空闲业务时隙发起申请，具体方式为：

当节点占用的业务时隙无法满足传输需求时，则对空闲业务时隙发起申请；选择空闲时隙的原则为：

两跳范围内已被占用的业务时隙不能申请；低优先级节点不能申请低优先级和高优先级邻居节点已申请的业务时隙；高优先级节点可对低优先级邻居节点已申请的业务时隙发起申请；若已被分配的业务时隙是分配给低优先级节点，该低优先级节点和将要发起时隙申请的高优先级节点是一跳邻居，则高优先级节点仍能对已被分配的时隙发起申请，其他情况下不能对已被邻居节点分配的业务时隙发起申请；如果可供节点申请的空闲时隙个数无法满足业务需求，则对所有可以申请的空闲时隙发起申请，反之则随机选择部分业务时隙进行申请；若节点是高优先级节点，当没有空闲时隙可供申请时，则将时隙释放请求写入时隙释放信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法，其特征在于，步骤(5)中，节点根据侦听到的时隙请求控制分组完成对相应时隙的分配，具体方式为：

当只有一个节点对某个业务时隙发起申请时，将该业务时隙分配给申请的节点；当有多个节点对同一个业务时隙发起申请时，若节点的优先级不同，则将该时隙分配给高优先级节点，若节点的优先级相同则将该时隙分配给先发起时隙申请的节点。

6.根据权利要求1所述的一种基于节点优先级的动态TDMA时隙分配方法，其特征在于，步骤(5)中概率p的计算方式为：

其中，N₁为两跳范围内有时隙释放需求的高优先级节点，N_all为两跳范围有业务时隙申请需求的节点。

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