CN115884387A - 一种基于奇偶节点微时隙的定向自组网时隙分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于奇偶节点微时隙的定向自组网时隙分配方法，将时间划分为邻居发现时隙和业务传输时隙，在邻居发现阶段，按照节点入网顺序，依次进行二进制编码，其中0表示对应位为奇性质，1表示对应位为偶性质；针对奇性质位，邻居发现时隙和业务传输时隙进一步划分为发送、接收两个微时隙；针对偶性质位，邻居发现时隙和业务传输时隙进一步划分为接收、发送两个微时隙。本发明对时间划分更为简单，去除了现有时间划分上繁琐的部分，通过对节点二进制编码的奇偶性质位的微时隙划分，邻居发现阶段可实现节点无预约随时入网，同时时隙利用率也大大增强，业务传输阶段可按照通信需求动态调整节点的时隙状态。

Description

一种基于奇偶节点微时隙的定向自组网时隙分配方法

技术领域

本发明属于无线自组织网络通信技术领域，具体涉及一种基于奇偶节点微时隙的定向自组网时隙分配方法。

背景技术

无线自组织网络是一种无中心的自组织网络，不需要物理基站，而是各主机相互连通，主机即可充当服务器，具有高移动、高便捷、容易构建等优势。毫米波高增益的多波束相控阵天线用于无线自组织网络时，天线的多波束能力可以使得每个节点同时与周围多个邻居节点建立连接，且各个波束指向不同，实现空分复用，提升网络容量。与此同时，通过提高波束增益可提升节点对间的通信速率，并且定向窄波束也有利于提升网络的抗干扰、抗截获性能。

针对定向自组网的接入问题，现有技术提出诸多解决方案，例如2021年06月25日公开的发明专利申请CN113038512A（文献一），2019年3月5日授权公告的发明专利CN105744640B（文献二），2022年11月11日公开的发明专利申请CN115334675A（文献三）。

现有的定向自组网接入技术存在以下问题：

1、将时间划分为多个部分，除用于与周围节点建链的邻居发现阶段和用于有效传输数据的数据传输阶段之外，还存在其他阶段（例如邻居轮询阶段、数据预约阶段）。从时隙利用率的角度来看，传输有效数据信息的占比越高越好，划分阶段太多会导致时隙利用率变低，诸如文献一、文献二、文献三。

2、不适用于高机动场景，当网络节点迅速移动，网络拓扑发生变化时，节点间无法保持原有通信，可能出现链路断开的现象，需要重新进行邻居发现以及为新的网络拓扑进行建链，此时划分给链路维护的时间是没有作用的；若网络拓扑变化微小则新建链路少，浪费时间少，若网络拓扑变化大则新建链路多，浪费时间变多，诸如文献一、文献二。

3、在采取的预约方案中，新节点入网建立连接的过程较复杂，需要考虑节点入网的时段和情况等诸多条件，并且当产生差错后时延会剧增，诸如文献二、文献三。

4、在采取的预约方案中，每个节点都预约在固定时隙收发数据，信道出现差错的几率小，传输数据产生的浪费很少，网络较为稳定；但如果数据传输过程中产生了差错，就会导致消息不断重传，造成整体网络时延剧增，并且比较难以确认是否在数据传输时产生了差错，诸如文献二、文献三。

5、可变时隙虽然在一定程度上可以依据节点业务量动态调整节点的收发状态，但网络具有高机动性，改变节点的状态需要节点间的交互，一方为接收状态，另一方则需要处于发送状态，这会导致网络中的节点相互影响，一旦信息传输错误可能会出现网络断开分裂成子网或网络不收敛的情况发送，诸如文献三。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于奇偶节点微时隙的定向自组网时隙分配方法，

将时间划分为邻居发现时隙和业务传输时隙，这两种时隙又基于奇偶性质进一步分为接收-发送或发送-接收两个微时隙，使得区域内的节点可以随时接入网络，节省了预约时隙的占用时间，一定程度上提高了时隙利用率。

一种基于奇偶节点微时隙的定向自组网时隙分配方法，将时间划分为邻居发现时隙和业务传输时隙，

在邻居发现阶段，按照节点入网顺序，依次进行二进制编码，其中0表示对应位为奇性质，1表示对应位为偶性质；

针对奇性质位，邻居发现时隙和业务传输时隙进一步划分为发送、接收两个微时隙；

针对偶性质位，邻居发现时隙和业务传输时隙进一步划分为接收、发送两个微时隙。

进一步的，在业务传输阶段，当网络中的某一节点P同时收到两个以上节点发出的通信申请时，判断现有时隙分配是否能够满足通信需求，若满足则维持当前时隙状态，若不满足则节点P根据向其发出通信申请的节点的业务优先级进行动态调整；

具体操作：首先，节点P通知业务优先级最高的节点在下一时隙改变二进制编码，保证与其能够在下一时隙进行通信；然后，再判断现有时隙分配是否能够满足通信需求，若仍然不满足，则节点P通知业务优先级次高的节点在下一时隙改变二进制编码，保证与其能够在下一时隙进行通信，以此类推。

进一步的，二进制编码位数M由网络最大节点数N确定，M≥log₂N；每个时帧内含有2M个时隙，其中包含M个邻居发现时隙和M个业务传输时隙。

本发明有益效果：1、对时间划分更为简单，去除了现有时间划分上繁琐的部分，通过对节点二进制编码的奇偶性质位的微时隙划分，邻居发现阶段可实现节点无预约随时入网，同时时隙利用率也大大增强，业务传输阶段可按照通信需求动态调整节点的时隙状态；2、通过获取网络内节点的容量信息，固定了每一时帧的节点时隙数，更有利于实际多波束高机动场景下的应用。

附图说明

图1 为本发明提出的时帧划分示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

本发明涉及到的多波束定向自组网，其网络节点采用多波束相控阵天线，每个天线同时形成的多个高增益波束与不同邻居节点建立通信链路，定向自组网采用时分通信体制，同一天线的多个波束同时处于发送状态或同时处于接收状态。

在进行时隙分配前，首先获取网络最大节点数N，得到与之匹配的二进制数位数M，得到以2M个时隙为时帧长度的单位时帧，如图1所示。下面结合具体应用场景对本发明公开的基于奇偶节点微时隙的定向自组网时隙分配方法进行阐述。

为便于描述，不失一般性地，假设网络最多可容纳8个节点，则采用3位二进制数000-111即可对所有节点进行编码，然后在此基础上进行微时隙分配，如下表1所示。从表1可以看出，每个时帧内含有6个时隙，每个时隙又包含2个微时隙。

表1

在邻居发现阶段，假定节点A是第一个入网的节点，则它的二进制编码为000，奇偶性质为奇节点，对应的收发状态为R-T-R-T-R-T（即接收-发送-接收-发送-接收-发送）；假定节点B是第五个入网的节点，则它的二进制编码为100，奇偶性质为奇节点，对应的收发状态为R-T-R-T-T-R（即接收-发送-接收-发送-发送-接收）；假定节点C是最后一个入网的节点，则它的二进制编码为111，奇偶性质为偶节点，对应的收发状态为T-R-T-R-T-R。

基于上述节点编码和时隙分配方式，任何节点接入时，与发现其的在网节点均可以直接建链，无需提前预约，例如节点A发现节点B，则可以在时块3的邻居发现时隙完成建链，从而在提升网络接入效率的同时，也提高了时隙利用率。

实施例2

在实施例1提出的时隙分配方法中，不同节点之间至少具有1个可以匹配通信的时隙。在邻居发现阶段，1个可以匹配通信的时隙已经足够，然而在数据传输阶段，可能存在某一节点同时需要与两个以上节点进行通信的情况。

以节点B和节点C同时向节点A发出通信申请为例，从表2中可以看出，节点A与节点B只可以在时块3的业务传输时隙进行通信，而节点A与节点C在时块1-3的业务传输时隙均可以通信。

表2

此时，若节点C的业务优先级高于节点B，则无需进行时隙调整；若节点B的业务优先级高于节点C，则为保证节点B与节点A的正常通信，调整节点B的二进制编码为11×或1×1，即节点A与节点B至少在两个业务传输时隙上可通信，其中×表示0/1。

任一节点可根据节点间业务需求和节点间的距离确定可通信时隙数，若可通信时隙数无法满足通信需求，则在下一时帧继续传送。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种基于奇偶节点微时隙的定向自组网时隙分配方法，将时间划分为邻居发现时隙和业务传输时隙，其特征在于，

在邻居发现阶段，按照节点入网顺序，依次进行二进制编码，其中0表示对应位为奇性质，1表示对应位为偶性质；

针对奇性质位，邻居发现时隙和业务传输时隙进一步划分为发送、接收两个微时隙；

针对偶性质位，邻居发现时隙和业务传输时隙进一步划分为接收、发送两个微时隙。

2.根据权利要求1所述的基于奇偶节点微时隙的定向自组网时隙分配方法，其特征在于，在业务传输阶段，当网络中的某一节点P同时收到两个以上节点发出的通信申请时，判断现有时隙分配是否能够满足通信需求，若满足则维持当前时隙状态，若不满足则节点P根据向其发出通信申请的节点的业务优先级进行动态调整；

具体操作：首先，节点P通知业务优先级最高的节点在下一时隙改变二进制编码，保证与其能够在下一时隙进行通信；然后，再判断现有时隙分配是否能够满足通信需求，若仍然不满足，则节点P通知业务优先级次高的节点在下一时隙改变二进制编码，保证与其能够在下一时隙进行通信，以此类推。

3.根据权利要求1所述的基于奇偶节点微时隙的定向自组网时隙分配方法，其特征在于，二进制编码位数M由网络最大节点数N确定，M≥log₂N；每个时帧内含有2M个时隙，其中包含M个邻居发现时隙和M个业务传输时隙。

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