CN117896833A - 基于tdma网络的时隙分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种基于TDMA网络的时隙分配方法，该方法通过对初始TDMA帧结构进行时域划分，得到多个超帧，其中，每一超帧中包括多个时隙；根据节点数量确定超帧的周期，并将多个超帧的周期进行同步；将超帧中的多个时隙分为业务时隙与接入时隙，其中，业务时隙仅传输业务数据，接入时隙仅传输入网信息。本发明通过将时隙分为仅传输业务数据的业务时隙与仅传输入网信息的接入时隙，提高了带宽利用率，进而可根据节点的数量，调整接入时隙的帧长，以支持更多节点的入网。

Description

基于TDMA网络的时隙分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于TDMA网络的时隙分配方法。

背景技术

在TDMA系统的无线自组网通信中，通信的组网节点需要按照固定的帧结构收发信号，因此需要提前规划好帧结构，确保每个节点能够发射信号以维持组网信息。随着自组网系统规模的增大，帧结构也需要随之增长用于排布好各个节点的帧。而在大规模组网的场景中，大部分节点往往仅处于接入状态，没有持续的业务流，带宽的利用率较差。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种基于TDMA网络的时隙分配方法，旨在解决在TDMA网络中进行大规模组网时的带宽利用率较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于TDMA网络的时隙分配方法，所述方法包括以下步骤:

对初始TDMA帧结构进行时域划分，得到多个超帧，其中，每一超帧中包括多个时隙；

根据节点数量确定所述超帧的周期，并将所述多个超帧的周期进行同步；

将所述超帧中的多个时隙分为业务时隙与接入时隙，其中，所述业务时隙仅传输业务数据，所述接入时隙仅传输入网信息。

可选地，所述根据节点数量确定所述超帧的周期，并将所述多个超帧的周期进行同步，包括：

根据所述节点数量与所述业务时隙帧长确定所述超帧的周期；

根据预设超帧帧号对所述多个超帧的周期进行同步。

可选地，所述根据预设超帧帧号对所述多个超帧的周期进行同步，包括：

判断当前时隙是否为超帧；

若是，根据预设超帧帧号确定时隙位置与时隙长度；

根据所述时隙位置与所述时隙长度对所述多个超帧的周期进行同步。

可选地，在所述根据预设超帧帧号对所述多个超帧的周期进行同步之后，还包括：

将任一节点作为目标节点，并获取所述目标节点相邻节点的广播信息；

根据所述目标节点相邻节点的广播信息对所述多个时隙进行同步。

可选地，所述根据所述目标节点相邻节点的广播信息对所述多个时隙进行同步，包括：

分别获取所述目标节点与所述目标节点相邻节点的帧定时失步与发射时隙冲突；

根据所述目标节点相邻节点的广播信息对所述目标节点以及所述目标节点相邻节点的帧定时失步与发射时隙冲突进行对齐处理，以对所述多个时隙进行同步。

可选地，在所述业务时隙与所述接入时隙在进行接收或发射之前，所述方法还包括：

判断当前时隙的类型；

若所述当前时隙为业务时隙，根据预设计数参数确定是否进行接收或发射；

若所述当前时隙为接入时隙，根据所述预设计数参数与所述超帧帧号确定是否进行接收或发射。

可选地，所述方法还包括：

多跳时，根据预设最小节点号进行全网帧同步。

可选地，在所述多跳时，根据预设最小节点号进行全网帧同步之前，还包括：

获取本地时刻，根据所述本地时刻生成事件表；

根据所述事件表判断所述超帧的周期是否满足发射时刻或接收时刻；

若满足，按照所述超帧的周期进行发射和接收。

可选地，在所述根据所述事件表判断所述超帧的周期是否满足发射时刻或接收时刻之后，还包括：

若所述超帧的周期不满足所述发射时刻或所述接收时刻，记录接收事件与发射事件的时间戳；

根据所述接收事件与所述发射事件的时间戳，确定所述发射时刻与所述接收时刻的时间偏差；

根据所述超帧的周期，对所述时间偏差进行调节消除。

可选地，在所述将所述超帧中的多个时隙分为业务时隙与接入时隙之后，还包括：

设置所述接入时隙的帧长大于或等于所述业务时隙的帧长。

本发明通过对初始TDMA帧结构进行时域划分，得到多个超帧，其中，每一超帧中包括多个时隙；根据节点数量确定超帧的周期，并将多个超帧的周期进行同步；将超帧中的多个时隙分为业务时隙与接入时隙，其中，业务时隙仅传输业务数据，接入时隙仅传输入网信息。本发明通过将时隙分为仅传输业务数据的业务时隙与仅传输入网信息的接入时隙，提高了带宽利用率，进而可根据节点的数量，调整接入时隙的帧长，以支持更多节点的入网。

附图说明

图1为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法第二实施例的流程示意图；

图3为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法第三实施例中一子流程示意图；

图4为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法一实施例中帧结构示意图；

图5为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法一实施例中部分时隙分布示意图；

图6为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法一实施例中同步处理示意图；

图7为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法一实施例中事件处理流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

无线自组网是由一组带有无线收发装置的可移动节点所组成的自组织、自愈网络，各个网络节点相互协作，通过无线链路进行通信和交换信息，实现信息和服务的共享，其中，网络节点可以是手机，还可以是平板电脑、台式电脑、以及PDA(Personal DigitalAssistant，个人数字助理)等其它设备。

如图1所示，图1为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法第一实施例的流程示意图；

本实施例中，基于TDMA网络的时隙分配方法包括以下步骤：

步骤S1：对初始TDMA帧结构进行时域划分，得到多个超帧，其中，每一超帧中包括多个时隙；

需要说明的是，TDMA，全称为Time division multiple access(时分多址)，是一种用于多用户在同一频率上共享通信资源的技术。在TDMA系统中，时间被划分为不同的时隙，不同用户在不同时隙上传输数据。

具体的，初始TDMA帧结构为按时隙划分的帧，通过对初始TDMA帧结构进行时域划分，系统可更有效地进行时序控制、数据调度和同步。

步骤S2：根据节点数量确定所述超帧的周期，并将所述多个超帧的周期进行同步；

具体的，超帧的周期是根据节点数量来确定的。例如，若存在的节点数量为N，则超帧的周期为N×业务帧的帧长。因此，当网络规模增大时(即接入的节点数量增加)，超帧周期也随之增大。此时入网的节点数越少，网络性能(接入时隙的时延、带宽)越好。

进一步的，对多个超帧的周期进行同步是通过发送一个全局同步信号，使所有设备节点都能接收并根据该全局同步信号调整所有超帧的开始和结束时间，确保各超帧在时间上保持一致，便于协同工作。

步骤S3：将所述超帧中的多个时隙分为业务时隙与接入时隙，其中，所述业务时隙仅传输业务数据，所述接入时隙仅传输入网信息；

具体的，将用于传输入网信息的时隙与用于业务传输的时隙进行解耦。将时隙分为业务时隙与接入时隙，即入网信息不再依赖于业务时隙来传输，业务时隙仅传输业务流，视频，图像等，接入时隙仅传输入网信令包。

需要说明的是，入网信息指的是入网信令包，入网信令包为设备或终端尝试连接到网络时发送的一系列信令或消息。这些信令是在设备启动或重新启动时，或者当设备从一个区域切换到另一个区域时发送的，以请求网络许可并建立连接。入网信令包中包括入网相关信息，例如：附着请求、位置更新、鉴权请求、连接请求、临时标识等。

进一步的，通过解耦用于传输入网信息的时隙与用于业务传输的时隙，提高了带宽利用率。

本发明通过对初始TDMA帧结构进行时域划分，得到多个超帧，其中，每一超帧中包括多个时隙；根据节点数量确定超帧的周期，并将多个超帧的周期进行同步；将超帧中的多个时隙分为业务时隙与接入时隙，其中，业务时隙仅传输业务数据，接入时隙仅传输入网信息。本发明通过将时隙分为仅传输业务数据的业务时隙与仅传输入网信息的接入时隙，提高了带宽利用率，进而可根据节点的数量，调整接入时隙的帧长，以支持更多节点的入网。

请参阅图2，图2为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法第二实施例的流程示意图；

基于上述第一实施例，在本实施例中，在步骤S2之后，还包括：

S2a：将任一节点作为目标节点，并获取所述目标节点相邻节点的广播信息；

S2b：根据所述目标节点相邻节点的广播信息对所述多个时隙进行同步；

具体的，通过对广播信号进行监听，捕获到广播帧，广播帧中包括有发送节点的信息以及相关信息(例如节点的标识符或位置信息等)。通过解析广播帧，节点可以识别发送节点，通过检查广播帧中的源节点信息可确定其相邻节点，并且节点可以记录其所获取的相邻节点的信息(包括相邻节点的标识符丶信号强度、位置信息等)。

进一步的，对广播信息进行解析，并根据解析后的广播信息制定时间同步策略。其中，时间同步策略包括同步的时隙、设置同步间隔等。目标节点在确定的同步时隙内广播同步信号，通知相邻节点进行同步。同步信号中包含时间戳及其他信息，用于帮助相邻节点进行时间调整。相邻节点在接收到同步信号后，根据信号中的信息进行相应的时间调整，以实现与目标节点的同步。需要说明的是，为了维持同步，可以周期性地重复上述过程，确保相邻节点和目标节点之间的时序保持一致。通过对多个时隙进行同步，减少了时隙冲突、优化了资源利用并且提高了系统协同工作效率。

可选地，如果存在时隙调整的需求，目标节点和相邻节点可以在同步的基础上进行进一步的时隙调整，以满足特定的通信要求。

请参阅图3，图3为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法第三实施例中一子流程示意图；

基于上述第二实施例，在本实施例中，步骤S2包括：

S21：根据所述节点数量与所述业务时隙帧长确定所述超帧的周期；

S22：根据预设超帧帧号对所述多个超帧的周期进行同步；

具体的，业务时隙帧长取决于业务的需求以及每个节点所需的时间片数量。节点数量决定了每个超帧内需要多少总的时隙数。

进一步的，在本实施例中，超帧帧号按最大16帧给出，即需要有4bit表征帧号，放在part0或者part1均可。需要说明的是，超帧最大支持16个子帧，帧号就是1-16，那么二进制数表示16就是1111，也就是4个bit位。

步骤S22包括：

S221：判断当前时隙是否为超帧；

S222：若是，根据预设超帧帧号确定时隙位置与时隙长度；

S223：根据所述时隙位置与所述时隙长度对所述多个超帧的周期进行同步；

S224：若否，无需进行超帧的周期判断，根据预设计数参数处理事件表中的对应流程；

步骤S2b包括：

S2b1：分别获取所述目标节点与所述目标节点相邻节点的帧定时失步与发射时隙冲突；

S2b2：根据所述目标节点相邻节点的广播信息对所述目标节点以及所述目标节点相邻节点的帧定时失步与发射时隙冲突进行对齐处理，以对所述多个时隙进行同步；

在业务时隙与接入时隙在进行接收或发射之前，还包括以下步骤：

Aa：判断当前时隙的类型；

Ab：若所述当前时隙为业务时隙，根据预设计数参数确定是否进行接收或发射；

Ac：若所述当前时隙为接入时隙，根据所述预设计数参数与所述超帧帧号确定是否进行接收或发射；

在进行多跳组网时，还包括以下步骤：

B：多跳时，根据预设最小节点号进行全网帧同步；

在步骤B之前，还包括：

Ba：根据本地时刻生成事件表；

Bb：根据所述事件表判断所述超帧的周期是否满足发射时刻或接收时刻；

Bc：若满足，按照所述超帧的周期进行发射和接收；

在步骤Bb之后，还包括：

Ca：若所述超帧的周期不满足所述发射时刻或所述接收时刻，记录接收事件与发射事件的时间戳；

Cb：根据所述接收事件与所述发射事件的时间戳，确定所述发射时刻与所述接收时刻的时间偏差；

Cc：根据所述超帧的周期，对所述时间偏差进行调节消除；

在步骤S3之后，还包括：

S3a：设置所述接入时隙的帧长大于或等于所述业务时隙的帧长；

请参阅图4，图4为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法一实施例中帧结构示意图；

具体的，图4所示为一个完整的80ms帧周期(即160个0.5ms，一个计算单位为0.5ms)，P1-P4为四个节点的接入时隙，A1-A8为支持的8路语音业务时隙，V1-V8为支持的8路视频业务时隙，B1与B2为突发流。

进一步的，该TDMA系统包括同步模块、接入模块与事件处理模块。同步模块包括帧同步模块与超帧同步模块，帧同步模块通过获取到的广播信息处理目标节点与邻节点的帧定时失步和发射时隙冲突，以使网络的帧定时与发射时隙同步，超帧同步模块用于保证各个节点的超帧周期能够同步。接入模块，主要用于决策各个节点接入策略，需要考虑时隙冲突，随机接入等策略。事件处理模块依据接收或发射时隙表建立事件处理表，主要用于控制配置基带所需要的各个参数的时刻，比如发射事件处理包含：配置ID域寄存器时刻。

进一步的，超帧同步是通过各个节点本地维护一个超帧帧号，该帧号表示全网统一的帧时刻，各个节点根据该帧号作为自身接收/发射时刻的依据。

如图5与图6所示，图5为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法一实施例中部分时隙分布示意图；图6为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法一实施例中同步处理示意图。

具体的，1节点在ID域填充自身发射超帧号为1；2节点在本地超帧号为3，子帧位置为30的时刻收到1节点的发射，从ID域解析出1节点的超帧位置为1，子帧位置为10；2节点在进行同步计算时，修正本地帧对齐。修正当前超帧周期计数为当前的帧号加(1-3)，得到framecn为1，framecn更新的slotcn为20。2节点后续在子帧位置为20时，超帧周期计数(framecn)加1。实现帧号为全网同步值。正常业务帧在填充ID域时，按照当前本地记录的超帧号进行填充(业务帧的时隙表也要能进行同步，仅依赖超帧做同步会影响同步时间)，事件表依赖本地时刻，此时判断超帧周期是否满足发射、接收时刻。

进一步的，多跳时，也依据refid获取刷新全网帧同步的时刻值，确保全网帧同步。所有的发射和接收时隙表均需要多个0.5ms配合实现，生成事件表时需要考虑到是否跨帧。进一步的，通过将多个子帧周期合并成一个大的超帧周期，处理时间变长，可容纳的节点数也就增多了。

需要说明的是，在现有技术中，是按照时刻划分进行组网，无论接收发射每次都需要额外配置寄存器，组包，搬数，配ID域等操作，对时间资源浪费较大；而在本实施例中，将仅在自身的发射时刻前做相关操作，并且对于发射和接收均当成一个事件来进行处理，在用户把配置的资源已经做好，内核只需要处理事件即可。

进一步的，本地帧指的是自身节点设备上电后的帧结构所处的时刻位置，修正对齐是所有的在网节点的时刻位置需要向最小节点号的设备表对齐，有个统一的标准，这样修正出来的时刻准确，不会存在时间混乱。业务帧指的是自身设备的业务数据在帧结构里的发射的时刻位置所处的帧。Refid代表的是全网最小节点号，也就是所有在网节点的帧同步都会向最小节点对齐，做到全网帧同步。0.5ms表示最小时隙单位。

应当理解的是，跨帧是由于设备上电是人为手动的，因此存在时刻差。在帧同步对齐的时候，就有可能自身设备的发射时刻，处于最小节点号设备的子帧1的尾部，子帧2的首部，也就出现了跨帧。例如：每个子帧都是80ms，帧结构也就是0-159，设备1上面位于子帧1的(1起始位置，3长度)设备2上电时间晚一些，向设备1对齐，刚好处于子帧1的(158起始位置，3长度)这个位置。那么肯定是超出子帧1的范围，但发射业务不能断，那就需要在子帧2的帧结构首部时刻也发射，就形成了跨帧。

在本实施例中，接入模块包括接入时隙申请与ID域调整。

其中，接入时隙申请主要是进行动态调整/按需分配，比如2节点时超帧周期为2个业务帧,10节点时超帧周期为10个业务帧，这样随着网络规模的增大，超帧周期也随之增大。优点是节点数越少，网络性能(接入时隙的时延、带宽)越好。ID域调整指的是在ID域中获取两个信息：时隙是否为超帧、超帧的帧号(与ssid对齐后的帧号)。然后判断该时隙是否是超帧，若是，则设定该超帧的帧号。

具体的，直接根据txposition判断该位置是否为超帧位置，无需额外增加标识；按最大16帧给出，即需要有4bit表征帧号。放在part0或者part1均可。需要说明的是，Txposition是含有超帧号，时隙位置，时隙长度的，有超帧号则是超帧，没有超帧号那么就不是超帧。进一步的，目前的超帧最大支持16个子帧，帧号就是1-16，那么二进制数表示16就是1111，也就是4个bit位。

请参阅图7，图7为本发明基于TDMA网络的时隙分配方法一实施例中事件处理流程图；

如图7所示，在建立事件表时，需要额外增加一个维度framecn，当framecn小于0时表示业务帧，此时事件处理时无需进一步判断超帧周期匹配，当slotcn匹配即可执行对应事件处理流程；否则表示超帧，此时不仅需要slotcn匹配，还需要framebias(预期的超帧帧号，与SSID对齐后的值)与framecn(本地维护的当前超帧帧号，始终与SSID对齐)进行匹配才能执行事件处理。从而达到各个节点收发的同步。

具体的，framecn指的是超帧的判断，Slotcn是计算当前所处时刻位置的计数参数(预设计数参数)，是给对应时刻分配需要处理的发射或者接收事件的计数参数，SSID为服务集标识。

本发明通过对初始TDMA帧结构进行时域划分，得到多个超帧，其中，每一超帧中包括多个时隙；根据节点数量确定超帧的周期，并将多个超帧的周期进行同步；将超帧中的多个时隙分为业务时隙与接入时隙，其中，业务时隙仅传输业务数据，接入时隙仅传输入网信息。本发明通过将时隙分为仅传输业务数据的业务时隙与仅传输入网信息的接入时隙，提高了带宽利用率，进而可根据节点的数量，调整接入时隙的帧长，以支持更多节点的入网。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于TDMA网络的时隙分配方法，其特征在于，包括：

对初始TDMA帧结构进行时域划分，得到多个超帧，其中，每一超帧中包括多个时隙；

根据节点数量确定所述超帧的周期，并将所述多个超帧的周期进行同步；

将所述超帧中的多个时隙分为业务时隙与接入时隙，其中，所述业务时隙仅传输业务数据，所述接入时隙仅传输入网信息。

2.根据权利要求1所述的基于TDMA网络的时隙分配方法，其特征在于，所述根据节点数量确定所述超帧的周期，并将所述多个超帧的周期进行同步，包括：

根据所述节点数量与所述业务时隙帧长确定所述超帧的周期；

根据预设超帧帧号对所述多个超帧的周期进行同步。

3.根据权利要求2所述的基于TDMA网络的时隙分配方法，其特征在于，所述根据预设超帧帧号对所述多个超帧的周期进行同步，包括：

判断当前时隙是否为超帧；

若是，根据预设超帧帧号确定时隙位置与时隙长度；

根据所述时隙位置与所述时隙长度对所述多个超帧的周期进行同步。

4.根据权利要求2所述的基于TDMA网络的时隙分配方法，其特征在于，在所述根据预设超帧帧号对所述多个超帧的周期进行同步之后，还包括：

将任一节点作为目标节点，并获取所述目标节点相邻节点的广播信息；

根据所述目标节点相邻节点的广播信息对所述多个时隙进行同步。

5.根据权利要求4所述的基于TDMA网络的时隙分配方法，其特征在于，所述根据所述目标节点相邻节点的广播信息对所述多个时隙进行同步，包括：

分别获取所述目标节点与所述目标节点相邻节点的帧定时失步与发射时隙冲突；

根据所述目标节点相邻节点的广播信息对所述目标节点以及所述目标节点相邻节点的帧定时失步与发射时隙冲突进行对齐处理，以对所述多个时隙进行同步。

6.根据权利要求5所述的基于TDMA网络的时隙分配方法，其特征在于，所述业务时隙与所述接入时隙在进行接收或发射之前，所述方法还包括：

判断当前时隙的类型；

若所述当前时隙为业务时隙，根据预设计数参数确定是否进行接收或发射；

若所述当前时隙为接入时隙，根据所述预设计数参数与所述超帧帧号确定是否进行接收或发射。

7.根据权利要求1所述的基于TDMA网络的时隙分配方法，其特征在于，所述方法还包括：

多跳时，根据预设最小节点号进行全网帧同步。

8.根据权利要求7所述的基于TDMA网络的时隙分配方法，其特征在于，在所述多跳时，根据预设最小节点号进行全网帧同步之前，还包括：

根据本地时刻生成事件表；

根据所述事件表判断所述超帧的周期是否满足发射时刻或接收时刻；

若满足，按照所述超帧的周期进行发射和接收。

9.根据权利要求8所述的基于TDMA网络的时隙分配方法，其特征在于，在所述根据所述事件表判断所述超帧的周期是否满足发射时刻或接收时刻之后，还包括：

若所述超帧的周期不满足所述发射时刻或所述接收时刻，记录接收事件与发射事件的时间戳；

根据所述接收事件与所述发射事件的时间戳，确定所述发射时刻与所述接收时刻的时间偏差；

根据所述超帧的周期，对所述时间偏差进行调节消除。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的基于TDMA网络的时隙分配方法，其特征在于，在所述将所述超帧中的多个时隙分为业务时隙与接入时隙之后，还包括：

设置所述接入时隙的帧长大于或等于所述业务时隙的帧长。