[發明專利]基于自組織時分多址的船載無線移動自組網信道接入方法

無效

• 申請號: 201010601317.2
• 申請日: 2010-12-13
• 公開（公告）號: CN102547584A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 江有福;高洪敏
• 申請（專利權）人: 浙江海洋學院
• 主分類號: H04W4/06
• 分類號: H04W4/06;H04W56/00;H04W74/08;H04W84/18;H04L1/16
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

技術領域

本發明涉及無線自組網(Mobile?Ad-hoc?Networks，MANET)媒體接入控制(MAC)相關技術和應用，具體涉及一種動態同步時分多址的信道接入方法，屬于海上船舶通過移動自組織組網進行數據傳輸的應用范疇。

背景技術

當前海上船舶交通事故的頻繁發生，給航行安全和海洋環境造成了巨大的威脅，人們越來越認識到船舶之間緊急情況下數據交換的重要性。最近，一種船載自動標識系統(AIS)，采用自組織時分多址SOTDMA(Self-Organization?TDMA)機制，用于滿足船舶緊急情況下避碰的需求。但是AIS只能周期性廣播安全信號，不能轉發點對點數據。而通過增加具有轉發功能的單播信道，既能很好地解決寬帶數據傳輸問題，也能通過點對點方式的數據轉發，進一步解決了分布式地組建海上船載自組移動通信網問題。

當前移動自組網(MANET)，其主流MAC協議有幾十種，按照實時性可以分為基于競爭和基于無競爭兩大類。基于競爭的MAC協議，例如基于CSMA/CS機制的IEEE802.11DCF系列，它的缺點是不能保證在重負載和節點密度大的場合有保證地接入信道，即不能滿足實時性信道接入的要求。對于無競爭的MAC協議，例如在車載自組網(VANET)中，一種典型的基于可靠預約的RR-ALOHA協議，它主要利用一個周期(幀)的前半周競爭信道，后半周根據競爭得來的信道列表進行數據傳輸，響應速度較快。但是，由于每個節點參與每個周期的競爭，需要等待全部節點的時隙標記為空閑后才能占用該時隙，沒有充分利用時隙連續性的特性。再比如戰術數據鏈(Tactical?Data-link)，它基于參與群把時元/時幀/時隙以二叉樹的動態分配方式分配給各個戰場資源，結構較為復雜。另外，許多為傳感網絡設計的時分多址(TDMA)協議，屬于相對傳感器運動不大的靜態場合，也不適合應用于船舶通信的具體環境。

基于移動船舶(Shipborne)組成的移動船載自組網絡(SANET)，目前的應用研究還是一片空白。此類網絡不同于其他MANET，它具有如下特點：①船舶的運動速度適中。其運動速度比士兵、傳感器等快，但比汽車、飛機、衛星等要慢，因此，被選定的傳輸時隙具有連續性，在一段時間內可以重復使用；②船舶一般裝配有GPS等導航設備，容易獲得自身及鄰近節點的地理位置信息，同步性能良好，且其航跡具有可預測性；③船舶對避碰要求較高，安全信號需要周期性廣播并且緊急信號必須有保證地實時接入。由于AIS系統攜帶有大量的船舶動態、靜態信息，為SANET點對點數據時隙的接入響應時間的確定、時隙的個數及均勻性，提供了詳細的參數，為時隙的分配帶來了極大的便利。比如：除了船舶本身的靜態特性：如船長、噸位、貨物的安全性等，會對時隙選擇產生影響外；船舶的運動特性：如在速度高、轉向角大、相互距離近的情況下，為避免發生碰撞，需要緊急信號優先接入。因此本發明在解決信道的動態接入時，考慮到對速度、距離等運動參數的優先級和支持度；確保在高密度、重負載場合下通信的質量；在競爭不到時隙時，近距離節點能夠采用最小節點約束集，確保緊急信號的優先接入信道。

當前，我國沿海大小船舶有50多萬艘，目前僅僅局限于基于AIS的廣播通信，缺乏船載通信系統(SANET)這種基于雙信道(廣播信道和單播信道)的自組織時分多分址技術。本發明設計采用動態同步自組織的信道接入技術，除了能保證公平性、服務質量(QoS)、解決隱蔽、暴露終端等問題外，還要考慮近距離通信的動態接入問題。自組網船載通信系統(SANET)組網靈活、展開迅速、不依賴于通信基礎設施、成本低、生存能力強，能夠為海事通信提供基礎的網絡基礎傳輸平臺。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對移動船舶組網技術難題，提供一種能實現動態分布式組網、保證信道可靠接入的基于自組織時分多址的船載無線移動自組網信道接入方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種基于自組織時分多址的船載無線移動自組網信道接入方法，其特征在于：它將信道頻率分成廣播信道和單播信道，所述的廣播信道和單播信道既能獨立工作，又能兼容協調工作；信道上每個節點都能在廣播信道上周期性廣播安全信號，在單播信道上轉發數據；所述的單播信道包括AISF、RTS/CTS/ACK和DATA的信息幀格式。

所述的節點在發送信息前，邊監聽信道邊尋找空閑時隙，并構造前向預測時隙狀態表，發送時隙預測差值編碼。

進一步，根據速度和最近節點的相互距離這兩個參數來表示船舶的運動特性和信道接入特性，并采用危險等級三級程度系數。