[發(fā)明專利]基于令牌環(huán)的無線自組網(wǎng)MAC層信道接入和資源預留方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810400190.4
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108834182B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 易輝躍;舒睿俊;沈程;徐景;楊旸
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所;上海無線通信研究中心
• 主分類號: H04W28/26
• 分類號: H04W28/26;H04W74/06;H04W74/08
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31233
• 代理人: 宋纓;錢文斌

本發(fā)明涉及一種基于令牌環(huán)的無線自組網(wǎng)MAC層信道接入和資源預留方法，具體為：將時隙資源劃分為超幀，每個超幀劃分為四段子幀，并規(guī)定每段子幀的數(shù)據(jù)傳輸方向以避免隱藏終端的影響。建立優(yōu)化模型，通過時隙數(shù)目優(yōu)化算法得出各段子幀的時隙數(shù)目和總時隙數(shù)目，獲得較小的端到端時延。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線自組網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于令牌環(huán)的無線自組網(wǎng)MAC層信道接入和資源預留方法。

背景技術(shù)

無線自組網(wǎng)也稱為Adhoc網(wǎng)絡(luò)，是由一組采用無線通信方式具有終端和路由功能的節(jié)點組成，不依賴預設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠臨時、快速、自動組網(wǎng)。具有分布式、自組織、多跳傳輸?shù)忍卣鳌d hoc網(wǎng)絡(luò)由于其組網(wǎng)靈活、抗干擾、投資成本低等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于協(xié)同作戰(zhàn)通信、搶險救災(zāi)、野外科考、傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。

隨著自組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，ad hoc網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)多樣化、復雜化、體系化的趨勢。如今人們對多媒體業(yè)務(wù)需求不斷增加，利用ad hoc網(wǎng)絡(luò)傳輸語音、圖像等實時性業(yè)務(wù)，保證服務(wù)質(zhì)量(Quality ofService，QoS)是一個研究熱點。在多跳網(wǎng)絡(luò)中端到端時延(end-to-enddelay)是衡量服務(wù)質(zhì)量的重要指標。針對QoS，目前主要從路由協(xié)議[3-4]、MAC接入機制與資源預留[5-6]等方面入手。而MAC層技術(shù)主要解決無線信道共享、接入控制、沖突避免等問題，對數(shù)據(jù)傳輸性能和網(wǎng)絡(luò)總體性能具有重大影響。MAC層保證QoS主要通過設(shè)計混合接入控制機制來實現(xiàn)。當前主流接入機制主要基于CSMA機制和TDMA機制實現(xiàn)的混合接入機制。在多跳網(wǎng)絡(luò)中隱藏終端和暴露終端問題嚴重影響了服務(wù)質(zhì)量。

考慮現(xiàn)有機制存在的不足，針對兩跳網(wǎng)絡(luò)重新設(shè)計了幀結(jié)構(gòu)(將一個超幀分為四段子幀)，提出了一種基于令牌環(huán)的接入方案，并對每個子幀的時隙數(shù)目和超幀的總時隙數(shù)目提出了優(yōu)化方案。網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示。一個兩跳網(wǎng)絡(luò)被分為三個區(qū)域，areaA，area B和area C。虛線圓圈內(nèi)的節(jié)點可以互相監(jiān)聽到數(shù)據(jù)幀和控制幀，虛線圓圈外的節(jié)點對虛線圓圈內(nèi)的節(jié)點不會造成干擾，即areaA和area C中的節(jié)點構(gòu)成全連通網(wǎng)絡(luò)，areaB和area C中的節(jié)點構(gòu)成全連通網(wǎng)絡(luò)，但areaA(area B)中的節(jié)點不在area B(areaA)中節(jié)點的傳輸范圍之內(nèi)。

針對MAC層接入機制與資源預留問題，研究者進行了大量研究工作并提出了一些解決方案。

DTSA方案適用于多跳網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)包攜帶發(fā)送節(jié)點的幀長，分配的時隙，最大幀長，其鄰居節(jié)點和數(shù)據(jù)。新節(jié)點通過向鄰居節(jié)點發(fā)送REQ包(Request packet)詢問競爭區(qū)(兩跳范圍內(nèi))所有節(jié)點的幀長和時隙分配信息。競爭區(qū)內(nèi)節(jié)點在其時隙發(fā)送INF(Informationpacket)包回復新節(jié)點。新節(jié)點根據(jù)得到的信息發(fā)送SUG包(Suggestionpacket)聲明其占用的時隙。其鄰居節(jié)點回復REP包(Reply packet)。至此新節(jié)點獲得時隙資源。而LA-MAC方案是DTSA方案的改進，通過負載信息和丟包率確定策略，在丟包率達到閾值時，使所有可能的隱藏節(jié)點靜默，減少沖突提高傳輸效率。但在兩跳網(wǎng)絡(luò)模型下，端到端時延和吞吐率均不理想。

TA-MAC方案網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示。方案將超幀劃分為三段子幀T_ac，T_bc和T_ab，超幀結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中T_s表示最小傳輸時隙，為傳輸一個數(shù)據(jù)包所需的時間，M_ac、M_bc和M_ab分別表示每個子幀的時隙數(shù)目，超幀總長為M個時隙。

但是，超幀結(jié)構(gòu)按照TA-MAC方案劃分，存在令牌無意義輪詢時隙浪費的情況，比如當area C中的節(jié)點在T_ac(T_bc)子幀沒有發(fā)往areaA(area B)的數(shù)據(jù)而有發(fā)往area B(areaA)的數(shù)據(jù)時，令牌將被多次無意義循環(huán)到這些節(jié)點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于令牌環(huán)的無線自組網(wǎng)MAC層信道接入和資源預留方法，獲得較小的端到端時延。