一种无线自组织网中基于双忙音机制的信道预约方法

专利名称：一种无线自组织网中基于双忙音机制的信道预约方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，是一种无线自组织网中基于双忙音机制的实时业务 (如视频、音频数据等)可靠传输方法。
背景技术：
无线自组织网络(即Ad Hoc网络)是由带有无线收发装置的移动终端组成的多跳 无线网络。Ad Hoc网络的建立不需要预先铺设网络基础设施，也不用设置任何中心控制节 点，依靠节点间的相互协作，在移动、复杂的无线环境中自行成网，其特点是组网灵活性强、 易于迅速展开、系统整体抗毁能力强、成本较低等，可广泛用于军事战场、民用通信、车载网 络等场合。随着无线网络技术的不断发展和成功应用，人们已经不满足于Ad Hoc网络仅仅 提供普通的数据传输服务，各种多媒体实时业务(视频、音频等)在Ad Hoc网络中的传输 逐步成为人们的研究热点。多媒体实时业务的特点在于其周期性较强，每个数据分组之间 时间间隔相对固定，例如在保证流畅播放的前提下，通常视频数据每40ms产生一个数据分 组，音频数据每30ms产生一个数据分组。我们用t。y&表示产生两个连续的实时数据分组之 间的周期时长，并在本专利中约定t。y& = 30ms。各种数据传输服务都需要无线网络多址接 入协议的支持。目前，IEEE 802. 11标准是无线网络多址接入技术公认的国际标准之一，其 IEEE 802. Ile标准采用了增强的DCF机制(即EDCA)，四种类型的数据被分为八个优先级， 拥有不同的信道竞争优先权，其中实时业务的优先权较高，普通业务的优先权较低。然而 在EDCA(以及各种类似的多址接入协议)中，由于实时业务仍然是通过竞争的方式接入信 道，因此难以克服在网络负载较大时的分组冲突问题。为了解决这个问题，许多现有无线网 络MAC协议在实时业务服务质量(Quality of Service, QoS)保证上考虑利用实时业务的 周期性特征，通过采用信道预约的方法保证实时业务的稳定传输，例如C. R. Lin和M. Gerla 为了解决无线多媒体业务的可靠传输问题，提出了对信道资源进行预约的MAC协议，称为 MACA/PR。在该协议中，每次发送一个实时分组时，数据分组中携带了下一个实时分组的发 送时间，邻节点收到后将其保存，并在这段时间内回避信道接入，从而实现了对信道资源 的预约。之后在信道预约思想的基础上，人们又做了很多的研究和改进，例如ZhouYing， A. L. Ananda和Lillykutty Jacob修改了 MACA/I^R中信道预约信息的保存方式，克服了由于 节点之间相互交换预约信息带来的额外网络负担；本专利申请的发明人也在授权发明专利 "ZL200710017816. 5”中提出了多步预约的概念，即每个数据分组不只对之后的第一个分组 进行信道资源预约，而是对之后的若干个分组均进行预约，其目的就在于提高信道预约的 稳定性与可靠性，从而为实时分组传输提供较好的QoS保障。但是以上这些信道预约机制均在各种分组中携带信道预约信息，通过节点在网络 中发送各种分组来进行预约信息的广播，因此信道预约信息的正确接收依赖于各种分组的 正确接收与解析。在无线网络中，由于信道衰落引起的信道不稳定与无线网络特有的隐藏 终端问题引起的分组冲突，导致无线网络中的分组本身很难有较为稳定的传输，因此对于这些信道预约机制来说，携带有预约信息的分组很有可能在邻节点处被其他分组冲突，从 而导致预约失败，进而导致无法成功通过信道预约来传输下一个数据分组传输。

发明内容
为了克服现有技术将信道预约信息在各种分组中进行携带的方法不能始终保持 较高的预约稳定性的不足，本发明提出了一种基于双忙音的信道预约机制，通过在独立于 数据信道的两个忙音信道上广播信道预约信息的方法，较好地克服了信道不稳定与隐藏终 端等问题，极大地提高了信道预约的稳定性，降低了异步多跳Ad Hoc网络通信环境中的实 时分组误帧率，提高了多媒体业务传输的可靠性。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是对基于IEEE 802. 11无线自组织网 中适合实时数据传输的MAC协议机理的一系列理论研究所提出的具体实现方案。在Ad Hoc网络中考虑两种节点，第一种承载的是普通数据业务(如邮件、短消息 业务等)，对实时性要求较低；第二种承载的是多媒体实时业务(如视频、音频数据等)，也 是我们所关心如何确保其实时性的业务。令RI3K表示实时业务数据分组，DH(表示普通业 务数据分组，t。y。le表示实时业务数据分组的产生周期，实时业务的发送节点在、时刻产生 第一个实时数据分组RPK1之后，在t2 =时刻将产生第二个实时分组RPK2,以此类 推。在本发明中，所用到的分组格式(如RTS分组等)与IEEE802. 11标准相同，因此不进 行特别说明。在本发明提出的方法中，每个节点需要配置三个收发信机，分别是数据信道收发 信机、发送忙音信道收发信机和接收忙音信道收发信机。其中，数据信道收发信机工作在 数据信道上，用于发送和接收各种数据分组与控制分组；发送忙音信道收发信机工作在发 送忙音信道，发送节点在数据信道上发送分组的同时，用该收发信机启动发送忙音以保护 数据发送或进行信道预约；接收忙音信道收发信机工作在接收忙音信道，接收节点在数据 信道上接收分组的同时，用该收发信机启动接收忙音以保护数据接收或进行信道预约。三 个信道相互独立。发送忙音与接收忙音本质上是在各自的信道上广播的一种提示信号，而 不是携带有数据信息的分组。网络中的节点监测(侦听)到信道上存在该提示信号时，即 可马上进行相应的操作，而不需要进行任何的分组接收与解析；节点通过感知忙音信道的 忙闲来判断忙音是否存在，即节点感知到某个忙音信道变忙，则认为在该信道上有忙音存 在，从而根据具体的忙音类型进行不同的操作。由于在本发明中，需要利用忙音来为实时分组进行信道预约，因此我们将发送忙 音与接收忙音又分别划分为两种非实时忙音(包括非实时发送忙音和非实时接收忙音) 与实时忙音(包括实时发送忙音和实时接收忙音)。非实时业务的收发节点在接收或传输 非实时数据分组时只启动非实时忙音，表示当前在数据信道上有非实时数据分组的交换； 而实时业务收发节点在接收或传输实时数据分组时启动实时忙音，表示当前在数据信道上 有实时数据分组的交换，并且有相应的实时业务节点进行信道预约，此时实时业务节点的 邻节点可以根据侦听到的实时忙音计算出实时节点发送或接收接下来的一个实时分组的 具体信道使用时间段，并将该段时间记录在相应的预约信息表中。预约表中的预约信息均 按照时间顺序进行排列，时间最早的预约信息放在预约表的第一项，以此类推。在预约信息 表记录的这些时间段内，邻节点将回避使用信道，避免与实时分组冲突。
我们把通过实时发送忙音来广播的预约信息称为发送预约信息，表示的是发送 RPK的实时业务发送节点在某段时间内将会再次发送RPK，保存在侦听到实时发送忙音的 节点的发送预约表中；而通过实时接收忙音来广播的预约信息称为接收预约信息，表示的 是接收RPK的实时业务接收节点在某段时间内将会再次接收RPK，保存在侦听到实时接收 忙音的节点的接收预约表中。无论是发送预约表还是接收预约表，其中的每个预约信息包 含两个元素预约开始时间、预约结束时间，均可按照本专利下文中相应的公式进行计算。下文中，为方便表述，我们将用BT(即Busy Tone的英文缩写)表示忙音信号，并 用BTt、BTr分别表示发送忙音、接收忙音；特别地，我们用RBTt和RBTr分别表示实时发送 忙音和实时接收忙音，用DBTt和DBTr分别表示非实时发送忙音和非实时接收忙音。下面 给出本方法的具体实现步骤情况1 网络节点发送与接收非实时数据分组，或发送与接收第一个实时数据分 组。所述的网络节点包括一个发送节点与一个接收节点，且发送节点与接收节点处理的分 组包括非实时数据分组和实时数据分组。步骤1 发送节点对当前需要发送的数据分组进行判断，以决定是否需要尝试发 送当前分组，具体分为以下两个步骤步骤1. 1 若当前需要发送的分组为DPK，则发送节点按照IEEE 802. 11标准的规 定进行二进制指数随机退避，竞争信道资源；步骤1. 2 若当前需要发送的分组为RPK，且该RPK的实际产生时刻与当前时刻之 间的时间差不大于一个t。y。le，则发送节点按照IEEE 802. 11标准的规定进行二进制指数随 机退避，竞争信道资源；否则发送节点认为当前实时分组的发送不能满足实时业务的实时 性要求，将该分组删除，不予发送，节点转入空闲状态；步骤2 发送节点退避完成后读取预约表，检查预约表是否空闲。所述的读取预约表是指该发送节点从发送预约表和接收预约表中选取时间上最 早的预约信息，令预约表中的预约信息的开始时刻为^sv start，结束时刻为trev md，同时令当 前时刻为t。Ur，一个RTS的传输时长为tKTS，一个RPK的传输时长为tKPK，一个DPK的传输时 长为tDPK。若当前时刻t。m早于在预约表中被选中的预约信息的stmt，且RPK和DH(的 发送节点分别满足公式(1)、O)，则说明预约表空闲，转入步骤3 ；否则预约表忙，转入步骤 1 ；trsv_start-tcur I > tETS+SIFS+tEPK (1)trsv_start-tcur I > tETS+SIFS+tDPK (2)选取预约表中时间最早的一项预约信息，将该预约信息的trev st t代入公式⑴、 (2)进行计算；SIFS为短帧间间隔，可参见IEEE 802. 11标准； 步骤3 尝试进行RTS握手。 发送节点分别在发送忙音信道和接收忙音信道上侦听RBTt和BTr (包括RBTr和 DBTr)，若存在这三种类型的忙音中的任何一种，则发送节点放弃当前RTS发送，回到步骤 1 ；若不存在这三种类型的忙音中的任何一种，则发送节点可以在数据信道上发送RTS控制 分组，并同时在发送忙音信道上启动DBTt，DBTt的持续时间与RTS分组的传输时间同步。在 本发明中，RTS分组的格式与IEEE 802. Ila标准相同。RTS分组发送完毕时，结束DBTt的 发送。接收节点在收到RTS之后，同样检查自己的预约表是否空闲，并侦听BTt (包括RBTt和DBTt)和RBTr，若不存在这三种类型的忙音中的任何一种，则立即启动BTr，否则返回空 闲状态，不做回应。若接收节点回应并启动BTr，则分为以下两个具体步骤步骤3. 1 若接收的是非实时分组，则在接收忙音信道上启动DBTr，直到DH(接收 完毕；若在开始启动DBTr之后的两个SIFS (SIFS的时长定义与IEEE 802. 11标准相同) 时间后没有检测到发送节点的数据分组发送，则接收节点超时退出接收状态，返回空闲状 态；步骤3. 2 若接收的是实时分组，则在接收忙音信道上启动RBTr，直到RHi接收完 毕。同时该接收节点记录下一个(第二个及以后的)实时分组的接收预约时间，即当前RBTr 开始启动之后一个t。y。le的时刻；若在开始启动RBTr之后的两个SIFS(SIFS的时长定义与 IEEE 802. 11标准相同)时间后没有检测到发送节点的数据分组发送，则接收节点超时退 出接收状态，取消开始所记录的下一个(第二个及以后的)实时分组的接收预约时间，并返 回空闲状态；步骤4:发送数据分组。发送节点在RTS分组发送完毕后，等待SIFS时间。该步 骤分为以下两个具体步骤步骤4. 1 若发送的是非实时分组，且在SIFS时间结束之时侦听到DBTr，则发送节 点在数据信道上正常发送DPK ；否则发送节点超时退出，转入步骤1。步骤4. 2 若发送的是第一个实时分组，且在SIFS时间结束之时在接收忙音信道 上侦听到RBTr，则发送节点在数据信道上正常发送RPK，并同时在发送忙音信道上启动实 时发送忙音RBTt进行信道预约，RBTt的持续时间与RH(的发送时长同步，RH(发送完毕时， 结束RBTt的发送，同时发送节点记录下一个(第二个及以后的)实时分组的发送预约时 间，即当前RPK开始发送之后一个t。y。le的时刻；若在SIFS时间结束之时在接收忙音信道上 没有侦听到RBTr，则超时退出，转入步骤1。情况2 网络节点发送或接收第二个及以后的实时分组。所述的网络节点包括一 个发送节点与一个接收节点，且发送节点与接收节点处理的分组包括非实时数据分组和实 时数据分组。步骤1 在发送或接收前一个实时分组时计算并记录下的预约时间到来时，实时 数据的发送节点或接收节点不通过竞争信道的方式进行信道接入，而是直接尝试接入信 道。其中发送节点和接收节点分别依据以下具体步骤步骤1. 1 实时数据发送节点在预约好的实时数据分组发送时间到来时，在接收 忙音信道上侦听RBTr ；若侦听到RBTr则转入步骤2，若未侦听到，则发送节点超时退出，将 当前需要发送的RPK作为第一个实时数据分组处理，重新尝试情况1的处理步骤。步骤1.2 实时数据接收节点在预约好的实时数据分组接收时间到来时，在接收 忙音信道上启动RBTr，同时接收节点记录下一个实时分组的预约接收时间，即当前RBTr开 始之后一个t。y。le的时刻；步骤2 若接入信道成功，则正常发送或接收实时数据分组，其中发送节点和接收 节点分别依据以下具体步骤步骤2. 1 发送节点在接收忙音信道上侦听到RBTr后，直接发送RPK，并同时在发 送忙音信道上启动RBTt，同时发送节点记录下一个实时分组的发送预约时间，即当前RPK 开始发送之后一个t。y。le的时刻；
步骤2. 2 接收节点启动RBTr后，若经过2个SIFS时段之后，仍未接收到RPK，则 接收节点超时退出，取消下一个RPK的预约接收。情况3 节点侦听到相邻节点启动的RBTt或RBTr。步骤1 计算预约时间。侦听到相邻节点启动的RBTt或RBTr表示相邻节点在将 来某个时段将要发送或接收实时数据分组，因此侦听到RBTt或RBTr的节点需要计算和记 录这个时间段，并在该时间段内回避无线信道接入以避免和实时业务的冲突。令邻节点为 A与父，其中A表示实时业务发送节点(即启动RBTt的节点)，J表示对应的接收节点(即 启动RBTr的节点)；t。y。le表示实时数据分组的产生周期；令t,sv表示正确发送或接收一个RPK总共所需要的时间段，即预约表中记录的一 个预约时间段，且如前文所述，其开始时刻为trev stot，结束时刻为trev end ；tEPK为一个RPK数 据分组的传输时长。本发明的忙音信道预约中，每个RBTt或RBTr需要对其之后下一个周期的实时分 组传输进行信道预约。每个侦听到RBTt或RBTr的节点需要计算接下来一个RPK的传输时 间。但是侦听到RBTt或RBTr时，计算预约时间trev的方法有所不同。设节点侦听到RBTt的时刻为teurl，即实时业务发送节点开始发送第η个实时分组 RPKn的时刻，则第η+1个实时分组RPKn+1的预约开始时刻为trsv_start 一 tcurl+tcycle(3)第η+1个实时分组RPKn+1的预约结束时刻为trsv_end — tcurl+tcycle+tRpK(4)在节点侦听到RBTt时，将按照公式(3)、⑷计算预约时间t_，计算得到的结果保 存在节点的发送预约表中，表示有某个邻节点将在该段时间内发送实时数据分组。设节点侦听到RBTr的时刻为teur2，即实时业务接收节点开始接收第η个实时分组 RPKn的时刻，则第η+1个实时分组RPKn+1的预约开始时刻为trsv_start 一 tcur2+tcycle(5)第η+1个实时分组RPKn+1的预约结束时刻为trsvend = tcur2+tcycle+SIFS+tEPK (6)在节点侦听到RBTr时，将按照公式(5)、(6)计算预约时间t,sv，计算得到的结果保 存在节点的接收预约表中，表示有某个邻节点将在该段时间内接收实时数据分组。步骤2 更新预约表(删除过时的预约信息)；若预约表不为空，且预约表中的第一项预约信息标示的结束时间比当前时刻更 早，则说明预约表中的第一项预约信息已经过时，需要将该预约信息删除并将之后未过时 且距当前时刻最近的预约信息作为预约表中的第一项。步骤3 插入预约信息到预约表合适的位置；计算预约时间后，节点按照预约信息中预约开始时间start的先后，按顺序将其 加入相应预约表。本发明的有益效果是采用本发明可以保证系统中采用多步信道预约机制进行实 时数据传输时具有较小的误帧率。由于在现有的各种技术中，信道预约信息在各种分组中 进行携带，因此节点获得信道预约信息并成功建立信道预约依赖于对各种分组的正确接收 与解析。而无线信道的不稳定性与无线网络中的各种分组冲突导致携带有信道预约信息的各种分组不能在所有的情况下均能够被节点正确接收与解析，进而导致信道预约的不稳定 性。本专利利用忙音信号进行信道预约，节点获得信道预约信息并成功建立信道预约只需 要判断忙音的有和无，不需要通过分组的接收与解析，从而大大提高了信道预约的稳定性， 降低了异步多跳Ad Hoc网络通信环境中的实时分组误帧率，为实时分组的传输提供了较好 的QoS保障。下面，通过仿真结果给出本方法所能达到的技术效果。在我们的仿真实验中，考虑了节点按照矩形均勻分布的无线自组织网络。每个发 送节点均承载有一个业务流。系统的主要参数设置是依照IEEE 802. Ila标准给出。对于每 一个非实时业务发送节点来说，在开状态下，数据分组的到达服从泊松过程。在关状态下， 没有数据分组到达相应的发送节点。对于实时业务发送节点来说，数据分组以0. 03秒为周 期产生并到达MAC层进行发送。实验中我们利用两种方法得到系统的最佳性能，即实时数 据分组传输的失败概率方法1，利用传统的双忙音机制对实时分组进行发送。方法2，就是 利用本专利申请中提出的基于忙音信号的信道预约机制。通过仿真，我们对这两种方法所 能达到的性能进行了对比。仿真结果如图2所示，从图中可知，忙音信道预约机制相比于传 统的双忙音机制，可以较为显著的降低分组发送失败率，特别是在自组织网的负载较重、饱 和度较高的情况下，可以为实时业务传输提供较为可靠的QoS保障。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。


图1是预约时间计算方法示意图；图2是基于忙音的信道预约机制的有益效果示意图；图3是实时忙音与非实时忙音的区别定义示意图；图4是实例所考虑的网络拓扑图。
具体实施例方式总体来说本方法可以实现在无线接入网卡的驱动程序里。下面结合实例，对其进 行详细说明。为了支持基于忙音信号的信道预约机制，本专利定义了四种类型的忙音信号 RBTt, RBTr, DBTt, DBTr。其中前两种为实时忙音，后两种为非实时忙音，RBTt和DBTt在发 送忙音信道上进行广播，RBTr和DBTr在接收忙音信道上进行广播。为了使得节点能够分 辨在同一个忙音信道上进行广播的两种忙音(实时忙音与非实时忙音)信号，我们对这两 种忙音信道和四种忙音进行了专门定义。参照IEEE 802. Ila标准的规定，本专利定义数据信道中心频率为5. ^GHz,带宽 为20MHz ；另外，我们将发送忙音信道中心频率为5. 19GHz，带宽为20MHz ；接收忙音信道中 心频率为5. 39GHz，带宽为20MHz。非实时忙音(包括DBTt和DBTr)在结束前会保持持续 不间断的物理信号波形发送，而实时忙音(包括RBTt和RBTr)在结束前是周期性的脉冲信 号，脉冲频率为IOMHz。如图3所示。考虑图4所示的网络拓扑。在图4中，黑色的点代表网络中的节点，节点之间若 以实线相连则代表节点在对方的传输范围之内，在没有冲突的情况下可以正确收到对方发 送的各种分组，箭头代表数据分组的发送方向，Α”/,·分别代表实时业务的发送、接收节点，Btx^Brx分别代表非实时业务的发送、接收节点。本专利所用的实例中，由于DH(与RPK的分 组长度相同，因此在具体计算时不对DH(与RPK做特别的区分。情况1 发送节点发送非实时数据分组，或发送第一个实时数据分组网络中实时 节点A1给A1发迭RPK，A2给石发送RPK，Btx给Bn发送DPK。由于实时节点与非实时节点在 情况1中的处理过程基本相同，因此仅以Btx给Bn发送DH(作为实例进行说明；不同之处 将在实例中以A1给发送RPK作为实例进行特别说明。按照IEEE 802. Ila标准的规定，DIFS = 34 μ s, SIFS = 16 μ s，各种分组的格式也 按照该标准进行数据域的填充。数据分组的有效载荷设为lOMbytes，整个数据数据分组长 度为1058bytes，RTS分组的长度为20bytes。信道速率为48Mbps时，数据分组的传输时长 (不区分 RPK 与 DPK，即 tKPK = tDPK = tPKT) tPKT = 177 μ s，RTS 的传输时长 tKTS = 3· 3 μ s。步骤1 按照IEEE 802. 11协议进行二进制指数随即退避，竞争信道资源。此处假 设所需要发送的RPK的实际产生时刻与当前时刻之间的时间差不多于一个t。y。le。步骤2 退避完成后读取预约表，检查预约表是否空闲。若当前时刻早于预约表第一项预约信息的开始时刻，且两者之间的时间间隔足够 发送与接收节点所将要进行的数据交换，则预约表空闲，转入步骤3;否则预约表忙，转入 步骤1 ；表格1非实时节点Btx接收预约表权利要求
1. 一种无线自组织网中基于双忙音机制的信道预约方法，其特征在于包括下述步骤 情况1 网络节点发送与接收非实时数据分组，或发送与接收第一个实时数据分组；所 述的网络节点包括一个发送节点与一个接收节点，且发送节点与接收节点处理的分组包括 非实时数据分组和实时数据分组；步骤1 发送节点对当前需要发送的数据分组进行判断，以决定是否需要尝试发送当 前分组，具体分为以下两个步骤步骤1. 1 若当前需要发送的分组为普通业务数据分组DPK，则发送节点进行二进制指 数随机退避，竞争信道资源；步骤1. 2 若当前需要发送的分组为实时业务数据分组RPK，且该RPK的实际产生时刻 与当前时刻之间的时间差不大于一个实时业务数据分组的产生周期t。y。le，则发送节点进行 二进制指数随机退避，竞争信道资源；否则发送节点认为当前实时分组的发送不能满足实 时业务的实时性要求，将该分组删除，不予发送，节点转入空闲状态； 步骤2 发送节点退避完成后读取预约表，检查预约表是否空闲； 所述的读取预约表是指该发送节点从发送预约表和接收预约表中选取时间上最早的 预约信息，令预约表中的预约信息的开始时刻为、sv start，结束时刻为md，同时令当前时 刻为teur，一个RTS的传输时长为tKTS，一个RPK的传输时长为tKPK，一个DH(的传输时长为 tDPK ；若当前时刻teur早于在预约表中被选中的预约信息的stmt，且RPK和DH(的发送节 点分别满足公式(1)、O)，则说明预约表空闲，转入步骤3 ；否则预约表忙，转入步骤1 ； I trsv—start_tcur I〉tETS+SIFS+tEPK (1) I trsv—start_tcur I〉tETS+SIFS+tDPK (2)选取预约表中时间最早的一项预约信息，将该预约信息的t_—start代入公式(1)、⑵进 行计算；SIFS为短帧间间隔； 步骤3 尝试进行RTS握手；发送节点分别在发送忙音信道和接收忙音信道上侦听实时发送忙音RBTt、实时接收忙 音RBTr和非实时接收忙音DBTr，若存在这三种类型的忙音中的任何一种，则发送节点放弃 当前RTS发送，回到步骤1 ；若不存在这三种类型的忙音中的任何一种，则发送节点可以在 数据信道上发送RTS控制分组，并同时在发送忙音信道上启动非实时发送忙音DBTt，DBTt 的持续时间与RTS分组的传输时间同步；RTS分组发送完毕时，结束DBTt的发送；接收节点 在收到RTS之后，同样检查自己的预约表是否空闲，并侦听RBTt、DBTt和RBTr，若不存在这 三种类型的忙音中的任何一种，则立即启动BTr，否则返回空闲状态，不做回应；若接收节 点回应并启动BTr，则分为以下两个具体步骤步骤3. 1 若接收的是非实时分组，则在接收忙音信道上启动DBTr，直到DH(接收完毕； 若在开始启动DBTr之后的两个SIFS时间后没有检测到发送节点的数据分组发送，则接收 节点超时退出接收状态，返回空闲状态；步骤3. 2 若接收的是实时分组，则在接收忙音信道上启动RBTr，直到RH(接收完毕，同 时该接收节点记录下一个实时分组的接收预约时间，即当前RBTr开始启动之后一个tcycle 的时刻；若在开始启动RBTr之后的两个SIFS时间后没有检测到发送节点的数据分组发送， 则接收节点超时退出接收状态，取消开始所记录的下一个实时分组的接收预约时间，并返 回空闲状态；步骤4 发送数据分组，发送节点在RTS分组发送完毕后，等待SIFS时间，该步骤分为 以下两个具体步骤步骤4. 1 若发送的是非实时分组，且在SIFS时间结束之时侦听到DBTr，则发送节点在 数据信道上正常发送DPK ；否则发送节点超时退出，转入步骤1 ；步骤4. 2 若发送的是第一个实时分组，且在SIFS时间结束之时在接收忙音信道上侦 听到RBTr，则发送节点在数据信道上正常发送RPK，并同时在发送忙音信道上启动实时发 送忙音RBTt进行信道预约，RBTt的持续时间与RPK的发送时长同步，RPK发送完毕时，结 束RBTt的发送，同时发送节点记录下一个实时分组的发送预约时间，即当前RPK开始发送 之后一个t。y。le的时刻；若在SIFS时间结束之时在接收忙音信道上没有侦听到RBTr，则超 时退出，转入步骤1 ；情况2 网络节点发送或接收第二个及以后的实时分组；步骤1 在发送或接收前一个实时分组时计算并记录下的预约时间到来时，实时数据 的发送节点或接收节点不通过竞争信道的方式进行信道接入，而是直接尝试接入信道；其 中发送节点和接收节点分别依据以下具体步骤步骤1. 1 实时数据发送节点在预约好的实时数据分组发送时间到来时，在接收忙音 信道上侦听RBTr ；若侦听到RBTr则转入步骤2，若未侦听到，则发送节点超时退出，将当前 需要发送的RPK作为第一个实时数据分组处理，重新尝试情况1的处理步骤；步骤1. 2 实时数据接收节点在预约好的实时数据分组接收时间到来时，在接收忙音 信道上启动RBTr，同时接收节点记录下一个实时分组的预约接收时间，即当前RBTr开始之 后一个t。y。le的时刻；步骤2 若接入信道成功，则正常发送或接收实时数据分组，其中发送节点和接收节点 分别依据以下具体步骤步骤2. 1 发送节点在接收忙音信道上侦听到RBTr后，直接发送RPK，并同时在发送忙 音信道上启动RBTt，同时发送节点记录下一个实时分组的发送预约时间，即当前RPK开始 发送之后一个t。y&的时刻；步骤2. 2 接收节点启动RBTr后，若经过2个SIFS时段之后，仍未接收到RPK，则接收 节点超时退出，取消下一个RPK的预约接收。情况3 节点侦听到相邻节点启动的RBTt或RBTr ；步骤1 计算预约时间，侦听到相邻节点启动的RBTt或RBTr表示相邻节点在将来某个 时段将要发送或接收实时数据分组，因此侦听到RBTt或RBTr的节点需要计算和记录这个 时间段，并在该时间段内回避无线信道接入以避免和实时业务的冲突；令邻节点为A与/， 其中A表示实时业务发送节点，J表示对应的接收节点；令trev表示正确发送或接收一个RPK总共所需要的时间段，即预约表中记录的一个预 约时间段，本发明的忙音信道预约中，每个RBTt或RBTr需要对其之后下一个周期的实时分组传 输进行信道预约，每个侦听到RBTt或RBTr的节点需要计算接下来一个RPK的传输时间，设 节点侦听到RBTt的时刻为t。ml，即实时业务发送节点开始发送第η个实时分组RPKn的时 刻，则第η+1个实时分组RPKn+1的预约开始时刻为trsv_start tcuri+tcyc]_e(3)第n+1个实时分组RPKn+1的预约结束时刻为trsv_end —(4)在节点侦听到RBTt时，将按照公式(3)、(4)计算预约时间t,sv，计算得到的结果保存在 节点的发送预约表中，表示有某个邻节点将在该段时间内发送实时数据分组。设节点侦听到RBTr的时刻为teur2，即实时业务接收节点开始接收第η个实时分组RPKn 的时刻，则第n+1个实时分组RPKn+1的预约开始时刻为trsv_start tcur2+tCyC]_e(5)第n+1个实时分组RPKn+1的预约结束时刻为trsv—end — tcur2+tcycle+SIFS+tRpK (6)在节点侦听到RBTr时，将按照公式(5)、(6)计算预约时间t,sv，计算得到的结果保存在 节点的接收预约表中，表示有某个邻节点将在该段时间内接收实时数据分组；步骤2:更新预约表；若预约表不为空，且预约表中的第一项预约信息标示的结束时间比当前时刻更早，则 说明预约表中的第一项预约信息已经过时，需要将该预约信息删除并将之后未过时且距当 前时刻最近的预约信息作为预约表中的第一项；步骤3 插入预约信息到预约表合适的位置；计算预约时间后，节点按照预约信息中预约开始时间trev stot的先后，按顺序将其加入 相应预约表。
全文摘要
本发明公开了一种无线自组织网中基于双忙音机制的信道预约方法，针对网络节点(包括发送节点、接收节点)发送与接收非实时数据分组，或发送与接收第一个实时数据分组；网络节点发送或接收第二个及以后的实时分组；节点侦听到相邻节点启动的实时发送忙音RBTt或实时接收忙音RBTr等三种情况，通过双忙音机制广播信道预约信息，为实时业务提前获得信道使用权，提高了信道预约成功率，大大降低了实时分组传输误帧率，保障了实时业务的服务质量。
文档编号H04W84/18GK102123448SQ20111005817
公开日2011年7月13日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者李波, 陈轶 申请人:西北工业大学