一种无线信道分配方法与流程

本发明涉及无线信道分配技术，具体涉及一种快速移动密集节点群突发接入固定基站的无线信道分配方法。

背景技术：

目前，随着无线移动节点大规模增加和在运动过程中接入网络的需求增加，在特定的场景下形成快速移动密集节点群突发接入固定基站的要求，这对传统的信道分配方法带来巨大挑战。采用传统方法无法满足节点接入基站的实时性需求。一种快速移动密集节点群突发接入固定基站的无线信道高效分配方法对于快速移动节点组网和接入无线基站来说意义重大，不仅能够提高时效性，提高业务信道的利用率，而且可以提高通信效率。

多信道协作的信道分配方法能够改善很多信道接入问题。如有效利用空闲业务信道提高网络的吞吐量，降低时间延迟。然而，相比于对控制信道协议研究，针对业务频道的协议研究还不是很充分，其分类也不十分清晰。在很多文献里，控制信道协议被直接应用于业务信道，或者只是在原有ieeewave协议基础上做细微的调整。ieee802.11p标准是一种简单易于实现的协议，其所用的软硬件便宜。但是不适用于时分多址，并且在解决大规模快速移动节点的无线接入问题(如隐藏终端)还存在很大困难，尤其是该协议是针对专用短距离通信。移动自组网的信道分配协议是基于基站的多跳广播协议，当节点数量较多时，容易产生过载问题，并且时间延迟较大。基于方向的信道分配协议针对具体场景的应用具有很大优势，该协议的通信能量定向扩散，减少发射消耗，信号增益大，覆盖距离远，充分采用了空分多址方式。但是，覆盖范围内的其他节点收到的干扰相对其他方法也增大了，同时其方向性的覆盖容易产生盲区，即使距离很近的节点，不在其覆盖范围内，导致大量的聋节点无法与其正常通信。因此在解决大规模移动节点并发接入时，这些协议还有待进一步优化或者改进。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种无线信道分配方法，实现了节点快速预约信道接入基站及时通信。

本发明采用的技术方案是：一种无线信道分配方法，包括：

基站动作：在无线通信系统中，大规模离线节点快速移动到固定基站附近，突发请求接入基站时，基站广播beacon消息，节点根据beacon消息发送接入请求；基站根据密集节点群中的节点对信道的竞争情况判断竞争强度，确定信道竞争模式，并通知节点；

节点动作：节点同步竞争模式，预约业务信道；预约成功后再在指定业务信道上完成通信；节点通信结束后释放所占信道；

固定基站的业务信道sch和控制信道cch同时工作。

进一步地，所述基站动作具体包括：

s101：基站在控制信道cch上广播信标beacon消息后，根据密集节点群中的节点对信道的竞争情况判断竞争强度，即竞争冲突强度；

s102：基站根据竞争强度与设定门限的对比结果来确定节点预约信道的竞争模式，并广播给通信覆盖范围内的节点；

s103：基站响应节点预约，进入下一个预约周期；

预约周期的长度是基站自适应调整的，也就是本发明利所述的两种自适应调整模式，模式不同周期长度不同。即：请求信道的节点少，周期就设置的短，便于新节点及时接入基站；节点密度大，节点数量多，周期就长，便于覆盖范围内的节点有公平的接入机会。周期不包含什么，就是允许节点接入信道的时间长度，是由基站调控的。

所述节点动作具体包括：

s201：节点收到基站广播的beacon后，采用同步竞争模式，在该模式下进行信道预约；

s202：节点在控制信道cch上预约业务信道，预约成功后在指定的业务信道sch上通信；预约失败的节点等待下一周期继续预约；

s203：节点通信结束后，释放所占用的业务信道。

更进一步地，所述步骤s101中，竞争强度的判断方法是采用的载波侦听的方法。

更进一步地，所述步骤s102中，基站根据节点数量和业务信道sch在一个周期内可容纳通信节点的数量对比结果设定基站竞争强度门限。

更进一步地，所述步骤s102中，所述竞争模式包括标准模式和增强模式；

标准模式为参与竞争信道的节点数量小于一个sch业务信道周期容纳节点数量的一定百分比时，基站通过广播beacon信息告知节点采用标准模式预约信道，即基站覆盖范围内的节点仅在该预约周期内预约下一周期的sch业务信道；

增强模式为参与竞争信道的节点数量大于或等于一个sch业务信道周期容纳节点数量的一定百分比时，基站通过广播beacon信息告知节点采用增强模式预约信道，即基站覆盖范围内的节点分两组分别在当前预约周期和下一预约周期内预约下一周期和再下一周期内的sch业务信道。

更进一步地，所述步骤s102中，基站和节点之间通信用的非固定频率应用时段和固定频率应用时段的时段宽度占比是可调的；调整依据是根据安全消息发送的数量与非固定频率应用时段总时长的关系。

更进一步地，所述步骤s103中，根据不同的竞争模式来确定下一个预约周期，不同的竞争模式预约周期不同。

更进一步地，所述步骤s201中，同步竞争模式为节点根据接收到的信标beacon信息解读出同步竞争模式采用标准模式或增强模式。

更进一步地，所述步骤s201中，节点采用增强模式时根据从基站接收的信标beacon时的接收信号强度指数rssi计算出其所在的竞争周期内预约业务信道。

更进一步地，所述步骤s202中，节点在控制信道cch上预约业务信道的同时，上一时刻预约成功的节点在当前预约时间内保持业务通信，提高业务信道的利用率。

本发明的优点：

本发明基站根据节点预约信道时的竞争强度来调整竞争周期长度，从而减小竞争压力，提高了信道预约成功率；

本发明通过调整竞争周期长度，合理分配节点的竞争区间，减小冲突；

通过采用本发明中的方法，可以减小因为竞争冲突带来的时间延迟，提高信道预约效率；

通过采用本发明中的方法，基站具有cch和sch信道的同时工作能力，提高了信道利用率。

本发明在大规模节点群突发竞争信道时，实现多模式多信道协作实现快速高效分配无线信道。

本发明的方法有效解决了高速密集节点群由于节点密度大和运动速度快带来的无法及时接入业务信道的问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的基站cch信道上固定频率时段工作流程图；

图2是本发明的节点在cch信道上固定频率时段中预约业务信道流程图；

图3是本发明的快速移动密集节点群突发接入无线信道的接入方式示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1至图3，如图1至图3所示，一种无线信道分配方法，包括：

基站动作：在无线通信系统中，大规模离线节点快速移动到固定基站附近，突发请求接入基站时，基站广播beacon消息，节点根据beacon消息发送接入请求；基站根据密集节点群中的节点对信道的竞争情况判断竞争强度，确定信道竞争模式，并通知节点；

其中，节点到达基站附近要请求接入基站。实现方式是：节点发送接入请求，如果没有节点跟此节点再请求接入的过程中冲突，则基站收到请求，如果有业务信道空闲，则分配信道给该节点，该节点在分配的信道内与基站通信。

节点动作：节点同步竞争模式，预约业务信道；预约成功后再在指定业务信道上完成通信；节点通信结束后释放所占信道；提高业务信道的利用率。

固定基站的业务信道，即业务服务信道(sch,servicechannel)和控制信道(cch,controlchannel)同时工作，固定基站拥有在cch和sch多信道上同时工作的能力。

本发明基站根据节点预约信道时的竞争强度来调整竞争周期长度，从而减小竞争压力，提高了信道预约成功率；

本发明通过调整竞争周期长度，合理分配节点的竞争区间，减小冲突；

通过采用本发明中的方法，可以减小因为竞争冲突带来的时间延迟，提高信道预约效率；

通过采用本发明中的方法，基站具有cch和sch信道的同时工作能力，提高了信道利用率。

本发明在大规模节点群突发竞争信道时，实现多模式多信道协作实现快速高效分配无线信道。

本发明的方法有效解决了高速密集节点群由于节点密度大和运动速度快带来的无法及时接入业务信道的问题。

所述基站动作具体包括：

s101：基站在控制信道cch上广播信标beacon消息后，根据密集节点群中的节点对信道的竞争情况判断竞争强度，即竞争冲突强度；

s102：基站根据竞争强度与设定门限的对比结果来确定节点预约信道的竞争模式，并广播给通信覆盖范围内的节点；

s103：基站响应节点预约，进入下一个预约周期；

所述节点动作具体包括：

s201：节点收到基站广播的beacon后，采用同步竞争模式，在该模式下进行信道预约；

s202：节点在控制信道cch上预约业务信道，预约成功后在指定的业务信道sch上通信；预约失败的节点等待下一周期继续预约；

s203：节点与基站通信结束后，及时释放所占用的业务信道，提高业务信道的利用率。

所述步骤s101中，竞争强度的判断方法是采用的载波侦听的方法。

所述步骤s102中，基站根据节点数量和业务信道sch在一个周期内可容纳通信节点的数量对比结果设定基站竞争强度门限。

其中，基站知道空闲业务信道的数量，可以分配给多少节点，当节点请求接入信道的数量超过可以分配给节点的信道数量时，可以选择更强的模式，也就是增加服务信道数量来满足更多的请求。

所述步骤s102中，所述竞争模式包括标准模式和增强模式；

标准模式为参与竞争信道的节点数量小于一个sch业务信道周期容纳节点数量的一定百分比(通常选取85%，这个值是可变的)时，基站通过广播beacon信息告知节点采用标准模式预约信道，即基站覆盖范围内的节点仅在该预约周期内预约下一周期的sch业务信道；

增强模式为参与竞争信道的节点数量大于或等于一个sch业务信道周期容纳节点数量的一定百分比(通常选取85%，这个值是可变的)时，基站通过广播beacon信息告知节点采用增强模式预约信道，即基站覆盖范围内的节点分两组分别在当前预约周期和下一预约周期内预约下一周期和再下一周期内的sch业务信道。

标准模式和增强模式为本发明的创新，当前的信道分配方法中还没有这中自适应调整模式的方法。

所述步骤s102中，基站和节点之间通信用的非固定频率应用时段和固定频率应用时段的时段宽度占比是可调的；调整依据是根据安全消息发送的数量与非固定频率应用时段总时长的关系；前提是满足安全消息发送需求的条件下有一定的余量，确保安全消息能够可靠传输。

其中的调整工作由基站来完成。调整方法为：基站端知道控制信道的实时空闲情况，把多余的空闲控制信道分配给节点当作业务信道用。这样就是把固定频率的应用时段减少了，增加了非固定频率的应用时段，从而实现了占比的调整。

所述步骤s103中，根据不同的竞争模式来确定下一个预约周期，不同的竞争模式预约周期不同。

所述步骤s201中，同步竞争模式为节点根据接收到的信标beacon信息解读出同步竞争模式采用标准模式或增强模式。

beacon信息的帧格式中有相应的标志位，如果标志位上是“0”，则解读出同步竞争模式采用标准模式，如果为“1”，则解读为增强模式。帧格式中提前约定好。

所述步骤s201中，节点采用增强模式时根据从基站接收的信标beacon时的接收信号强度指数rssi计算出其所在的竞争周期内预约业务信道；其中的rssi基于自由空间电磁理论，计算公式为经典计算公式。

所述步骤s202中，节点在控制信道cch上预约业务信道的同时，上一时刻预约成功的节点(又称为在线节点)在当前预约时间内保持业务通信，提高业务信道的利用率。

所述步骤s101中，cch和sch的接入方式如图3所示。

如图3所示，在标准dsrc中，控制信道cch有1个，业务信道sch有7个。图中没有完全画出所有业务信道，用i和省略号表示了。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。