基于业务类型竞争协调时分多址接入的自组网通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分布式自组织网络技术领域，尤其涉及一种基于业务类型竞争协调时分多址接入技术的自组网通信方法。
【背景技术】
[0002]分布式自组织网络的宽带传输趋势需要提供一个全IP的，具有QoS保证能力的传输通道，可以承载任何经典的IP业务，支持多种不同的业务类型，如可进行点对点及点对多点的语音、短消息、图片、实时视频传输，可进行点对多点的视频分享、文件分享等。如何有效地设计网络节点共享无线信道的方式，在无线网络环境下满足多用户、多业务间分享资源的需求，就需要对传输信道进行规划，设计无线信道的多址接入方式，为每个用户申请、分配、抢占资源的机制。
[0003]现有的无线信道接入技术主要可以分为基于竞争(content1n-based)和冲突避免(collis1n-free)两大类。
[0004]基于竞争类信道接入技术主要采用载波侦听、退避等待以及错误重传等技术，代表有AL0HA、时隙AL0HA、CSMA等。采用竞争类的信道接入技术在无线电覆盖范围内完全由需要接入信道的节点来竞争通信信道，竞争成功者得到信道的使用权，而其他节点则通过退避等待推迟接入信道。运行机制简单，部署也比较灵活多变，并且引入了冲突回避、重传等辅助机制，使其成为拓扑动态快速变化与高移动性的网络信道接入的一种很好的选择。
[0005]冲突避免类接入技术根据不同的信道分配方式又可以分为按需分配类和固定分配类两种。按需分配类信道接入技术通常采用预约和轮询的方式，代表有MACA、MACAW,CSMA/CA、DCF等，在应用实施过程中会带来很多控制开销，一般适用于建立通信链路后较长时间保持稳定传输状态的通信业务。固定分配类接入技术是将时隙、频率、空间等信道资源，按照一定的方式分配给通倍网络中的每个用户，使得网络节点间的通信互不干扰，面向信道，可以为网络节点提供可靠的服务。主耍有频分多地(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)三种技术。
[0006]AL0HA、CSMA等基于竞争类信道接入技术并不适用于分布尺度和规模较大的场景，当网络高负载、节点密度增加时，由于竞争类信道接入机制固有的缺点，会造成接入性能的严重下降，在同一时间多个节点同时发送数据的可能性增大，竞争将会明显加剧，造成冲突的概率增大，从而造成丢包、网络延迟等网络问题，导致网络性能急剧下降，所以单一的基于竞争类的信道接入技术难以适用于规模较大的移动网络。
[0007]CSMA/CA、DCF等按需分配类信道接入技术基于RTS/CTS握手机制，传输时延较大，制约了网络通信性能，对于网络节点密度大数目多，拓扑结构频繁快速变化，不能保证通信链路稳定性，对于业务应用丰富的无线网络，按需分配类信道接入技术难以满足要求。
[0008]固定分配类接入协议中的TDMA协议是经典数据链的多址技术，但随着网络规模变大，节点数量增多时，网络接入时延会增大，同时在业务密度低时将产生很大的资源浪费。其它固定分配接入协议也存在类似问题，或不易于网络规模的扩展，或会造成网络资源的浪费。
【发明内容】
[0009]有鉴于此，本发明提供了一种基于业务类型竞争协调时分多址接入的自组网通信方法，解决了分布式自组织网络中多个用户间，采用多种业务时如何高效的共享一个物理链路的问题，不仅避免了业务分组的冲突碰撞，还能够在保证高优先级业务的实时性基础上，兼顾高业务密度下的有效性和公平性及低业务密度下的资源利用率。
[0010]本发明的一种基于业务类型竞争协调时分多址接入的自组网通信方法，包括如下步骤:
[0011]步骤1、待入网节点开机后从簇首节点发送的系统广播信息中获得网络同步位置和入网位置；
[0012]步骤2、待入网节点通过随机信道在步骤I解析到的系统时帧的网络同步位置向簇首节点发起网络同步请求，得到簇首节点的响应后，完成网络同步过程；
[0013]步骤3、待入网节点通过随机信道在步骤I解析到的入网位置向簇首节点发起入网请求，得到簇首节点的响应后，完成入网过程；
[0014]步骤4、完成入网过程的普通节点通过广播信道接收簇首节点发送的携带有专用信道分配结果的辅广播信息；
[0015]步骤5、根据之前从邻居节点经专用信道接收的Hello包信息，判断本节点当前的网络拓扑结构是否需要更新:
[0016]如果是，当系统时帧中为本节点分配的专用信道的起始时刻到达时，通过该专用信道广播发送拓扑维护信息；如果否，可通过该专用信道发送低速率非实时业务；
[0017]步骤6、判断是否有高速率实时性业务需要传输:
[0018]I)如果没有，再判断是否有随机突发性小数据业务:如果有，使用所述随机信道发送该随机突发性小数据业务；
[0019]2)如果有，通过随机信道向簇首节点发送资源申请请求；得到簇首节点的响应后，本节点使用簇首节点为其分配的共享信道传输该高速率实时性业务。
[0020]进一步的，所述步骤I具体包括如下步骤:
[0021]S11、节点开机后，先读取网络系统的配置信息，以此获得主广播时隙资源位置；
[0022]S12、根据所述配置信息，获得本节点在网络中的角色:
[0023]如果是簇首节点，在主广播时隙资源位置上周期性地进行系统信息广播；
[0024]如果是非簇首的普通节点，接收簇首节点发送的系统广播信息并解析；
[0025]S13、然后判断是否成功解析系统广播信息:
[0026]如果是，执行S14;
[0027]如果否，等待下一帧的主广播时隙，到达后，按照本步骤的方法，接收并继续解析系统广播信息，直到解析成功，执行S14 ；
[0028]S14、根据解析得到的系统广播信息，获取网络同步位置和入网位置，则完成主广播信息接收过程。
[0029]进一步的，所述步骤2具体包括如下步骤:
[0030]S21、普通节点通过随机信道向簇首节点发起包括自身节点ID的网络同步请求；
[0031]S22、普通节点接收簇首节点回复的同步响应；
[0032]S23、解析同步响应中的节点ID，并判断得到的节点ID是否为自身的ID:如果否，表示未完成网络同步过程，等待下一个系统时帧到达后，再执行S21 ;如果是，节点根据同步响应调整时间，完成网络同步。
[0033]进一步的，所述步骤3具体包括如下步骤:
[0034]S31、普通节点通过随机信道向簇首节点发起包括自身节点ID的入网请求；
[0035]S32、普通节点接收簇首节点回复的入网响应；
[0036]S33、解析入网响应中的节点ID，并判断得到的节点ID是否为自身的节点ID:如果否，表示未完成入网过程，等待下一个系统时帧到达后，再执行S31 ;如果是，本节点在解析得到的入网位置，完成入网过程。
[0037]较佳的，所述步骤6中，簇首节点对普通节点分配的共享信道的使用期限进行限制:当使用期限到达，判断业务是否已发送完毕:如果是，释放共享信道，可再分配给其它节点使用；如果否，本节点在业务传输过程中通过为其分配的业务共享信道向簇首节点发送资源申请请求，利用簇首节点为其分配的新的共享信道继续发送所述业务。
[0038]本发明具有如下有益效果:
[0039](I)本发明充分考虑到不同业务的差异化需求，合理地采用相应的接入方案，既能满足特定用户、特定业务需求，又能够实现网络整体资源分布优化，避免了传统方案中不同业务流不加区分地使用相同接入策略，导致网络拥塞或资源闲置的问题。
[0040](2)可以适用于分布式大尺度网络场景，通过灵活地配置不同业务的使用方式可适应网络负载高低的不同需求。对于拓扑变化频繁的移动网络，能够避免竞争接入等接入方式的分组冲突大、不稳定等缺点，避免固定分配接入方式中对网络节点数目的限制，不受网络规模和网络类型的限定，同时能够满足不同业务需求的服务质量。根据业务类型在资源管理节点执行竞争协调的时分多址接入技术灵活多变，可根据网络规模、节点类型、业务密度等因素提前进行资源规划，扩展性强。
[0041](3)随着网络体系架构将承载和业务相分离，本发明的方案给网络协议也带来了很大的变革，使网络协议设计开发更加模块化、降低耦合性、节约时间减少成本，又使网络可以方便灵活的为多种业务提供服务，不需要因为业务的变更而对网络节点或业务终端本身带来任何影响。而越来越丰富的业务类型又促使网络接入技术必须相应地改变以适应宽带网络的整体发展，在保证业务接入有效性和用户公平性的基础上提高网络利用率，提升用户体验。
【附图说明】
[0042]图1为本发明中时帧结构划分示意图；
[0043