一种基于tdma的宽带无线自组网mac层协议方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于TDMA的宽带无线自组网MAC层协议方法。
【背景技术】
[0002]移动Ad hoc网络是一种全新的移动通信技术，它是一种无中心自组织的多跳无线通信网络，它能随时随地的组建临时性网络，不需要其它已有的固定设施。为了能够实现无线自组织网络的正常运行，面临许多挑战和问题，其中信道接入协议的设计是Ad hoc面临的关键技术问题。由于无线自组网具有无中心、多跳性、网络拓扑变化大等特点，所以对MAC协议的设计工作将会面临空间复用、冲突处理、暴露/隐藏终端问题、公平性、节能等很多技术难题。目前采用较多的信道接入协议一般有FDMA (频分多址)、CDMA (码分多址）以及TDMA (时分多址)等三种方式，FDMA和CDMA普遍具有成本高，技术实现难度较大等不足。
【发明内容】
[0003]解决上述技术问题，本发明提供了一种基于TDMA的宽带无线自组网MAC层协议方法，实现时隙的复用及动态分配，提高了网络吞吐量、信道利用率等网络性能参数。
[0004]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种基于TDMA的宽带无线自组网MAC层协议方法，所述协议帧结构包括控制信道CCH (Control Channel)、接入信道RCH(Random Access Channel)、业务信道TCH (Traffic Channel)，在无线自组网中，每个节点通过控制信道进行控制信令的交互，每个节点利用业务信道进行业务数据的传输，每个节点通过接入信道接入网络，该方法包括以下步骤：
步骤1、选取网络中的中心控制节点；
步骤2、每个节点在自己的控制时隙发送控制信令，控制信令包括邻居状态表和时隙分配表；
步骤3、每个节点在非自己的控制时隙进行监听；
步骤4、经过多次交互，除去孤立节点，每个节点都会获得全网拓扑结构信息，所述中心节点根据全网拓扑结构进行时隙分配，时隙分配方法采用改进的序列顶点着色算法；
步骤5、网络中的全部节点根据时隙分配表来确定自己的业务时隙，每个节点在自己的控制时隙传输数据包；
步骤6、如果有新的节点入网或者有节点要退出网络，则在接入信道发送入网或退网请求；
步骤7、跳转至步骤2。
[0005]进一步的，所述控制信道用于控制信令交互的，控制信道采用固定分配方式，每个节点占用唯一一个控制时隙；所述接入信道用于节点入网时所用，是公共信道，节点通过竞争来占用该接入信道，节点采用S-AL0HA机制接入信道；所述业务信道是用于各节点发送数据所用，采用固定业务时隙个数，每个节点至少被分配到一个时隙。
[0006]更进一步的，每个节点占用唯--个控制时隙，具体为：若控制时隙数K小于总节点数N，则未被分配到控制时隙的节点在下一帧依序分配，直到所有节点分配完毕，如果控制帧存在空闲时隙，则将这些时隙空闲，不做任何分配，然后从新的一帧开始依序进行新一轮分配，并循环该过程。
[0007]进一步的，步骤1中，所述中心控制节点为网络中的任意节点；由于网络中每个节点都维护全网的拓扑信息，所以网络中任意的节点都可以作为中心控制节点。
[0008]进一步的，步骤3中，每个节点在非自己的控制时隙对信道进行监听，具体为，每个节点判断数据包目的地址，若数据包目的地址是自己或者是广播的，则接收该数据包，否则丢弃。
[0009]进一步的，步骤4中，时隙分配方法采用改进的序列顶点着色算法，具体包括：步骤41 :将网络中各节点按照一跳邻居和两跳邻居节点总数进行递减排序；
步骤42 :检查第m个时隙是否可以分配给第i个节点；
步骤43 :直到所有节点着色完毕，第一阶段着色结束；
步骤44 :将网络中各节点按照一跳邻居和两跳邻居节点总数进行递增排序，排序后，如果出现一跳邻居和两跳邻居节点总数相同的节点，则将相同总数的节点按照一跳邻居总数递减的顺序重新排序；
步骤45 :再次检查第m个时隙是否可以分配给第i个节点；
步骤46 :直到所有节点遍历完毕，第二阶段着色结束；
步骤47 :将上述方法得到的时隙分配结果按照时隙能被多少节点占据依次递减排序；步骤48 :采用循环的方式进行业务时隙的填充，直到填满为止。
[0010]更进一步的，所述步骤42中的检查第m个时隙是否可以分配给第i个节点，其基于两跳内节点不能着相同颜色的原理，即两跳内节点不能占用相同时隙的原理进行检查。
[0011]本发明通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：本发明由中心节点统一分配时隙，使得传输更可靠，采用改进的序列顶点着色算法，使得信道利用率更高，本发明计算量小，结构简单，易于工程实现。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的MAC协议帧结构图。
[0013]图2为本发明的交互流程图。
[0014]图3为本发明的邻居节点状态表。
[0015]图4为本发明的时隙分配表。
【具体实施方式】
[0016]现结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0017]作为一个具体的实施例，如图1至图4所示，本发明的一种基于TDMA的宽带无线自组网MAC层协议方法，所述协议帧结构包括控制信道CCH (Control Channel)、接入信道RCH (Random Access Channel)、业务信道 TCH (Traffic Channel)，在无线自组网中，每个节点通过控制信道进行控制信令的交互，每个节点利用业务信道进行业务数据的传输，每个节点通过接入信道接入网络，所述控制信道是用于控制信令交互的，交互过程如图2所示，采用固定分配方式，每个节点占用唯一一个控制时隙；所述接入信道是用于节点入网时所用，是公共信道，节点通过竞争来占用该信道，本实施例节点采用S-ALOHA机制接入信道；所述业务信道是用于各节点发送数据所用，采用固定业务时隙个数，每个节点至少被分配到一个时隙；
该方法包括以下步骤：
步骤1、选取网络中的中心控制节点，网络中的每个节点都可以作为中心控制节点，因此可以任选一节点作为中心控制节点；
步骤2、假设网络中包含N个活动节点，对节点从1到N编号，控制信道采用固定分配方式，为每一个节点分配唯一的控制时隙，若控制时隙数K小于总节点数N，未分配到控制时隙的节点在下一帧依序分配，直到所有节点分配完毕。如果控制帧存在空闲时隙，不做任何分配，从新的一帧开始依序进行新一轮分配，并循环该过程。
[0018]网络中每个节点在自己的控制时隙都要向邻居节点发送控制信令，广播自己保存的邻居状态表和转发接收到的时隙分配表，并且如果接收到其它节点序号发生变化的邻居信息表时要在该时隙转发出去，经过多次的交互，中心节点的时隙分配表最终收敛。
[0019]步骤3、每个节点维护一个发送队列，队列包含需要更新的邻居状态表记录。
[0020]若节点处于监听状态，接收到数据包后首先判断包的目的地址是不是自身或者是广播地址，通过解析包头的序列号来判断邻居状态是否发生变化