一种csma/tdma混合接入控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种CSMA/TDMA混合接入控制方法，它涉及无线自组织网络领域中MAC层的多址接入控制协议。本发明对无线自组织网络采用CSMA和TDMA相结合的多址接入控制方法，在邻居发现时使用基于随机概率退避的CSMA/CA接入控制方式，在网络运行时采用分布式TDMA接入控制方式，可以实现多个机动平台使用无线信道自组织组网。本发明使得机动平台之间组网时，不需要过多的规划，只需配置平台ID、频率等参数即可实现自组织组网。本发明特别适用于机动平台之间，利用无线信道临机自组织组网。
【专利说明】
一种CSMA/TDMA混合接入控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及无线自组织网络领域中MAC层的多址接入控制方法。本发明特别适用于机动平台之间，利用无线信道临机自组织组网。
【背景技术】
[0002]CSMA和TDMA相结合的无线自组织网接入控制方法应用于高速机动平台，平台之间信息交互频繁，信息更新率较高，平台运动速度快，这就要求接入控制方法能够支持快速自组织组网，能够适应各节点频繁交互信息。现有的无线自组织网络接入控制方法包括:80 2.11DCF、MACA-PR、FPRP、TDMA等。
[0003]802.11的DCF提供分布式接入控制功能。DCF采用单一共享信道的模式，通过RTS-CTS-DATA-ACK的握手机制完成分布式数据业务的接入过程，基本解决了隐藏终端和暴露终端的问题，同时利用载波侦听、冲突避免技术防止单一共享信道中数据报的冲突。DCF的核心机制包括:四握手机制、载波检测机制、帧间间隔和随机退避规程。DCF是基于CSMA/CA的方法，支持的网络节点数较少，随着节点数的增多和业务量的增加，性能将急剧下降。
[0004]MACA-PR是对802.11的扩展，它在MAC层使用CSMA/CA，在网络层采用带宽预约和QoS路由机制，它能够在自组织网中支持QoS路由和端到端的实时业务连接C3MACA-PR包括三部分:用于传输分组的MAC方法，建立实时连接的预约方法和QoS路由算法JACA-PR可以说是一种打破了分层概念，从整体上考虑网络QoS保障的方法。MACA-PR也是一种基于竞争的信道接入控制方法，无法保证较高的消息更新率。
[0005]FPRP是一种基于竞争的同步MAC方法，它通过很小的控制分组的5次广播式的握手过程完成两跳范围内的节点间低冲突概率的TDMA时隙的分配。信道被分为预约信道和信息信道两部分，节点有业务要传送时在预约信道通过控制分组的竞争预约信息信道的信息时隙进行业务传送。FPRP需要的预约信道，若在单信道条件下使用，增加了额外的协议开销，降低了信道利用率。
[0006]TDMA是一种基于时间同步的MAC方法，能够支持较高的业务信息传输需求，能够支持较大的网络成员数量。但是，网络运行之前需要为每个成员规划所占用的时隙，不利于支持自组织组网。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题在于，避免上述【背景技术】中的不足之处而提供一种CSMA/TDMA混合接入控制方法。本发明具有分布式无中心、网络收敛速度快、能够支持较高的消息更新率等优点。
[0008]本发明所要解决的技术问题由以下技术方案实现:
[0009]—种CSMA/TDMA混合接入控制方法，其特征在于包括步骤:
[0010](I)在任务开始阶段给参与组建无线通信网的节点分配一个唯一的节点ID，并为各节点配置无线信道频率参数；
[0011](2)无线通信网进行初始开通时，将无线信道工作参数注入到各个节点；其中，无线信道工作参数包括节点ID和无线信道频率参数；
[0012](3)参与组网的节点启动后各自进行邻居探测并设置网络监听随机退避时间定时器，监听网络状态;邻居探测使用CSMA接入控制方式；
[0013](4)节点的网络监听随机退避时间定时器到时后，设置信道忙闲监听随机退避时间定时器；
[0014](5)信道忙闲监听随机退避时间到时后，每个节点均向网络中广播发送本节点ID
信息；
[0015](6)每个节点收到其它节点发送的ID信息后，将发送ID信息的节点添加到本地成员列表中；每个节点向网络中广播本地成员列表，本地成员列表包括本节点ID及收到的其它节点的ID信息；
[0016](7)当连续η次收到的成员列表一致时，则认为邻居信息收敛；
[0017](8)邻居信息收敛后，各节点分布式根据邻居列表信息按设定要求选举其中一个节点作为网络控制节点；
[0018](9)网络控制节点向网内广播发送网络节点列表信息，网络控制节点转入TDMA阶段并发送时间同步信息；
[0019](10)其它节点收到网络节点列表信息后，转入TDMA阶段；
[0020](11)进入TDMA阶段后，分别计算各个节点各自占用的TDMA时隙；
[0021 ] (12)其它节点与网络控制节点时间同步后，各节点按照各自的TDMA时隙接入信道；
[0022]完成CSMA/TDMA混合接入控制过程。
[0023]其中，步骤(3)中网络监听随机退避定时器的定时时间为:大于或等于按照网络最大节点数计算的所有成员发送一遍信息所用时间。
[0024]其中，步骤(4)中忙闲监听随机退避定时器的定时时间T为:
[0025]T = R%(NXM)
[0026]其中，R为伪随机值，N为最大网络节点数，M大于或等于3的自然数。
[0027]其中，步骤(9)中网络控制节点向网络中广播节点列表信息时，连续广播m次(Km<5)，每次广播之前进行信道忙闲监听随机退避。
[0028]本发明与【背景技术】相比，具有以下优点:
[0029]1.本发明采用CSMA邻居探测机制，不需要事先规划网络成员信息。节点之间可以在组网时，分布式协同发现邻居信息。
[0030]2.本发明采用分布式时隙分配技术，成员之间分布式利用一致的时隙分配算法进行TDMA时隙分配，从而具有较高抗毁性。
[0031 ] 3.本发明采用CSMA和TDMA相结合的接入控制方式，通过CSMA方式支持快速自组织组网，通过TDMA方式保证各节点能够以固定的消息更新率进行信息交互。
【附图说明】
[0032]图1是本发明的网络建立流程图。
[0033]图2是本发明的时帧内的时隙划分图。
【具体实施方式】
[0034]参照图1至图2，本发明的CSMA和TDMA相结合的无线自组织网接入控制方法，运行时不需要中心节点，自组织邻居发现和分布式时隙资源分配，支持网络快速收敛和较高的消息更新率。图1是本发明的网络建立流程图。
[0035]本发明包括如下步骤:
[0036](I)在任务开始阶段给参与组建无线通信网的节点分配一个唯一的节点ID，并为各节点配置无线信道频率参数；
[0037](2)无线通信网进行初始开通时，将无线信道工作参数注入到各个节点；其中，无线信道工作参数包括节点ID和无线信道频率参数；
[0038](3)参与组网的节点启动后各自进行邻居探测并设置网络监听随机退避时间定时器，监听网络状态;邻居探测使用CSMA接入控制方式；
[0039](4)节点的网络监听随机退避时间定时器到时后，设置信道忙闲监听随机退避时间定时器；
[0040](5)信道忙闲监听随机退避时间到时后，每个节点均向网络中广播发送本节点ID
信息；
[0041](6)每个节点收到其它节点发送的ID信息后，将发送ID信息的节点添加到本地成员列表中；每个节点向网络中广播本地成员列表，本地成员列表包括本节点ID及收到的其它节点的ID信息；
[0042](7)当连续η次收到的成员列表一致时，则认为邻居信息收敛；
[0043](8)邻居信息收敛后，各节点分布式根据邻居列表信息按设定要求选举其中一个节点作为网络控制节点；
[0044](9)网络控制节点向网内广播发送网络节点列表信息，网络控制节点转入TDMA阶段并发送时间同步信息；
[0045](1)其它节点收到网络节点列表信息后，转入TDMA阶段；
[0046](11)进入TDMA阶段后，分别计算各个节点各自占用的TDMA时隙；
[0047]计算节点占用的TDMA时隙的方法有多种，包括ID映射算法、ID排列算法等，本实施例中，各节点分布式按照ID映射算法计算各个节点占用的TDMA时隙。
[0048]ID映射算法为:
[0049]I)—个时帧包含190个时隙:2个方向点信息时隙、2个迟入网申请时隙、2迟入网应答时隙、4个中断时隙、180 (S卩:36 X 5)个业务信息时隙。
[0050]2)业务信息时隙分配:将180个成员发送时隙，均分为5个子帧(编号O?4)，每子帧36个发送时隙。成员在每子帧占有的时隙相对序号相同，设某成员在第I子帧中占有第i个时隙，则其在180个发送时隙中占有的时隙满足关系i+36* j (i取值I?36，j取值O?4)。
[0051]3)根据(2)可知，通过将子帧的36个发送时隙分配给36个成员，即可实现将180个发送时隙分配给36个成员。设成员i的平台号为CU，子帧时隙分配算法如下:
[0052]a)将网内成员按平台号从小到大排序。
[0053]b)成员i申请时隙s = di % 36。如果s未被分配，则成员i占有该时隙，否则执行3)。
[0054]c)重新计算s = (s+j) %36( j = I?35)，若s未被分配，则成员i占有该时隙，否则继续步骤3)。
[0055](12)其它节点与网络控制节点时间同步后，各节点按照各自的TDMA时隙接入信道；
[0056]完成CSMA/TDMA混合接入控制过程。
【主权项】
1.一种CSMA/TDMA混合接入控制方法，其特征在于包括步骤: (1)在任务开始阶段给参与组建无线通信网的节点分配一个唯一的节点ID，并为各节点配置无线信道频率参数； (2)无线通信网进行初始开通时，将无线信道工作参数注入到各个节点；其中，无线信道工作参数包括节点ID和无线信道频率参数； (3)参与组网的节点启动后各自进行邻居探测并设置网络监听随机退避时间定时器，监听网络状态;邻居探测使用CSMA接入控制方式； (4)节点的网络监听随机退避时间定时器到时后，设置信道忙闲监听随机退避时间定时器； (5)信道忙闲监听随机退避时间到时后，每个节点均向网络中广播发送本节点ID信息； (6)每个节点收到其它节点发送的ID信息后，将发送ID信息的节点添加到本地成员列表中；每个节点向网络中广播本地成员列表，本地成员列表包括本节点ID及收到的其它节点的ID信息; (7)当连续η次收到的成员列表一致时，则认为邻居信息收敛； (8)邻居信息收敛后，各节点分布式根据邻居列表信息按设定要求选举其中一个节点作为网络控制节点； (9)网络控制节点向网内广播发送网络节点列表信息，网络控制节点转入TDMA阶段并发送时间同步信息； (10)其它节点收到网络节点列表信息后，转入TDMA阶段； (11)进入TDMA阶段后，分别计算各个节点各自占用的TDMA时隙； (12)其它节点与网络控制节点时间同步后，各节点按照各自的TDMA时隙接入信道； 完成CSMA/TDMA混合接入控制过程。2.根据权利要求1所述的一种CSMA/TDMA混合接入控制方法，其特征在于:步骤(3)中网络监听随机退避定时器的定时时间为:大于或等于按照网络最大节点数计算的所有成员发送一遍信息所用时间。3.根据权利要求1所述的一种CSMA/TDMA混合接入控制方法，其特征在于:步骤(4)中忙闲监听随机退避定时器的定时时间T为: T = R%(NXM) 其中，R为伪随机值，N为最大网络节点数，M大于或等于3的自然数。4.根据权利要求1所述的一种CSMA/TDMA混合接入控制方法，其特征在于:步骤(9)中网络控制节点向网络中广播节点列表信息时，连续广播m次(I 5)，每次广播之前进行信道忙闲监听随机退避。
【文档编号】H04W48/10GK106060957SQ201610329392
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】杜龙海, 朱晓明, 崔佳巍, 卢志远, 陈丛
【申请人】中国电子科技集团公司第五十四研究所