在通信系统中建立通信链路和检测移动节点之间的干扰的方法和设备的制作方法

专利名称：在通信系统中建立通信链路和检测移动节点之间的干扰的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，以及更具体地说，涉及用定向天线操作的移动通信系统的网络。
背景技术：
时分多址(TDMA)是用于在无线移动通信系统之间建立通信链路的接入方案的一个例子。在一系列时间帧内建立无线移动通信系统之间的通信链路。每个时间帧被划分成时隙，以及每个无线移动通信系统被分配至少一个时隙。
无线移动通信系统通常使用全向天线使得所有其他移动通信系统收到由一个移动通信系统发送的信息。当移动通信系统以固定频率操作时，它们必须在它们各自的时隙内依次进行发射以防止信道干扰。
为了提高两个无线通信系统之间的通信链路的质量，可以使用定向天线。定向天线在局限于有效区域的所需区域中提供增加的天线增益，但降低朝向剩余区域的天线增益。
Pritchett的U.S.专利No.5,767,807公开了用于在无线通信系统的网络内建立通信链路的相控阵天线。该相控阵天线包括用于有选择地控制天线方向图的寄生元件。当所有寄生元件均在高阻抗状态时，相控阵天线辐射全向信号，以及当响应切换电路而将选择数目的寄生元件置于较低阻抗状态时，辐射定向信号。
更具体地说，Pritchett的′807专利公开了由固定启动无线通信系统从固定接收无线通信系统获得在网络中操作的无线通信系统的列表和用于每个无线通信系统的相应各时隙列表。然后，基于所述列表创建一个表，用于在无线通信系统间调度时隙。
调度用于通过定向天线操作的无线通信系统的时隙很复杂，特别是当无线通信系统是移动时。在这种动态网络中，移动通信系统连续地进入和离开网络。此外，需要用于干扰检测和避免的过程。

发明内容
本发明的目的是，以响应无线移动自组(ad hoc)网中的通信链路需求的变化的方式，调度时隙和检测干扰。
通过一种无线通信网络来提供根据本发明的这个和其他目的、优点和特征，该无线通信网络包括多个移动节点，每个具有收发信机、连接到收发信机的定向天线，例如相控阵天线以及连接到收发信机的控制器。控制器包括时隙调度单元，用于调度时隙以与每个相邻移动节点建立通信链路；天线对准单元，用于在与之通信期间，使定向天线对准每个相邻移动节点；以及干扰检测单元，用于检测用于与相邻移动节点通信的时隙中的干扰。控制器基于检测的干扰，调整时隙的调度。时隙调度单元可以包括第一时隙单元和第二时隙单元，其中第一时隙单元用于调度用于每个时间帧的各半永久时隙以便建立与每个相邻移动节点的通信链路并在每个时间帧中留下至少一个可用时隙，所述第二时隙单元用于基于链路通信需求，调度所述至少一个可用时隙也用作与相邻移动节点的通信链路。
干扰检测单元还检测信号与干扰比和/或分组差错率。分组差错率可以基于循环冗余码校验(CRC)故障。而且，干扰检测单元可以将检测的干扰与阈值进行比较。最好，控制器基于检测的干扰，转换节点之间在给定时隙的通信顺序，以及还可以在转换通信顺序之后，基于检测的干扰而调整新时隙的调度。可以在调度的半永久时隙内建立多个通信链路，以及每个通信链路包括不同对的相邻移动节点。
还通过用于建立用于多个移动节点的通信链路的方法，提供根据本发明的目的、优点和特征。该方法包括，对于每个移动节点，调度用于每个时间帧的各半永久时隙以便建立与相邻移动节点的通信链路，并在每个时间帧中留下至少一个可用时隙，以及基于链路通信需求，调度所述至少一个可用时隙也用作与相邻移动节点的通信链路。在与之通信期间，定向天线对准每个相邻移动节点，检测用于与相邻移动节点的通信的时隙中的干扰，以及基于检测的干扰，调整新时隙的调度。


图1是示例说明根据本发明的无线移动ad hoc网的图。
图2是示例说明根据本发明的无线移动节点的更详细框图。
图3是示例说明根据本发明的时隙的帧的图。
图4示例说明根据本发明，在图2中所示的网络图的可用时隙的调度。
图5是根据本发明，用于调度半永久时隙和可用时隙的顶层状态图。
图6是示例说明根据本发明的半永久时隙调度过程的图。
图7是示例说明根据本发明，被调度用于新通信链路的半永久时隙的图。
图8是示例说明根据本发明的可用时隙调度过程的图。
图9是示例说明根据本发明，增加到通信链路的可用时隙的图。
图10和11是示例说明根据本发明，基于来自相控阵天线的多个同时天线束，被调度用于新通信链路而调度的半永久时隙的图。
具体实施例方式
现在，将参考示出本发明的优选实施例的附图，更全面地描述本发明。然后，可以用许多不同方式具体化本发明，以及不应当视为限制到在此所述的实施例。相反，提供这些实施例以便该公开内容全面和完整，以及对本领域的技术人员来说将全面地覆盖本发明的范围。同样的数字是指同样的元件，以及在不同实施例中，使用基本符号。为更清楚起见，在图中会放大层和区域的尺寸。
首先参考图1-2，无线移动通信网络10包括多个无线移动节点12a-12h。每个移动节点12a-12h包括收发信机14、连接到收发信机的定向天线16和连接到收发信机的控制器18。
控制器18包括半永久时隙单元18a，用于调度每个时间帧的各半永久时隙用于与每个相邻移动节点建立通信链路，同时在每个时间帧中留下至少一个可用时隙。可用时隙单元18b基于链路通信需求，调度该至少一个可用时隙也用作与相邻移动节点的通信链路。另外，控制器18包括天线对准单元18c，用于在与之通信期间，使定向天线对准每个相邻移动节点。
并行操作能降低时隙分配延迟。因此，半永久时隙单元18a可以启动用于各时间帧的一个或多个半永久时隙请求以与每个相邻移动节点建立通信链路，并在每个时间帧中留下至少一个可用时隙，同时处理从相邻移动节点接收的多个半永久时隙请求。可用时隙单元18b可以基于链路通信需求，启动一个或多个可用时隙请求，也用作与相邻移动节点的通信链路，同时处理从相邻移动节点接收的可用时隙请求。
换句话说，当处理接收的多个请求时，节点可以具有它启动的一个或多个未决的需求可用请求和半永久请求。有时，这会导致将给定时隙暂时分配给多于一个近邻。然而，通过表示选择一个相邻节点用于所述时隙的确认消息，可消除该冲突，如下面详细所述。
可以通过几个不同方法来提供可靠确认消息。启动移动节点将时隙请求发送到接收移动节点，其将回复发送到启动移动节点。启动移动节点将确认发送到接收移动节点以及如果未接收到确认，接收移动节点再次发送回复。另外，接收移动节点可以将应答发送到启动移动节点，以及如果未接收到应答，启动移动节点再次发送确认。
如果两个节点彼此同时启动时隙请求，则应当可靠地处理时隙请求冲突。在向另一移动节点发送请求同时从其它移动节点接收请求，而没有收到相应答复时，控制器18等待一段时间周期以便重发另一请求。在该时间周期内，可以处理呼入的时隙请求。在该周期结束后，如果没有从那个节点收到请求，或如果没有向那个节点分配时隙，则向其它节点发送新请求。如果延迟的请求到达队列的前面，控制器18校验以查看是否已经向那个节点分配时隙。如果是，则丢弃该延迟的请求。而且，如果当请求达到队列的前面时，请求指向不再是近邻的节点，则丢弃该延迟的请求。
包括干扰检测单元18d以检测用于与邻近移动节点通信的时隙中的干扰。控制器18基于所检测的干扰，调整时隙的调度。干扰检测单元18d可以测量信号与干扰比和/或分组差错率。分组差错率可以基于循环冗余校验(CRC)故障。同时，干扰检测单元18d可以将所检测的干扰与阈值进行比较。最好，控制器基于所检测的干扰，转换节点之间在给定时隙的通信顺序，以及还可以在转换通信顺序之后，基于所检测的干扰，调整新时隙的调度。
业务调整单元18e通过基于链路通信需求，向时隙单元分配时隙来调整与每个相邻移动节点的通信。控制器18基于所分配的时隙，调整时隙的调度。业务调整单元18e可以基于增加的链路通信需求而分配大量时隙，和/或基于增加的链路通信需求而向相邻移动节点请求大量时隙。同时，业务调整单元18e可以增加时隙的最大数目，重新分配时隙，和/或基于增加的链路通信需求，分配一半时隙。这些增加的链路通信需求可以包括流式视频和/或高速传感器数据。
无线移动节点12a-12h在移动环境下操作。这些系统可以是基于地面和/或空中传播，由此它们连续地进入和退出网络10。定向天线16可以是例如相控阵、盘或喇叭天线。经由定向天线16传输允许将RF信号集中在所需方向上。
通过有选择地控制用于在其间建立通信链路的一对无线移动通信系统之间的天线方向图的方向，可以在同一调度的半永久时隙内，在其他无线通信系统之间建立另外的通信链路。这通过在移动节点12c和12e之间在时隙1中操作的通信链路27，以及在移动节点12a和12b之间也在时隙1中操作的通信链路29来示例说明，如图1最好所示。本发明的这一特征有利地允许更好地利用无线移动通信网络10的资源。
控制器18基于时间帧内的时隙总数，限制每个时间帧内用于每个无线移动节点12a-12h的通信链路的数量。将通信链路的数量限制为时间帧内的时隙总数的一小部分的优点显著地简化了与相邻节点的时隙调度。
在每个时间帧内，用于每个无线移动节点12a-12h的通信链路的数量小于或等于N，以及每帧内时隙的总数大于或等于2N-1。除简化时隙的调度外，这种分布式调度避免了冲突。
分布式调度允许任何两对无线移动节点，诸如12a和12b，例如调度半永久时隙，而不必与任何其他无线移动节点通信。换句话说，没有用于调度半永久时隙的与所有无线移动节点12a-12h的集中式主/从型调整。由于以分布形式调度无线移动节点12a-12h间的时隙，在无线移动通信网络10中没有单点故障。
控制器18可以按优先顺序排列通信链路，以及基于使半永久时隙可用于与新相邻移动节点建立通信链路的优先顺序，删除一个通信链路。下面将更详细地说明通信链路的优先顺序。另外，控制器18还可以按优先顺序排列通信链路和基于该优先顺序，调度至少一个可用时隙。
如果通信链路的数量小于N，控制器18还可以调度一个半永久时隙作为可用时隙。这在对于现有通信链路的按需基础上有利地支持了通信链路需求。然而，如果通信链路的数量再次等于N，则控制器18可以将按需分配的时隙重新调度回半永久时隙，如下面更详细所述。
由启动移动节点，诸如节点12a和接收移动节点，诸如节点12b形成每个通信链路，以及启动移动节点将可用的半永久时隙的列表发送到接收移动节点。然后，接收移动节点12b将一个半永久时隙的选择发送到启动移动节点。然后，启动移动节点12a向接收移动节点确认所选择的半永久时隙的选择。
每个移动节点可以进一步包括连接到收发信机14的全向天线20，用于与其他相邻移动节点交换位置信息。可以交换的其他信息包括资源要求和检测潜在的新相邻节点的存在。另外，相控阵天线16可以同时生成多个天线束，其中，控制器18使相控阵天线在调度的半永久时隙内对准多个相邻移动节点。
干扰检测单元18d检测和避免在波束宽度内并分配相同时隙的共线节点对的干扰。例如，参考图1，在相同的分配时隙1的一半期间，节点12a和12e分别向节点12b和12c发送。通过足够宽的天线波束宽度，节点12b和12c可以同时收到来自节点12a和12e的传输。干扰检测单元18d可以在时隙使用期间，在物理层测量信号与干扰比(SINR)。或者，可以基于CRC校验故障，在链路层测量分组差错率。如果这些测量违反指定阈值，则说明该时隙坏。
然而，因为衰落会导致单个时隙使该测量失败，如果该时隙的n次试探的m次经受降质，则期望说明时隙中的过多干扰。在该点，控制器18试图避免该干扰。可以转换链路两端在该时隙的发送/接收顺序。如果该转换失败，可以调整一个新的时隙。当然，应当随机地进行这些改变以降低节点对试图在同一时间进行相同改变从而仍然冲突的可能性。
业务调整单元18e管理可由流式视频或高速传感器数据生成的不平衡业务负荷。提供调整机制以允许每个半双工链路以业务的任何发送/接收划分来分配时隙。同时，可以使时隙的最大数目增加到高于最小的数目以便创建更多的需求时隙。由于节点可从半永久分配的时隙“窃取”子时隙以便重新分配给需求时隙，划分子时隙将允许有效增加或减少时隙的最大数目。此外，通过在每个节点请求和分配沿路径的大量时隙和/或子时隙以便容纳高速流，预留协议可与链路调度过程一起使用，以指示在每个节点沿从源到目的地节点的路径分配用于高速流的资源。对于预留资源，需要分离队列和队列服务规范以确保递送该流所需的容量。
本发明还针对用于建立用于多个移动节点12a-12h的通信链路的方法，每个移动节点包括收发信机14、连接到收发信机的相控阵天线16以及连接到收发信机的控制器18。该方法包括为每个移动节点12a-12h，调度用于每个时间帧的各半永久时隙，以便与相邻移动节点建立通信链路以及在每个时间帧内，留下至少一个可用时隙。
最好基于链路通信需求，调度该至少一个可用时隙用作与相邻移动节点的通信链路。在与之通信期间，相控阵天线16对准每个相邻移动节点12a-12h。每一时间帧可以具有达N个半永久时隙以及至少2N-1个可用时隙。
该方法还可以包括启动用于各个时间帧的一个或多个半永久时隙请求以便建立与每个相邻移动节点的通信链路以及在每个时间帧内，留下至少一个可用时隙，同时处理从相邻移动节点接收的多个半永久时隙请求，以及基于链路通信需求启动至少一个可用时隙请求也用作与相邻移动节点的通信链路，同时处理从相邻移动节点接收的多个可用时隙请求。
定向/相控阵天线16在与之通信期间，对准每个相邻移动节点12a-12h，检测与相邻移动节点通信的时隙中的干扰，以及基于所检测的干扰，调整新时隙的调度。干扰检测单元18d可以测量信号与干扰比和/或分组差错率。分组差错率可以基于循环冗余校验(CRC)故障。而且，干扰检测单元18d可以将所检测的干扰与阈值进行比较。最好，控制器18基于所检测的干扰，转换节点之间在给定时隙的通信顺序，以及在转换通信顺序之后，基于所检测的干扰，还可以调整新时隙的调度。而且，可通过基于链路通信需求分配用于调度的时隙，可以调整与每个相邻移动节点12a-12h的通信。
该方法进一步包括使每个节点按优先顺序排列通信链路，并基于使半永久时隙可用于与新相邻移动节点建立通信链路的优先顺序，删除一个通信链路。另外，基于链路需求，可将当前被调度提供特定通信链路的可用时隙重新分配给另一通信链路。这有利地允许任何移动节点适应通信链路需求的变化。
现在，将更详细地论述半永久时隙和可用时隙的调度。由于本领域的技术人员将容易理解本发明的该特征，将省略有关操纵定向天线16转向接收移动节点12a-12h的细节。
为论述目的，将假定定向天线16是相控阵天线。如本领域的技术人员容易理解到的，相控阵天线16包括多个天线元件和能够被调整以在所需方向上产生可操纵天线波束的各移相器。相控阵天线16操纵或扫描天线方向图，而不物理地移动天线。
同时为论述目的，进行有关无线移动通信网络10的多个假设。首先，存在由所有无线移动节点12a-12h共享的高数据速率信道的单频带。这种传输信道在所有无线移动节点12a-12h之间对于发送和接收是时间共享的。预先调度所有的传输时隙。
还假设提供单独的低数据速率开销信道。该开销信道能用于节点发现、入网以及交换包括资源请求的各种其他数据链路控制开销信息。经由全向天线20提供该开销信道。在所有节点也已知良好的全球定时基准。在整个下面的描述中，能互换术语“无线移动节点”和“无线移动通信系统12a-12h”。
无线移动通信网络10还包括定位和跟踪移动节点使得当调度的时隙可用时，能精确地指向相控阵天线16。如上面所提到的，在此将不提供有关指向/跟踪的详细描述。
还假定相控阵天线16具有零波束宽度。稍后将放宽该假定。因此，可假定给定移动节点的传输将仅由其正尝试发送的相邻移动节点接收。这允许对于时隙的调度的较少限制约束集。每个通信链路将被标记一个数字，其表示用于在其内发送和接收数据的调度的时隙。
约束如下。没有节点具有多于一个通信链路用相同时隙数标记。给定时隙分配将应用于两个移动节点之间的半双工链路，并由两个节点交替使用用于发送和接收。这两个约束暗指由移动节点分配给一个其相邻节点的时隙受到该节点分配给其他链路的前一时隙的约束。
在图1中示例说明用于相控阵天线16的时隙的调度，其示出具有基于调度的时隙的链路连接性的网络10。调度时隙使得无线移动节点12a-12h知道何时使它们各自的相控阵天线16指向相邻无线移动节点。
假定通信链路是双向的并以半双工型式使用，其中每个时隙数表示时隙和在那个时隙中产生的每个方向上的传输机会。术语Nframe将用来表示帧内的最大链路指数或最大时隙数。在该例子的情况下，Nframe＝6。
图3示例说明时隙的代表帧。在最简单的形式中，每个出现时间或帧具有n个时隙以及n值被设置成Nframe。在该图中，还示出时隙如何用于连接到标记为节点A和B的节点的链路。每个时隙被分成两个小时隙22a和22b。第一小时隙22a(例如半个时隙)用于从节点A到节点B的传输。然后，反转链路的方向以及第二小时隙22b用于从节点B到节点A的传输。
在传输周期期间，能发送多个分组。如所示，每个小时隙22a、22b还包含根据下述考虑选择的保护时间24a、24b。任何节点对之间的最大范围确定了必须适应的最大传播延迟。100英里的最大范围对应于约0.5ms的传播延迟。对于每个小时隙22a、22b分配保护时间以适应所有节点对之间传播延迟和不等传播延迟的不确定性。
在100英里的最大范围，需要0.5ms的保护时间。用于100英里的最大范围的保护时间分配暗指需要使小时隙22a、22b大约2至4ms以便最小化信道效率损失。例如，如果假定通信链路上50Mb/s的数据速率以及100英里的最大范围，那么4ms小时隙暗指200,000位/小时隙(每秒250个小时隙)。因此，小时隙将包含25,000位的保护时间和175,000位的任务数据。
当调度可用时隙时，控制器18还可以偏置每个建立的链路以便分配优先级。如下面更详细地描述的，在每个帧内提供半永久(SP)时隙和可用或按需分配(DA)时隙。所述目的是同时增加时隙在几个节点的再使用。当图1中的移动网络10在节点和通信链路总数方面受限时，存在并行使用时隙的情形。例如，在3个不同通信链路上同时使用每个时隙1和2，以及仅在一个链路上使用时隙6。所有其他时隙被分配给两个通信链路。能定义将再使用的平均水平表示为网络中的时隙分配的总数(Nframe)与分配的时隙数量(Num_Slots_Assigned)的比率的再使用率。
R=Num_Slots_AssignedNframe---(1)]]>
对于图1中的示例网络10，再使用方法提供R＝14/6＝2.333的再使用率，表示在网络调度中，平均上存在每个时隙稍微多于2个的同时用户。很显然，为任何特定调度算法计算的再使用率将非常依赖于网络大小和拓扑结构。完全比较估计应当考虑多个网络大小和拓扑结构。
可通过注意到每个节点需要至少与具有近邻的节点一样多的时隙，即，节点需要至少等于其次数的多个时隙来确定用于任何图的Nframe值的下限。然后，Nframe必须至少与整个图上的最大节点次数(node degree)一样大。因此，由di表示节点次数，Nframe的下限为Nframe≥maxi{di} (2)对于图2所示的示例性网络10，分配再使用部分，调度Nframe等于根据方程式(2)必须使用的时隙的最小数。注意几个节点，即，除节点1外的所有节点被分配少于整个时隙集。因此，增强的调度算法能够向一些链路分配另外的时隙，而不引入调度的冲突。
下述论述主要集中在用于生成链路调度的时隙的调度。最终必须解决的整个相控阵网络问题的其他部分包括1)节点和近邻发现，2)入网，3)开销信道格式和协议，包括用于调度更新的协议交换，以及4)跟踪和定位近邻节点(可以包括相控阵天线16的辅助)，以及5)用于动态网络拓扑结构的路由算法。
用于根据本发明调度时隙的方法基于下述原理。首先，将指定数目的时隙分配为调度用于给定链路的半永久(SP)时隙。可以基于按需分配将剩余的可用时隙(DA)分配给最需要它们的节点/链路。这允许基于需要而改变调度的灵活性。其次，如上所述，确定半永久分配时隙的最大数目的极限。该极限是基于特定网络选择的参数。该极限还是每个节点具有单个SP时隙的可容许近邻节点的数量上限。
第三，如上所述，确定每帧的时隙的最大数目的极限。该极限也是基于特定网络选择的参数。该极限对于确定等待时间的极限非常重要，因为它确定用于链路发送时机的最大再访问时间。
第四，选择每帧的总时隙数Nframe和每帧的最大半永久分配时隙数的极限之间的关系，使得大大地简化半永久分配的时隙的调度，以及即使通过分布式调度，也能显著地避免调度冲突。
通过将每个节点的最大半永久分配时隙数限制到每帧的时隙总数的某一小部分，大大地简化了分布式分配半永久分配时隙的处理。将用N表示半永久分配的时隙数的上限(以及因此，可容许相邻节点的最大数)。将考虑Nframe的值使得Nframe≥2N-1 (3)假定网络10中的所有节点12a-12h由定向链路连接，其中，每个节点具有波束由跳时共享并指向其相邻节点的单波束相控阵天线16。另外，假定近邻的数量为N，以及对于半永久时隙的可容许数量的限制是固定的(每个近邻分配一个SP时隙)。
如果Nframe的固定值满足方程式(3)，那么，所有节点能通过与近邻对于那个链路的相互同意而选择不同半永久时隙用于这些链路的每一个，而不考虑多于一跳外的其他节点正选择什么链路。这允许每个节点以非常直接的方式，通过仅与相邻节点通信而选择其用于到那个相邻节点的链路的半永久时隙。可对于多达N个相邻节点继续该处理。
关键是认识到随Nframe的值增加固定值N，对于节点选择不与近邻的时隙选择冲突的时隙的能力有更少约束。选择用于新链路的时隙的节点必须选择当前未使用以及近邻当前未使用的时隙。
如果节点当前具有m个近邻以及单个时隙分配给至近邻的这些链路的每一个，以及正在将链路增加至新的邻近节点的链路，则近邻节点能使用最多(N-1)个时隙。因此，如果Nframe大于(m+N-1)，则将存在至少一个时隙该节点可用于分配到新链路。在该分配过程中，最糟糕的情形是当节点已经具有(N-1)个近邻以及正为笫N个近邻节点分配时隙。在这种情况下，因为要保证另外一个时隙可用于分配给至第N个近邻的链路，Nframe必须满足等式(3)。
将进行一些附加陈述，有关可以在所公开的时隙调度方法中，如何使用该属性。首先，节点仅需要与那个近邻协调将分配给至近邻的定向链路的半永久时隙的选择。请求链路的节点可以例如向近邻发送用于该链路的建议时隙的列表。这是基于那些时隙未用于SP分配。基于下面将描述的其他因素，存在该列表的一些排序，但这不是必要的。然后，近邻节点可以从该列表中选择它想要的时隙以及对该选择返回一个应答。这允许我们定义用于调度半永久时隙的直接、完全分布式的算法。
如果节点具有少于N个近邻，那么能对于各个链路分配其N个允许的半永久时隙的多于一个。然而，在这种情况下，不保证能经由近邻与近邻节点的协调进行所有N个分配而没有一些冲突。例如，如果N＝6以及节点仅具有3个近邻，但这些近邻的每一个分别具有6个近邻，那么，节点能向与其3个近邻的每一个链路仅分配一个时隙。为了简化算法，将不允许每个链路调度多于一个SP时隙。然而，所有未用时隙可以分配为可用时隙。
对于具有非常多的节点的某些网络，其中，潜在近邻的数量将远大于极限N，还存在将处理的拓扑控制问题。该节点将面临从潜在近邻中选择产生最佳网络拓扑结构的那些近邻。该拓扑控制问题还与优化能源效率网络的概念有关。在潜在的近邻数量远大于N的情况下，可以使用拓扑控制函数来选择所连的近邻节点。
如果向Nframe分配(3)所容许的最小值，那么将容许每个节点具有最多N个半永久时隙和总数(2N-1)个时隙的分配。将基于最佳适应业务负荷，分配按需分配的时隙。当然，分配大得多的Nframe的值也是可选的。在这种情况下，将存在可用于按需分配的非常多的时隙。存在这是构造网络的期望方法的应用。
关于半永久时隙，节点仅需要与近邻协调将分配用于至那个近邻的定向链路的可用时隙的选择。这表示近邻将在定向链路上向该近邻发送时隙分配的请求，以及在同一链路上接收分配的准许或请求的拒绝。
请求从相邻节点分配可用时隙DA的节点将基于对于那个链路上的附加容量的感知需求而这样做。这可以基于短期和长期测量，由高链路利用率(队列组合)提示。该请求将包含请求的时隙数和表示将附加到该请求的优先级的度量。该度量可以指示队列长度作为需要时隙分配的度量标准。
接收请求的节点还可以从竞争同一时隙的分配的其他邻近节点接收请求。为了简化该协议，节点必须在考虑下一分配之前完成处理可用时隙DA分配的一个线程。这些分配可以不持续长的时间周期，因为作为拓扑结构变化的结果，它们始终经受抢占而重新被分配为半永久时隙，或由于变化业务需求，而经受重新分配。
现在，将论述近邻和链路发现。分布式链路调度算法在与一个潜在节点建立定向链路之前，需要全向开销信道支持必须发生的与那个近邻节点的某些协议交换。这种消息包括请求对于到那个节点的定向链路的半永久时隙的分配的REQ_SPTS。
除支持直接支持这里定义的协议的协议消息交换外，全向开销信道必须支持近邻和链路发现功能。这通常通过每个节点经由全向天线20的定期全向传输来完成，通过在两个节点可以是相邻节点的范围内移动的任何其他节点。几种ad hoc路由协议(包括OLSR)已经定义了这种支持协议。这些先前定义的协议能适用于支持该分布式链路调度算法。必须由这种协议执行的主要功能是发现新的潜在相邻节点并将这些报告给拓扑结构控制功能。
用于节点和链路发现的一种方法包括每个节点在控制信道上定期地发送信标消息以便将其存在和位置通知相邻节点。另外，定期发送链路状态消息以便通知相邻节点其信标近邻(BN列表)及其PA近邻节点(PAN列表)的标识以及分配给这些节点的时隙。
算法的链路发现部分连续地比较双向信标近邻(BBN)列表与PAN列表，以查看是否存在任何节点在BBN列表上但未在PAN列表上。任何这种近邻节点成为链路测试的候选，以确定PA链路是否可能。根据该方法，在交换控制消息之后，测试定向链路以便确定可靠通信是否可能。如果通信是可靠的，则将新的近邻节点添加到PAN列表上。
这验证在测试时隙中的通信，但不一定在可在半永久基础上分配给链路的时隙中。一种方法就是如此，或另一种方法是等待直到分配SP时隙并在该时隙中测试它。
如果不必做拓扑结构优化，则拓扑控制功能可以是非常直接的功能。该功能的目的是获得PAN列表中的节点列表、有关这些链路的可靠性的信息，以及有关网络拓扑结构的信息，并使用该信息来确定PAN列表上的哪些节点应当变为PA近邻。这是如果存在不允许PAN列表中的所有节点成为PA近邻，诸如PA近邻的数量的约束，则应当优化网络拓扑结构的功能。
通过所提出的用于Nframe的固定值和用于N(每个节点的最大半永久时隙数)的固定值的约束，存在有关网络拓扑结构利用率的一些考虑的可能。如果将这些值选择成非常小的数，必定是这种情形。例如，如果选择N＝3以及Nframe＝5，当对任一节点可具有少于3个近邻时，难以期望良好连接的网络拓扑结构，除非智能拓扑结构控制功能在添加新PA近邻节点之前，谨慎地利用该拓扑结构。对于大型网络极可能是这样。
因此，拓扑控制功能应当产生近邻优先级(NP)列表，其是按作为潜在PA近邻的期望度顺序排序的PAN列表。该列表将指示潜在PA近邻被调度时隙的优先级顺序。然而，我们最初的问题是小网络具有可能15个节点。在这种情况下，指定N具有5至8范围内的值，以及仍然具有小的等待时间。由于允许5至8个近邻节点将允许几乎所有可能的近邻成为PA近邻，极小的可能性将存在任何拓扑结构利用率问题。
拓扑控制功能的第二目的是生成拓扑改变事件，使链路调度处理改变状态并执行用于SP时隙的重新分配处理。
现在，将描述高级调度算法结构。通过最小化该处理的复杂性同时利用上面概述的全部方法的目的，阐明该调度处理。控制该调度的关键在于在每个节点保持精确的数据结构，反映时隙调度的状态用于分配给与每个相邻节点的链路的未来时隙。
提出两种数据结构时隙分配DB和链路消息DB。在表1中列出了对于出现时间中的给定时隙的数据结构中的链路的可能状态。该表描述了每种可能状态并给出用于那个状态的符号。表2示出了示例性时隙分配DA和表示用于Nframe＝9的时隙的内容(N＝5)、用于每种状态的状态分配，以及对每个时隙示例性分配的近邻ID。
在该例子中，4个近邻已经被分配SP时隙，因此由于这些约束可以连接一个附加近邻。如果一个新的近邻节点可能，存在一个空闲时隙可分配作为DB时隙或提供将分配作为SP时隙的DB时隙。后面晚将在详细协议说明中，论述链路消息DB的使用。该例子还表示使用子时隙，例如每个时隙2个子时隙。
这是将与DA分配一起使用以便允许更细间隔尺寸的原理。在这种情况下，表示时隙K、子时隙1的分配将是到奇数帧上的时隙K的链路的分配。相反，子时隙2将表示偶数帧上的时隙的分配。
表1

表2

图5示出了链路调度协议的顶层状态图。该图示出了负责维护和修改时隙分配数据库的两个独立的处理30和32。左侧是用于维护和分配半永久(SP)时隙的处理，即，处理30的状态图。该处理具有高于右侧的处理32所做的分配的优先级，处理32负责分配可用(DA)时隙。在处理路径31内，能占用的时隙如下空闲、DA分配以及处于DA分配的处理中。类似地，在处理路径33内，能占用的时隙如下空闲、DA分配和还需要被重新分配。
必须将该数据库控制为锁定数据库，使得对于任何给定时隙分配状态，仅两个调度处理之一可以修改在给定时间点的那个状态。一旦一个处理开始修改特定时隙分配的状态，该状态被锁定并且其它处理不可以修改它直到它被释放。
在任何时间，DA中的每个时隙处于表1所示的七个状态之一。可用时隙被说成处于空闲状态，即，它们未被分配给至其相邻节点之一的链路，因为调度冲突已经阻止了分配或因为时隙最近变为空闲而还没有被调度。
如所示，空闲状态下的时隙可以被调度为SP时隙或DA时隙。可以仅由维护SP时隙的处理修改已经分配为SP分配的时隙。如果网络拓扑结构改变或如果更多所需拓扑结构可能，可以由该处理解除分配该时隙。直到该时隙返回到空闲状态为止，维护和分配DA时隙的处理不能修改其状态。
另外，具有表示其正处于SP分配的处理中的DB状态的任何时隙不能由DA分配处理分配。这包括表示已经发送SP请求和应答消息的状态。然而，如果时隙的状态为DA分配的，那么它可以由DA分配处理重新分配。如果网络上的负荷表示需要DA时隙的重新分配，则可以执行该操作。
相反，分配SP时隙的处理具有优先级。除分配空闲时隙之外，它可以占用和重新分配已经被DA分配或处于DA分配过程中的所有时隙。这样做以便提供在Nframe时隙帧期间，确保至少一个SP时隙分配给每个相邻节点的简单处理。仅当链路丢失或拓扑结构控制功能确定特定链路应当不再处于将与近邻节点建立的前N个链路的列表中时，才使SP分配的时隙返回到空闲状态。
图5示例说明该处理如何在顶层工作。SP时隙分配处理在分配时隙过程中，具有更大的灵活性。它能占用比DA过程更多的时隙用于分配，并且它能占用已经被DA分配或处于DA分配过程中的时隙。SP处理可以从拓扑控制功能接收包括拓扑结构改变事件的用于处理的各种事件和协议消息。
这些事件可以包括到近邻的链路的丢失、新近邻的发现、从近邻节点收到SP分配请求消息以及将要发生添加到近邻的链路、中继链路或两者的拓扑结构改变的发现。拓扑改变事件通知将承载将描述需要发生的拓扑结构改变的数据。
如果事件描述了链路的丢失，那么必须采取的唯一动作是将时隙分配DB中的适当时隙状态改变成“空闲”。如果将增加链路，则处理更复杂。在这种情况下，SP时隙分配处理启动与新邻近节点的协议消息交换并修改时隙分配DB。这最终导致在两个节点之间，关于用于分配给该链路的SP时隙的时隙分配的一致。仅将单个SP时隙分配给与有近邻的每个链路以便简化该协议。下面，描述该协议的另外的细节。
分配DA时隙的处理遵循类似的过程。DA时隙分配处理必须计算DA时隙需要并将它们与分配的时隙进行比较以确定是否需要新时隙重新分配。如果启动DA时隙的重新分配，也将导致与相邻节点的一系列协议消息交换以便对重新分配的时隙达成一致。DA时隙分配处理可以仅重新分配处于空闲状态或未SP分配的时隙。下面，将论述更多有关该协议细节和用于确定何时需要DA时隙重新分配的处理。
现在，论述将半永久时隙分配到定向链路。在用于分配N个半永久时隙的方法的描述中，假定N是固定的并相对于网络大小和环境而被智能地选择。还假定Nframe＝2N-1。如果认为对特定网络和业务环境有用，还能将Nframe设置成高于此的任何值以便提供另外的按需时隙。
通过拓扑控制功能提供几个重要的功能。由拓扑控制功能来生成近邻优先级(NP)列表并用来表示时隙分配的优选PA近邻节点。
如果NP列表的长度为N或更小，那么，拓扑控制功能将生成至SP时隙分配处理的拓扑改变事件，以便使它尝试获得对所有这些邻近节点的时隙分配。如果NP列表的长度大于N，那么将生成至SP时隙分配处理的拓扑改变事件以便获得对于NP列表上的N个最高优先级节点的每一个的时隙分配。
由于网络动态，经常改变NP列表。当PA链路中断时，从NP列表中去除该节点，然后，使用于那个链路的时隙经受重新分配。这通过拓扑控制功能向SP时隙分配处理发送链路删除事件来启动。因此，分配给那个链路的SP时隙和任何DA时隙变为可用于重新分配给PA列表上的另一节点。
当时隙变为可用时的第一选择是如果可以提供NP列表的当前状态，则将时隙分配到另外的PA近邻节点。如果不能增加另外的近邻节点，那么能基于DA重新分配该时隙。
图6示出SP时隙分配处理的状态图。为了管理协议消息处理，如表3所示，创建链路调度消息DB。这保持当下一SP消息到达用于处理时，使用在前协议交换所需的状态。空闲处理执行事件管理，其中，在允许状态改变成其他状态之一之前，检查接收的事件。
这些操作包括检查接收的消息以便确定它们是否与DB的当前状态一致。如果消息与DB不一致，则丢弃它。某些超时可以表示DB状态需要被复位。该处理执行这一功能。
表3

存在在SP时隙分配协议中所需的四种基本消息类型，如下表4所列。这些的用法是显而易见的以及与先前论述的一致。
表4

SP时隙分配的例子如图7所示。节点1和2均具有3个近邻，具有为每个链路所示的SP时隙分配。因此，它们能在它们自己之间增加另外的链路。链路调度协议将找出用于SP分配的可接受时隙。相应的协议消息交换如表5所示。
节点1通过发送具有至少N个候选时隙的列表的REQ_SPTS(L＝(4，5，6，7))来启动交换。该列表可以包括所有空闲和DA时隙。节点1正将时隙1、2和3用于到其近邻的SP分配，因此，其列表L包含其他时隙4，5，6，7。当发送请求消息时，对时隙和链路调度消息数据结构进行适当的改变。节点2正将时隙4，5和6用作用于到其3个近邻的链路的SP分配，因此，它选择时隙7作为将用于新链路的唯一一个时隙。在答复消息中，它发送该选择。
当发送答复消息时，也对时隙和链路调度消息数据结构进行适当的改变。最后，当发送或接收确认时，适当时隙的状态被改变成“分配给链路(1，2)的SP”。
还注意如果节点1和2已经选择了四个近邻节点，对它们来说，如果它们与它们的近邻的至少两个使用相同时隙，则仍然可能找出在它们之间建立链路的共用时隙。
表5

已经开发了描述图6中所要求的处理的一些初始伪代码。存在会发生的必须由SP时隙分配处理34处理的各种事件。在表6所示的空闲状态中进行事件管理。示出了四类事件接收消息、检查超时、来自拓扑控制的链路添加通知以及链路故障或链路删除。
首先相对于链路调度消息DB检查接收消息以确保消息与DB的当前状态一致。例如，如果向近邻发送一个请求，所期望的下一消息是答复。为了简化该分布式协议，一次仅允许SP协议消息交换的一个线程。通过在启动链路添加转变之前或在处理REQ_SPTS消息之前，检查DB以便查看是否正在进行其他SP消息交换，在过程中实施此操作。
如果因为另一SP协议线程目前正在进行中而不能启动链路添加，通过回退并重新调度一个预期完成另一处理的稍后时间，而延迟链路添加。允许多次尝试以便处理尝试同时添加链路的几个节点之间的潜在冲突。这不表示处理不可靠RF链路的问题。后一问题应当通过使用开销信道上的链路协议来解决，使用ARQ和重传来恢复丢失/错误的消息。
因此，分布式调度协议能假定消息将不会丢失。这允许简化协议。当拓扑控制从NP列表中选择连接一个近邻作为新近邻时，它发出拓扑变化(链路增加)事件，该事件(在空闲处理中的一致性检查后)在SP时隙分配处理中引起转变成链路增加状态。
表6

在表7中示出了用于链路添加处理的伪代码。这启动要求仅在两个相邻节点之间调整SP时隙分配和协议消息交换的处理。请求链路的节点将REQ_SPTS消息发送到候选相邻节点，带有用于链路的可接受时隙的列表。
候选时隙的列表必须包含至少N个时隙，包括至少一个半永久时隙SP。该列表也能包括所有可能的N-1可用DA时隙。可以目前暂时分配可用或按需时隙用于按需业务。将按优先级排序该列表以表示在当前可用时隙分配中，引起最少干扰的时隙优选。换句话说，所使用的表示法是时隙不是SP时隙，除非已经分配给通信链路。2N-1个时隙的任何一个可以是SP时隙。因此，所发送的N个时隙的列表均为空闲时隙或可用DA时隙。这些可以是N-1个SP时隙但它们已经被分配并不在该列表上。
能发送REQ_SPTS消息达MAX_TRIES次以考虑到不可靠链路和与可能同时发生的其他分配的冲突。如果没有响应REQ_SPTS消息而来自近邻节点的REPLY_SPTS消息，链路调度消息DB中的超时触发重试。一旦发送REQ_SPTS消息，该处理返回到能处理其他事件的空闲状态。
表7

收到REQ_SPTS消息的近邻将使其SP时隙分配处理转变为处理REQ_SPTS状态。用于处理该消息的过程如表8所示。该过程获得所提供的时隙列表、Ls并选择其优选的时隙Ns。
如果到近邻节点的链路的数量Num_links少于极限N，过程从该列表中选择它优选的时隙。然后，发送带有该选择的REPLY_SPTS应答消息。如果不能接受该链路或如果正在处理另一正在进行的SP时隙分配，则发送否定的REPLY_SPTS应答消息。
将从其N个可用时隙之一或其空闲时隙之一选择所选择的时隙。可用时隙是“空闲”时隙或可用DA时隙。如果能添加另一链路，将存在至少N个这些时隙。每个节点总是管理其时隙使得存在N个时隙可用于分配为半永久时隙(如果许多相邻节点可用，一个分配给N个相邻节点的每一个)。如果它接受该链路，那么它将具有最多N-1个其他相邻节点，每个节点分配一个半永久时隙。该过程还对链路调度消息DB和时隙分配DB中的状态进行适当的修改。
表8

如表9所示处理所接收的REPLY_SPTS消息。从该消息中提取从近邻节点接收的时隙Ns的选择。还要求节点通过表示它将同意使用所分配的时隙的肯定或否定CONFIRM消息来确认该应答。该三向握手消除了调度处理的结果的不确定性。
如果REPLY_SPTS消息是肯定应答，那么检查时隙的选择Ns以便查看它是否仍是用于新链路的新SP时隙的可容许分配。如果是可容许的，那么进行对时隙分配和链路调度消息数据库中的状态的适当修改。然后，返回肯定CONFIRM消息。
如果所接收的REPLY_SPTS消息是否定的，那么，对该Nbr_ID，复位时隙分配和链路调度消息数据库。否则，如果Ns的选择不再被允许，那么对该Nbr_ID，复位链路调度消息数据库。然后，将否定的CONFIRM消息发送到近邻节点拒绝该链路。
表9

表10示出了用于处理COFNIRM消息的过程。如果COFNIRM是肯定的，则考虑将链路添加到近邻集。递增用于该节点的链路数量，Num_links。在时隙分配DB中将分配的时隙Ns标记为SP_Alloc，以及对索引Nbr_ID，复位链路调度消息DB中的链路消息状态。如果消息是否定的CONFIRM，那么对该Nbr_ID，复位时隙分配和链路调度消息数据库。
表10

由于几种原因之一，分配的时隙可能需要解除分配。如果在正常操作过程期间，链路掉线或变得不可靠，那么涉及拓扑控制功能以解决不可靠链路问题。最后，它可以生成拓扑变化(例如链路删除)事件，指示SP时隙分配处理删除分配给该链路的所有时隙。
在该过程中包含的步骤如表11所示。通过从请求解除分配与其它节点共享的所有时隙的节点发送DELETE_TS消息，解除分配链路。另外，复位链路调度消息DB和时隙分配DB中的适当项。
表11

表12示出用于处理接收的DELETE_TS消息的过程。从该消息中提取解除分配的时隙的列表Ls。然后，复位时隙分配DB和链路调度消息DB中的适当状态。
表12

总的来说，用于分配半永久时隙的功能的目的是，与尽可能多至N的相邻节点连接。如果获得N个相邻节点，那么每个被分配一个半永久时隙。一旦由该协议建立了新链路，那么两个节点将在新分配的SP时隙中开始操作。
该操作将测试新链路以确定是否能使用所分配的时隙保持可靠通信。这确保了在该特定时隙中不出现不寻常干扰。如果链路被测试为不可靠，那么将通知拓扑控制功能以便该时隙能够被解除分配并用于其他目的。
现在，将论述可用(按需)时隙的分配。将以响应网络业务的波动需求的方式分配可用时隙。同样，假定N是固定的以及相对于网络大小和环境而智能地选择。同样假定Nframe＝2N-1。
为了允许可用容量的分配中的精细间隔，将时隙划分成ms个子时隙。假定对于下面的讨论ms＝2。这将通过将子时隙定义成每第ms(或第二)帧重复的特定时隙分配来完成。
仅当至少一个半永久时隙分配用于这两个节点之间的链路时，才允许从一个节点到相邻节点的可用时隙的请求。在链路被分配至少一个半永久时隙之后，然后，节点可以每第ms(或第二)帧，请求单个时隙的定期分配。由于PA链路具有每帧至少一个半永久时隙的分配，可以在PA链路上，发送用于调度可用时隙的消息，用于在它们被需要时提前几帧调度时隙。
用于可用时隙的有效分配的关键要求是测量每个链路上的业务需求。将需要两个测量。首先，用Tikse表示测量的链路(i，k)上所发送的平均业务量(以每帧的时隙数为单位)。该度量将包括在每帧的一个或多个半永久时隙以及任何可用时隙上发送的所有业务量。
另外，还需要维持用于链路(i，k)队列状态的当前度量Qik。大Qik值表示需要立即分配一个或多个可用时隙。偶而的需求突发会产生Qik的增加，然后，将触发请求容量的另外时隙，直到队列大小减小。
链路(i，k)上所分配的时隙的总数(通过ms＝2，量化成时隙的1/2)将用Niktol表示。时隙需求定义如下Tikdem=f(Tikse,Qik)---(4)]]>其是测量的业务量加上用队列大小表示的估计的所需另外容量的函数。因此，在该链路上需要的时隙数Tikneed如下Tikneed=max(Tikdem,Tkidem)---(5)]]>分配到该链路的度量如下MikDA=Tikneed-Niktol+B---(6)]]>
其是通过DA时隙分配机制，应当分配给该链路的另外的时隙的估计数量的度量。B是可以标称设置成时大约隙的1/4到1/2的偏置项，以便将足够多的容量分配给每个链路以避免相当大的排队。尽管示例说明了使用(4)中所定义的度量的方法，也能将其他各种度量用作用于分配DA时隙的基础。
图8示出DA时隙分配处理36的状态图。该状态图和协议交换与SP时隙分配处理类似。为了简化协议消息处理，在任何时候，仅可处理DA时隙分配的单个线程。空闲处理进行事件管理，因为它在允许状态改变成其他状态之一前，检查所接收的事件。
这些操作包括下述。检查所接收的消息以确定它们是否与DB的当前状态一致。如果消息与DB不一致，则丢弃它。某些超时可以表示DB状态需要被复位。该处理执行该功能。它还确定DA时隙分配是否最佳给予节点的业务负荷需要。如果确定一个新DA时隙必须被添加到特定链路，则可以使得转变到添加DA时隙状态。
如表13中所列出的，存在DA时隙分配协议中需要的四种基本消息类型。这些与SP时隙分配中所使用的那些非常类似。这些的使用是自说明的并且与SP时隙分配处理的先前描述一致。
表13

DA时隙分配的例子如图9所示。节点1希望添加用于其链路(1，2)的另外的DA时隙分配。相应的协议消息交换如表5所示。节点1通过发送表示其能支持所有时隙5和6以及子时隙4.2的分配的REQ_DATS(L＝(4.2，5，6))，启动交换。该列表可以包括所有空闲的和DA时隙，较少需要后者。
当发送请求消息时，对时隙和链路调度消息数据结构进行适当的改变。节点2使用时隙1，3和6作为用于到其3个近邻的链路的SP分配以及将子时隙2.1和3.2作为DA分配。它可以选择子时隙4.2或时隙5的两个子时隙。它选择并在应答消息中发送该选择。
当发送应答消息时，也可以对时隙和链路调度消息数据结构进行适当的改变。最后，当发送或接收确认时，适当时隙的状态被改变成“子时隙4.2被DA分配到链路(1，2)”。
表14

在每个网络节点使用下述方法来分配(N-1)个可用时隙用于到相邻节点的定向链路。使用这些度量，每个节点将对于被分配一个半永久时隙的每一个其链路，连续地保持链路度量MikDA。每个节点将使用该链路度量向每个相邻节点表示需要另外的传输时隙。MikDA的最大值，表示最需要另外的按需时隙分配的链路。MikDA的正值表示所需要的另外时隙的数量，以及负值表示能交出用于解除分配的时隙的数量。
当保持度量MikDA时，如果最大链路度量表示需要另外的子时隙分配，以及如果存在可用子时隙作为空闲时隙或作为到其他链路的过剩DA分配(同样用小度量表示)，那么处理转变成添加DA时隙状态以及启动寻找DA时隙分配的处理。
关于半永久时隙，节点仅需要与近邻协调将分配用于到那个近邻的定向链路的DA时隙的选择。这表示一个近邻将在定向链路上向该近邻发送时隙分配的请求，并在同一链路上接收准许分配或拒绝请求。
已经开发了描述图8所需处理的一些初始伪代码。存在发生的必须由DA时隙分配处理处理的各种事件。在如表6所示的空闲处理中进行事件管理。
四种事件如下1)收到消息，2)检查超时，3)链路度量的再计算，以及4)DA时隙需要和DA时隙删除。首先相对于链路调度消息DB，检查接收的消息以确保该消息与DB的当前状态一致。例如，如果向近邻发送一个请求，所期望的下一消息是应答。
为了简化该分布式协议，每次仅允许DA协议消息交换的一个线程。这在过程中通过检查DB来查看在启动添加DA时隙转变之前，或在处理REQ_DATS消息这前，是否有其他DA消息交换在进行中来实现。如果由于另一DA协议线程当前正在进行中而不能启动添加时隙，将不进行添加时隙。
当然可以在用于再计算链路度量和DA时隙需要的下一机会上再调度它。将根据预置调度，定期地再计算链路度量。具有大于某一阈值，Max_metric_threshold的链路度量的链路是获得新的DA子时隙的候选者。
具有超出该阈值的最大度量的链路将被选择为向其分配新的DA子时隙的下一链路。当需要分配新的DA子时隙以及如果满足上述条件，那么在DA时隙分配处理中发生到添加DA时隙状态的转变。
表15

在表16中示出了用于附加DA时隙处理的伪代码。这启动需要仅在两个相邻节点之间协调时隙分配和协议消息交换的处理。请求链路的节点向候选近邻节点发送REQ_DATS消息，具有用于链路的可接受时隙的列表。
候选时隙的列表必须包含具有低于某一阈值Min_metric_threshold的度量的所有空闲子时隙以及所有DA子时隙。目前可以暂时为其他DA业务分配DA时隙。将按优先级排序该列表以表示引起当前按需时隙分配中的最小干扰的子时隙优选。优先级排序将首先是空闲时隙，随后是具有低于Min_metric_threshold的最小度量直至最大度量的子时隙。
为了简化该分布式协议，每次仅允许DA协议消息交换的一个线程。这是在空闲过程中实施的。仅发送REQ_DATS消息一次，但如果近邻节点目前正处理另一DA协议交换，这将不成功。在这种情况下，节点将最终接收否定的REPLY_DATS消息。在这种情况下，如果该链路具有下次估算链路度量最大度量，可再次进行增加DA时隙的尝试。一旦发送REQ_DATS消息，该处理返回到能处理其他事件的空闲状态。
表16

接收REQ_DATS消息的近邻将其DA时隙分配处理转变到REQ_SPTS状态。用于处理该消息的过程如表17所示。该过程获得所提供的子时隙的列表Ls，以及选择其优选的子时隙Ns。接受的子时隙是在时隙分配DB中被标记为空闲或通过小于Min_metric_threshold的链路度量被DA分配的列表LS上的第一子时隙。然后，发送具有该选择的REPLY_DATS应答消息。如果不能接受链路或如果有另一正在进行的DA时隙分配，则发送否定的REPLY_DATS应答消息。该过程还对链路调度消息DB和时隙分配DB中的状态进行适当的修改。
表17

如表18所示处理接收的REPLY_DATS消息。从该消息中提取从相邻节点接收的子时隙Ns的选择。要求节点通过表示它将同意使用分配的时隙的肯定或否定CONFIRM消息来确认该答复。如SP分配处理中所示，该三向握手消除了调度处理的结果中的不确定性。
如果REPLY_DATS消息是肯定应答，那么检查子时隙Ns的选择以便查看它是否仍是用于新链路的新DA子时隙的可容许分配。如果是可容许的，那么对时隙分配和链路调度消息数据库中的状态进行适当的修改。然后，返回肯定的CONFIRM消息。
如果所接收的REPLY_SPTS消息是否定的，那么对该Nbr_ID，复位时隙分配和链路调度消息数据库。否则，如果Ns的选择不再容许，那么对该Nbr_ID，复位链路调度消息数据库。然后，将否定的CONFIRM消息发送到拒绝该链路的相邻节点。
表18

表19示出用于处理CONFIRM消息的过程。如果CONFIRM是肯定的，添加所选择的子时隙以便分配到至Nbr_ID的链路。所分配的时隙Ns在时隙分配DB中被标记为DA_Alloc，以及对于索引Nbr_ID，复位链路调度消息DB中的链路消息状态。如果消息是否定的CONFIRM，那么对于该子时隙，复位时隙分配和链路调度消息数据库。
表19

由于几种原因之一，分配的时隙可能需要被解除分配。如果在正常操作过程期间，链路掉线或变得不可靠，那么涉及拓扑控制功能以解决不可靠链路问题。最后，可以生成拓扑变化(例如链路删除)事件，指示SP时隙分配处理删除分配给该链路的所有时隙。
在该过程中涉及的步骤如表11所示。通过从请求解除分配与其它节点共享的所有时隙的节点发送DELETE_TS消息，解除分配链路。另外，复位链路调度消息DB和时隙分配DB中的适当项。
表20

表21示出用于处理接收的DELETE_TS消息的过程。从该消息中提取将解除分配的子时隙Ls。然后，复位时隙分配DB和链路调度消息DB中的适当状态。
表21

该链路调度算法也可以应用于由相控阵天线16生成的多个同时波束。假定扩展到具有每个采用具有单独接收机的多个天线束，诸如多波束相控阵(或其他类型的多个、定向天线)的节点的系统。此外，假定所有节点不是所有均必须具有相同数量的波束，即，节点k具有Bk个波束。这等效于可在任何时隙的Bk个并行链路。
扩展上述论述(假定单个转向波束)以允许在大于Bk的相邻节点集间时间共享Bk个波束。即使节点每个具有不同数目的波束，所有节点必须使用共同的时隙格式和帧，对于每个波束，每帧的时隙数等于Nframe。
假定由Nbeam表示有关在其Bk个波束的任何一个上半永久(SP)分配的时隙数量的任何节点k的上限(因此，是每射束可容许的近邻节点的最大数量)。Nbeam的值仅依赖于每帧的时隙数，而不是波束数。如在(3)中，规定Nbeam必须满足下述等式Nframe≥2·Nbeam-1 (7)假定由定向链路连接网络中的所有节点，其中节点k具有Bk个波束，波束由跳时共享并指向其相邻节点。另外，假定每个波束允许的近邻数等于Nbeam，有关每个波束允许的半永久时隙的可容许数量的固定极限(每个近邻分配一个SP时隙)。
如果用于每个近邻节点处的每个波束的Nbeam的固定值满足(7)，那么所有节点能通过与用于那一链路的近邻的相互同意，选择用于这些链路的每一个的不同半永久时隙以及其射束的每一个，而不考虑一跳以外的其他节点正选择什么颜色。这允许每个节点以通过仅与其近邻节点通信的非常直接的方式，选择用于每个波束的其Nbeam个半永久时隙。通过遵循下述策略，每个节点能够支持至少Nk＝Bk·Nbeam(8)个近邻以及每个被分配单个SP时隙，每波束分配不超过的Nbeam个这种时隙。
只要满足(7)就能支持每个波束Nbeam个近邻的验证直接跟随来自于用于单个波束情形的观察验证。因此，如果所有Bk个波束以相同方式调度它们的SP时隙，很显然，能支持的相邻节点的数量是波束的数量和在(8)中产生的每个波束的近邻的数量的乘积。
每个节点具有不等数量的波束的两个节点之间的SP时隙分配的例子如图10所示。在该例子中，节点1具有2个波束以及节点2具有3个波束。尽管这两个节点具有不同数量的波束，但两个节点必须使用相同的帧结构。在该例子中，每帧Nbeam＝5个时隙。从(7)和(8)，这允许节点1具有最大6个近邻以及节点2具有最大9个近邻。
最初，两个节点具有它们在(7)和(8)的约束下被允许的最大近邻数少一个的近邻数。对于每个链路，示出了SP波束/时隙分配。这些节点能在它们自己之间增加一条另外的链路同时仍然满足(7)和(8)的约束。链路调度协议将找出用于每个节点的SP分配的可接受波束/时隙，以及它用与处理单个射束情形基本上相同的方式操作。
在表22中示出了相应的协议消息交换。节点1通过发送具有至少Nbeam个候选时隙的列表的REQ_SPTS(L＝(1，2，3))而启动交换。注意用a、b和c表示3个射束ID，以及用波束ID的下标来表示时隙数。节点1必须识别它已经使用射束a上的所有3个可允许SP时隙，但仅分配了其波束b上的3个可容许SP时隙中的2个。
因此，它将3个SP时隙(射束b上可用)的列表发送到节点2。该列表可以包括该波束上的所有空闲和DA时隙。当发送请求消息时，对时隙和链路调度消息数据结构进行适当的改变。节点2已经先前SP分配了射束a和b上的所有可用SP时隙用于到其8个近邻的链路。
因此，射束c是能接受新SP分配的唯一波束。当它从节点1收到REQ_SPTS(L＝(1，2，3))时，它选择射束/时隙c3作为将工作于新链路(已先前分配c1和c2作为SP时隙)的唯一一个。在应答消息中发送该选择。当发送应答消息时，也对射束/时隙和链路调度消息数据结构进行适当的改变。最后，当发送或接收确认时，将适当时隙的状态改变成“SP分配给链路(1，2)”。
表22

实现多波束调度算法/协议所需的变化简单并如下。添加波束ID作为时隙DB和链路调度消息DB的状态中的变量。使用(7)和(8)作为确定是否可以调度新SP时隙的标准。规定用于网络的参数Nframe和Nbeam的值。
为了将新SP时隙提供给可能的近邻，该算法必须首先找出近邻的数量小于Nbeam的波束。然后使用该射束来添加新近邻。节点发送到其近邻的REQ_SPTS消息将规定当前未被SP分配的Nbeam个可用时隙用于那个射束。
在收到REQ_SPTS消息后，节点必须找出近邻的数量小于Nbeam的其射束之一。然后，可使用该射束来添加新近邻。将所接收的REQ_SPTS消息中的Nbeam个时隙的列表与在选择的射束中当前未分配的Nbeam个时隙进行比较，至少一个时隙可被找出对于两个列表是共同的。能将那一时隙选择为将在REPLY_SPTS消息中发送的时隙。一旦发端节点收到REPLY_SPTS消息，两个节点将已经选择它们的波束以及共用时隙分配。
该例子清楚地假定单个频带用于每个波束。在这种情况下，节点能在相同频带上同时通信多个波束，而没有干扰。这种无干扰操作在实际中难以支持。通过在不同频带内操作的每个射束，即图10中的射束a、b和c每个使用不同频带，能完成问题的类似公式化。关于调度算法，可以在SP时隙的分配上采用相同的约束。然而，在实际分配时隙/射束组合中，需要找出使得两个节点使用相同的波束(等效于使用相同频带)以及相同时隙的分配。这等效于使每个波束/时隙组合不同于调度前景(prespective)。因此，可用时隙的数量是射束的数量乘以帧大小。在这种情况下，通过下述公式，给出有关将SP时隙分配到潜在近邻的约束。
B·Nframe≥2·N-1 (9)其中B表示波束的数量。有关近邻的数量的约束比(7)和(8)稍微更有约束性，因为共享SP时隙的节点也必须使用相同的波束/频率信道以及相同的时隙的要求。对例子Nframe＝5和B＝3，约束(9)允许每个节点8个近邻，而约束(7)和(8)将允许每个节点9个近邻。
图10中的示例问题具有2个节点，每个具有3个波束，每个波束在不同频带内操作，即，波束a、b和c每个使用不同的频带。还假定帧大小为5。两个节点已经向近邻节点约定了7个SP时隙，因此，根据(9)，它们能每个用SP时隙增加一个另外的近邻，允许它们在它们之间建立链路。在该图中表示了约定的SP时隙，以及建立SP时隙分配和新链路所需的消息交换在表23中表示。通过向节点2发送必须包括先前未分配作为SP时隙的8个射束/时隙组合的REQ_SPTS(L＝(a4、a5、b3、b4、b5、c3、c4、c5))消息，启动消息交换。在该实例中，节点2已经分配了(在REQ_SPTS消息中接收的8个波束/时隙组合的列表中)未由节点1使用的7个波束/时隙组合。因此，通过(9)，必须存在它能选择用于分配的至少一个剩余波束/时隙组合(c5)。如图11和表23所示，这是分配给节点1和2之间的链路的SP波束/时隙组合。
表23

因此，本发明提供了一种用于相控阵网络的全分布式链路调度算法和协议。算法/协议细节的描述假定每个节点单个定向射束的情形，在用于那个访问的分配时隙期间，其是时间共享的且指向相邻节点。然而，该方法能用于每个节点任意数目的转向波束。
权利要求
1.一种无线通信网络，包括多个移动节点，每个包括收发信机、连接到所述收发信机的定向天线以及连接到所述收发信机的控制器，所述控制器包括时隙调度单元，调度时隙以便与每个邻近移动节点建立通信链路；天线对准单元，使所述定向天线在与之通信期间对准每个邻近移动节点；以及干扰检测单元，检测用于与邻近移动节点的通信的时隙中的干扰，所述控制器基于所检测的干扰来调整时隙的调度。
2.如权利要求1所述的无线通信网络，其中，所述干扰检测单元测量信号干扰比。
3.如权利要求1所述的无线通信网络，其中，所述干扰检测单元测量分组差错率。
4.如权利要求1所述的无线通信网络，其中，所述控制器基于检测的干扰，转换节点之间在给定时隙的通信顺序。
5.如权利要求1所述的无线通信网络，其中，所述定向天线包括相控阵天线。
6.一种用于为多个移动节点建立通信链路的方法，每个移动节点包括收发信机、连接到该收发信机的定向天线以及连接到该收发信机的控制器，该方法包括对于每个移动节点基于链路通信需求，调度用于每个时间帧的时隙以便与邻近移动节点建立通信链路；在与之通信期间，使定向天线对准每个邻近移动节点；检测用于与邻近移动节点通信的时隙中的干扰；以及基于所检测的干扰，调整新时隙的调度。
7.如权利要求6所述的方法，其中，检测干扰包括测量信号干扰比。
8.如权利要求6所述的方法，其中，检测干扰包括测量分组差错率。
9.如权利要求6所述的方法，进一步包括基于检测的干扰，转换节点之间在给定时隙的通信顺序。
10.如权利要求6所述的方法，其中，在调度的时隙内建立多个通信链路，每个通信链路包括不同的邻近移动节点对。
全文摘要
一种无线通信网络，包括多个移动节点，每个包括收发信机(14)、连接到收发信机的相控阵天线(16)以及连接到收发信机的控制器(18)。控制器调度用于每个时间帧的各半永久时隙以便与每个邻近移动节点建立通信链路，以及在每个时间帧中留下至少一个可用时隙。控制器还基于链路通信需求，调度至少一个可用时隙用作与邻近移动节点的通信链路。在与之通信期间，通过控制器使相控阵天线对准每个邻近移动节点。控制器还检测用于与邻近移动节点通信的时隙中的干扰，以及基于检测的干扰，调整时隙的调度。
文档编号H04L1/00GK1714522SQ200380103991
公开日2005年12月28日 申请日期2003年10月1日 优先权日2002年10月25日
发明者约瑟夫·毕比·凯恩, 托马斯·杰伊·比尔哈茨 申请人:哈里公司