基于时分多址TDMA协议时隙调度方法、自组织网络控制系统与流程

本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种基于时分多址tdma协议时隙调度方法、自组织网络控制系统。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：在时分多址技术tdma的自组织网络中，传统的时隙预约和释放过程多采用握手的控制交互过程，此种时隙预约和释放的方式在网络环境较好且预约释放不频繁的情况下，获得良好的效果。当节点业务量变化过于频繁、通过握手的方式预约和释放方式，大量的时隙资源用于发送握手信息，会造成时隙利用率降低。网络环境不良时，发送的资源预约信号无法保证及时得到反馈信息，造成业务帧延时发送，影响整个网络的性能。现有技术一数据传输资源预约方法及装置，用于解决不同节点之间的数据传输资源的冲突概率较高的问题；通过向周围节点发送sa信息，每个节点不仅可以获知其它节点本次业务需要占用的数据传输资源，还可以提前了解其它节点在下一次业务需要占用的数据传输资源。每个节点能够对可选的数据传输资源了解的更全面、更及时，降低资源冲突的概率。但是，该方法仍然存在的不足之处是，当业务量频繁变化时，sa信息无法及时反映资源调度情况，存在资源预约冲突概率高的问题。现有技术二资源调度的方法及装置，节点在不用于本节点发送的ps子帧上检测是否有对应于所述本节点的资源请求消息。若所述节点收到的不是对应于所述本节点的授权消息，则判断所述本节点和授权节点是否为邻节点。若所述本节点和所述授权节点为邻节点，则所述本节点在授权子帧上不发送所述资源请求消息。若所述本节点和授权的目的节点为邻节点，则所述本节点在授权子帧上不能接收，该发明时隙预约的过程都是通过mac信息的交互进行完成，能够有较快的资源响应速度。但是该方法仍然存在的不足之处是，存在复杂的控制信息交互过程，当网络环境不良的情况下，存在频繁交互控制信息造成预约成功率低的问题。同时没有考虑冲突获取机制，存在资源冲突获取不及时的问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术一当业务量频繁变化时，sa信息无法及时反映资源调度情况，存在资源预约冲突概率高的问题。

(2)现有技术二存在复杂的控制信息交互过程，当网络环境不良的情况下，存在频繁交互控制信息造成预约成功率低的问题。同时没有考虑冲突获取机制，存在资源冲突获取不及时的问题。

解决上述技术问题的难度和意义：

难度：针对上述技术的问题，解决上述问题的关键在于设计出控制信息交互少，资源冲突概率低的预约机制；同时需要设计出及时有效的冲突分解机制，以快速完成资源冲突分解过程。

意义：1.提高时隙预约的效率；2.降低资源碰撞的概率；3.缩短冲突分解时间。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于时分多址tdma协议时隙调度方法、自组织网络控制系统。

本发明是这样实现的，一种基于时分多址tdma协议时隙调度方法，所述基于时分多址tdma协议时隙调度方法包括：首先评估时隙资源利用状态；需要预约时隙时，确定预约时隙数量；然后哈希算法确定预约时隙信息，发送携带预约时隙信息的数据帧，直接感知时隙冲突，间接感知时隙冲突；最后需要释放时隙时，确定释放时隙数量，哈希算法确定释放时隙信息，发送时隙释放帧。

进一步，所述基于时分多址tdma协议时隙调度方法具体包括以下步骤：

步骤一，评估时隙资源利用状态，对当前网络进行资源评估，确定业务负荷情况。根据当前网络信道容量和业务负荷，确定具体时隙调度策略；判断业务负荷是否大于当前网络信道容量，若是，则执行步骤二，否则，判断业务负荷是否小于当前网络信道容量，若是，则执行步骤三，否则，执行步骤十四；

步骤二，确定预约时隙数量，将业务量负荷和当前信道容量的差值，设定为需要预约的时隙数量；

步骤三，利用哈希算法确定预约时隙信息，时隙调度表中时隙数量设定为哈希表的长度，节点的物理地址编号设定为关键字，小于或者等于哈希表长度的最小质数设定为除数，关键字设定为被除数，被除数除以除数的结果作为哈希地址，哈希地址对应的时隙设定为预约时隙；

步骤四，查看时隙调度表，当预约时隙处于空闲状态时，在时隙调度表中，将预约时隙标记为本节点占用状态，将预约时隙数量加一；

步骤五，判断是否等于需要预约的时隙数量，若是，执行步骤十四；否则，将预约时隙的下一个时隙设定为新的预约时隙，当新的预约时隙大于等于时隙调度表的长度时，将新的预约时隙设定为零，执行步骤四；

步骤六，发送携带预约时隙信息的数据帧，将预约时隙的数量和具体的预约时隙信息封装进需要发送的数据帧中，在发送时隙将携带预约时隙信息的数据帧发送给周围节点；周围节点接收到携带预约时隙信息的数据帧后，在时隙调度表中，将预约的时隙标记为其他节点占用状态；

步骤七，直接感知时隙冲突，节点在无数据帧需要发送的时隙，侦听信道，若接收到其他节点发送的数据帧，将该时隙标记为冲突时隙，同时在时隙调度表中，将冲突时隙标记为其他节点占用状态，执行步骤二；否则，执行步骤八；

步骤八，间接感知时隙冲突，在接收时隙，节点在同一个时隙收到来之不同节点的数据帧，发送时隙冲突帧；若节点接收到时隙冲突分解帧，在时隙调度表中，将冲突时隙标记为其他节点占用状态，执行步骤二；否则，执行步骤十四；

步骤九，确定释放时隙数量，将当前信道容量和业务量负荷的差值，设定为需要释放的时隙数量；

步骤十，利用哈希算法确定释放时隙信息，时隙调度表中时隙数量设定为哈希表的长度，节点的物理地址编号设定为关键字，小于或者等于哈希表长度的最小质数设定为除数，关键字设定为被除数，被除数除以除数的结果作为哈希地址，哈希地址对应的时隙设定为释放时隙；

步骤十一，查看时隙调度表，当释放时隙处于本节点占用状态时，在时隙调度表中，将释放时隙标记为空闲状态；

步骤十二，将释放时隙数量加一，判断是否等于需要释放的时隙数量，若是，执行步骤十三；否则，将释放时隙的下一个时隙设定为新的释放时隙，当新的释放时隙大于等于时隙调度表的长度，将新的释放时隙设定为零，执行步骤十；

步骤十三，发送时隙释放帧，将释放时隙的数量和具体的释放时隙信息封装进时隙释放帧中，在发送时隙将时隙释放帧发送给周围节点；周围节点接收到时隙释放帧后，在时隙调度表中，将释放的时隙标记为空闲状态；

步骤十四，结束本次时隙调度。

进一步，所述步骤一中在128个时隙中，本节点占用的时隙资源为18个，若当前网络信道速率为w，时隙宽度为t，则一个时隙可以发送的信息量为w*t；若当前节点队列中有18*w*t大小的数据帧需要发送，则无需进行时隙的预约释放操作；若大于18*t*w，则进行时隙的预约过程，防止数据的积压；若小于18*t*w，则进行时隙的释放过程，尽快释放无用时隙，防止时隙的浪费。

进一步，所述步骤二中节点时隙资源占用，本节点占用的时隙资源为18个，若当前网络信道速率为w，时隙宽度为t，若当前节点队列中有38*w*t大小的数据帧需要发送，则需要预约的时隙数量20。

进一步，所述步骤五中存有32个时隙，处于其他节点占用状态的时隙用灰色标注，本节点占用用竖线标注。若本节点的节点编号为4，时隙资源一共为32，根据哈希算法可以确定需要预约的时隙为4，此时4处于本节点占用状态，因此只能采用开放定址法规避冲突，将预约时隙定为下一个时隙。若节点4需要预约的时隙数量为7，则最后预约到的时隙依次为5、7、10、12、14、17、20。

进一步，所述步骤七中存有32个时隙，处于其他节点占用状态的时隙用灰色标注，本节点占用竖线标注；若在时隙9收到其他周围节点发送的数据帧，说明已经发生冲突，采用自动退避的方式，将本节点占用状态修改为其他节点占用状态。

进一步，所述步骤八中存有32个时隙，处于其他节点占用状态的时隙用灰色标注，本节点占用竖线标注；如果收到周围节点发送来的冲突分解帧，若此时冲突分解中标注节点9需要释放，将时隙9标注为其他节点占用状态。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于时分多址tdma协议时隙调度方法的自组织网络系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明采用边预约边发送的方式，在需要获取时隙资源时，通过将预约信息封装进数据帧中，到达快速预约时隙资源的效果；在获取时隙资源时，建立节点地址与时隙编号的哈希表，通过哈希算法确定预约的时隙资源；在时隙资源冲突感知时，采用直接感知和间接感知结合的双重感知方式，以快速发现时隙冲突；在时隙冲突分解时，采用自分解和分布式冲突分解结合的机制，以缩短冲突分解的时间。

本发明在时隙预约时，采用边预约边发送的机制，避免了复杂的数据交互，克服了现有技术频繁交互控制信息造成预约成功率低的问题，使得本发明提高了时隙预约的效率。本发明在进行时隙资源预约时，建立了节点地址与时隙的哈希表，用于确定节点预约的时隙编号，克服了现有技术资源预约冲突概率高的问题，使得本发明降低了资源的碰撞概率。本发明在资源冲突获取阶段，采用双重资源冲突获取机制，用于获取资源冲突信息，同时给出对应的冲突分解策略，克服了现有技术资源冲突获取不及时的问题，使得本发明缩短了冲突分解时间。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于时分多址tdma协议时隙调度方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于时分多址tdma协议时隙调度方法实现流程图。

图3是本发明实施例提供的节点时隙资源占用图。

图4是本发明实施例提供的节点时隙调度图。

图5是本发明实施例提供的携带预约信息的数据帧结构图。

图6是是本发明实施例提供的冲突分解帧结构图。

图7是本发明实施例提供的时隙释放帧结构图。

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。

本发明在自组织网络中传统基于多次握手进行时隙预约与释放的基础上，提出边预约边使用的机制，达到快速预约与释放的目的，同时提出了双重冲突检测机制，以及冲突分解策略，降低冲突分解的时间，提高时隙预约的效率。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于时分多址tdma协议时隙调度方法包括以下步骤：

s101：评估时隙资源利用状态；

s102：需要预约时隙时，确定预约时隙数量，哈希算法确定预约时隙信息，发送携带预约时隙信息的数据帧，直接感知时隙冲突，间接感知时隙冲突；

s103：需要释放时隙时，确定释放时隙数量，哈希算法确定释放时隙信息，发送时隙释放帧。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

如图2所示，本发明实施例提供的基于时分多址tdma协议时隙调度方法具体包括以下步骤：

步骤一，评估时隙资源利用状态。

对当前网络进行资源评估，确定业务负荷情况。根据当前网络信道容量和业务负荷，确定具体时隙调度策略。判断业务负荷是否大于当前网络信道容量，若是，则执行步骤二，否则，判断业务负荷是否小于当前网络信道容量，若是，则执行步骤三，否则，执行步骤十四。信道容量是指，当前网络节点所占用的时隙数量。业务负荷是指，网络节点发送当前业务量所需要的时隙数量。

如图3所示，节点时隙资源占用图，对本步骤所述资源评估做进一步描述。

图3中一共存有128个时隙，本节点占用的时隙用灰色标注。因此在128个时隙中，本节点占用的时隙资源为18个，若当前网络信道速率为w，时隙宽度为t，则一个时隙可以发送的信息量为w*t。若当前节点队列中有18*w*t大小的数据帧需要发送，则无需进行时隙的预约释放操作；若大于18*t*w，则进行时隙的预约过程，防止数据的积压；若小于18*t*w，则进行时隙的释放过程，尽快释放无用时隙，防止时隙的浪费。

步骤二，确定预约时隙数量。

将业务量负荷和当前信道容量的差值，设定为需要预约的时隙数量。信道容量是指，当前网络节点所占用的时隙数量。业务负荷是指，网络节点发送当前业务量所需要的时隙数量。

如图3所示，节点时隙资源占用图，对本步骤所述预约时隙数量做进一步描述。

图3中本节点占用的时隙资源为18个，若当前网络信道速率为w，时隙宽度为t，若当前节点队列中有38*w*t大小的数据帧需要发送，则需要预约的时隙数量20。

步骤三，利用哈希算法确定预约时隙信息。

时隙调度表中时隙数量设定为哈希表的长度，节点的物理地址编号设定为关键字，小于或者等于哈希表长度的最小质数设定为除数，关键字设定为被除数，被除数除以除数的结果作为哈希地址，哈希地址对应的时隙设定为预约时隙。哈希表是指，通过哈希算法将节点物理地址与时隙编号的对应关系，存储在一块连续的存储空间中，这块连续的存储空间称为哈希表。关键字是指，哈希算法查找哈希地址所依据的内容，通过关键字可以确定具体的哈希地址。哈希地址是指，哈希算法通过关键字获取到的具体数值，这里对应具体的时隙编号。

由于物理地址的不同，关键值也会呈现出全网唯一，例如节点物理地址依次为36、58、97、69、415、236、486、589、111125741和25551123需要预约时隙，假设一共有64个时隙允许预约，这里就会将除数大小设定为63。根据哈希算法，所预约的时隙依次为36、58、34、6、37、47、45、19、4、24。

步骤四，查看时隙调度表，当预约时隙处于空闲状态时，在时隙调度表中，将预约时隙标记为本节点占用状态，将预约时隙数量加一。时隙调度表是指，存储具体时隙的状态，分为空闲、本节点占用、其他节点占用三种状态，其中节点会在本节点占用时隙发送数据帧，其他时隙处于接收状态，时隙调度表控制节点具体时隙的操作方式。占用状态是指，时隙已经被占用，占用状态分为本节点占用和其他节点占用两种，分别代表本地节点占用的时隙和周围其他节点占用的时隙。

步骤五，判断是否等于需要预约的时隙数量，若是，执行步骤14。否则，将预约时隙的下一个时隙设定为新的预约时隙，当新的预约时隙大于等于时隙调度表的长度时，将新的预约时隙设定为零，执行步骤4。

如图4所示，节点时隙调度图，对本步骤所述预约时隙确定过程做进一步描述。

图4中一共存有32个时隙，处于其他节点占用状态的时隙用灰色标注，本节点占用用竖线标注。若本节点的节点编号为4，时隙资源一共为32，根据哈希算法可以确定需要预约的时隙为4，此时4处于本节点占用状态，因此只能采用开放定址法规避冲突，将预约时隙定为下一个时隙。若节点4需要预约的时隙数量为7，则最后预约到的时隙依次为5、7、10、12、14、17、20。

步骤六，发送携带预约时隙信息的数据帧。

将预约时隙的数量和具体的预约时隙信息封装进需要发送的数据帧中，在发送时隙将携带预约时隙信息的数据帧发送给周围节点。周围节点接收到携带预约时隙信息的数据帧后，在时隙调度表中，将预约的时隙标记为其他节点占用状态。

如图5所示，携带预约信息的数据帧结构图，对本步骤所述帧结构做进一步描述。

图5中的frame_head表示帧头信息，主要包含帧长度、类型、接收地址、发送地址等信息。

图5中的res_num表示需要预约的时隙数量；

图5中的res_message表示具体的预约时隙信息；

图5中的body表示该勤务帧包含的数据信息。

图5中的crc表示冗余校验部分。

步骤七，直接感知时隙冲突。

节点在无数据帧需要发送的时隙，侦听信道，若接收到其他节点发送的数据帧，将该时隙标记为冲突时隙，同时在时隙调度表中，将冲突时隙标记为其他节点占用状态，执行步骤二；否则，执行步骤八。

如图4所示，节点时隙调度图，对本步骤所述预约时隙确定过程做进一步描述。

图4中一共存有32个时隙，处于其他节点占用状态的时隙用灰色标注，本节点占用竖线标注。若在时隙9收到其他周围节点发送的数据帧，说明已经发生冲突，采用自动退避的方式，将本节点占用状态修改为其他节点占用状态。

步骤八，间接感知时隙冲突。

在接收时隙，节点在同一个时隙收到来之不同节点的数据帧，发送时隙冲突帧；若节点接收到时隙冲突分解帧，在时隙调度表中，将冲突时隙标记为其他节点占用状态，执行步骤二。否则，执行步骤十四。

如图6所示，冲突分解帧结构图，对本步骤所述帧结构做进一步描述。

图6中的frame_head表示帧头信息，主要包含帧长度、类型、接收地址、发送地址等信息。

图6中的coll_num表示需要冲突的时隙数量；

图6中的coll_message表示具体的冲突时隙信息；

图6中的crc表示冗余校验部分。

如图4所示，节点时隙调度图，对本步骤所述预约时隙确定过程做进一步描述。

图4中一共存有32个时隙，处于其他节点占用状态的时隙用灰色标注，本节点占用竖线标注。如果收到周围节点发送来的冲突分解帧，若此时冲突分解中标注节点9需要释放，就会将时隙9标注为其他节点占用状态。

步骤九，确定释放时隙数量。

将当前信道容量和业务量负荷的差值，设定为需要释放的时隙数量。

如图3所示，节点时隙资源占用图，对本步骤所述释放时隙数量做进一步描述。

图3中本节点占用的时隙资源为18个，若当前网络信道速率为w，时隙宽度为t，若当前节点队列中有10*w*t大小的数据帧需要发送，则需要预约的时隙数量8。

步骤十，利用哈希算法确定释放时隙信息。

时隙调度表中时隙数量设定为哈希表的长度，节点的物理地址编号设定为关键字，小于或者等于哈希表长度的最小质数设定为除数，关键字设定为被除数，被除数除以除数的结果作为哈希地址，哈希地址对应的时隙设定为释放时隙。哈希表是指，通过哈希算法将节点物理地址与时隙编号的对应关系，存储在一块连续的存储空间中，这块连续的存储空间称为哈希表。关键字是指，哈希算法查找哈希地址所依据的内容，通过关键字可以确定具体的哈希地址。哈希地址是指，哈希算法通过关键字获取到的具体数值，这里对应具体的时隙编号。

步骤十一，查看时隙调度表，当释放时隙处于本节点占用状态时，在时隙调度表中，将释放时隙标记为空闲状态。

步骤十二，将释放时隙数量加一，判断是否等于需要释放的时隙数量，若是，执行步骤十三。否则，将释放时隙的下一个时隙设定为新的释放时隙，当新的释放时隙大于等于时隙调度表的长度，将新的释放时隙设定为零，执行步骤十。

如图4所示，节点时隙调度图，对本步骤所述预约时隙确定过程做进一步描述。

图4中一共存有32个时隙，处于其他节点占用状态的时隙用灰色标注，本节点占用用竖线标注。若本节点的节点编号为5，时隙资源一共为32，根据哈希算法可以确定需要释放的时隙为5，此时5处于空闲状态，因此只能采用开放定址法规避冲突，将释放时隙定为下一个时隙。若节点5需要释放的时隙数量为3，则最后释放掉的时隙依次为9、13和15。

步骤十三，发送时隙释放帧。

将释放时隙的数量和具体的释放时隙信息封装进时隙释放帧中，在发送时隙将时隙释放帧发送给周围节点；周围节点接收到时隙释放帧后，在时隙调度表中，将释放的时隙标记为空闲状态。

如图7所示，时隙释放帧结构图，对本步骤所述帧结构做进一步描述。

图7中的frame_head表示帧头信息，主要包含帧长度、类型、接收地址、发送地址等信息。

图7中的rel_num表示需要释放的时隙数量；

图7中的rel_message表示具体的释放时隙信息；

图7中的crc表示冗余校验部分。

步骤十四，结束本次时隙调度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。