本發明屬于無線通信技術領域，更進一步涉及mac層中一種基于優先時隙、時隙沖突概率的分布式動態時隙預約方法，可廣泛使用于自組網tdma協議中。

背景技術：

作為自組網中控制節點的報文傳輸對無線媒體的占用，保證網絡整體性能的mac協議是移動自組網的關鍵技術，通過把信道劃分為時隙來提高信道的空間復用度和節點接入公平性。動態時隙分配算法作為tdma多址協議的研究方向，如何在實際應用中滿足各節點的業務需求，如何高效地分配時隙，在tdma的應用中顯得尤為重要。

目前，主要有固定時隙分配、競爭時隙分配、動態時隙分配算法，其中固定時隙分配算法為網絡中的節點預先分配了時隙，但不能根據節點業務需求變化動態調整分配方案，資源浪費十分嚴重，實用性較差；競爭時隙分配算法允許網絡內節點在一定范圍內競爭時隙，從而實現時隙的復用，但這類算法完全基于隨機競爭機制，因此存在沖突較多、吞吐量小的問題；動態時隙分配算法綜合了固定時隙分配算法和競爭時隙分配算法的優勢，在節點需要發送數據時，才分配給其所用時隙，數據發送完畢，節點取消對時隙的占用，這樣可以提高信道的利用率，但也存在一些不足，如預約過程本身會增加網絡的開銷，并且當網絡拓撲改變時，會存在時隙沖突的情況，影響通信質量。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，在動態時隙分配算法的基礎上提出一種tdma自組網中基于優先時隙的分布式動態時隙預約方法，以降低網絡開銷，減小時隙沖突的產生，提高通信質量。

本發明將時隙劃分為優先時隙和非優先時隙，并對各時隙的沖突可能性進行量化，在預約動態時隙時根據優先時隙是否被占用、時隙沖突概率等因素，并按照一定的策略選取時隙進行占用或開啟預約過程。

本發明的技術思路是：根據網絡規模、最大可容納的節點個數及每個復幀的時隙數目為每個節點劃分優先占用的動態時隙，通過勤務幀中包含的三跳及三跳以內節點的信息為每個動態時隙的沖突概率進行量化，當本節點需要占用動態時隙時，首先查看本節點對應的優先時隙，如果優先時隙未被占用則直接將其選用，無需執行預約過程，如果優先時隙已被占用則根據時隙的沖突可能性按照一定的預約策略選取非優先時隙進行預約，其實現方案包括如下：

(1)為每個節點劃分優先占用的動態時隙：

假設網絡中可容納的最大節點個數為n，第i個節點為ai，每個復幀包含m個時隙，第j個時隙為sj，且m為n的整數倍，i∈(1,n)，j∈(1,m)，

為每個節點各自劃分q個優先占用的動態時隙，q＝m/n，并用所有節點的優先占用動態時隙構成第一優先集合n＝{n1,n2,...,ni,...,nn}，其中ni為ai對應的全部優先占用動態時隙，ni＝{s(i-1)q+k|k∈(1,q)}；

(2)根據勤務幀中每個節點的動態時隙信息及地理位置信息，計算本節點占用每個動態時隙的沖突概率pj；

(3)為本節點預約動態時隙：

(3a)設本節點為al，判斷其對應的nl中是否存在第一子集合u1＝{sj|pj＝0,sj∈nl}，l∈(1,n)：若是，則無需執行動態時隙預約流程，選取集合u1中時隙編號最小的時隙直接占用，并記錄本次選取的時隙，預約結束；若否，則執行(3b)；

(3b)判斷sl中是否存在第二子集合u2＝{sj|pj＝1,sj∈nl}：若是，則執行(3c)；若否，執行(3f)；

(3c)判斷u2中是否存在只被任意一跳節點ak占用的時隙sj：若是，則執行(3d)；若否，則執行(3f)；

(3d)判斷節點ak對應的nk中是否存在第三子集合u3＝{sz|pz＝0,sz∈nk}，z∈(1,n)，k∈(1,n)：若是，通知節點ak釋放時隙sj，執行(3e)；若否，執行(3f)；

(3e)判斷節點ak是否成功釋放時隙sj：若是，無需執行動態時隙預約流程，選取時隙sj直接占用，并記錄本次選取的時隙；若否，執行(3f)；

(3f)選取第一優先集合n中沖突概率pj最小的時隙構成第二優先集合若該集合n'中存在第三優先集合n”＝{sj|sj∈n',sj∈ni}，則選取n”中時隙編號最小的時隙直接占用，并記錄本次選取的時隙，預約結束；若不存在，執行(3g)；

(3g)判斷第二優先集合n'中包含時隙的數目：若數目為1，則選取此時隙，開啟動態時隙預約過程，并記錄本次選取的時隙，預約結束；若數目大于1，執行(3h)；

(3h)判斷第一優先集合n中是否存在元素使得若是，選取第二優先集合n'中時隙編號最小的時隙占用，開啟動態時隙預約過程，并記錄本次選取的時隙，預約結束；若否，執行(3i)；

(3i)設上次選取的動態時隙為sl(sl∈nl+q-1/q，l∈(1,m))，選取第一優先集合n'中的時隙構成第四優先集合選取n”'中時隙編號最小的時隙占用，開啟動態時隙預約過程，并記錄本次選取的時隙，預約結束。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

第一，由于本發明為每個節點都劃分了優先占用的動態時隙，當某節點業務需求增大需要使用動態時隙時，若該節點對應的優先占用時隙空閑，即可直接占用，無需開啟動態時隙預約過程，減少了預約過程增加的網絡開銷，縮短了分組接入時間。

第二，由于本發明引入了占用動態時隙的沖突概率，在選擇動態時隙時會優先選取沖突概率低的時隙進行預約和占用，這樣減少了由于網絡拓撲移動帶來的時隙占用沖突、保證了傳輸速率和通信質量，同時不會對其它節點產生影響。

附圖說明

圖1是本發明的實現流程圖；

圖2是本發明中的勤務幀動態時隙的數據結構圖；

圖3是本發明中的節點位置信息的數據結構圖；

圖4是本發明中的動態時隙統計的數據結構圖。

以下結合附圖對本發明作進一步的詳細描述：

具體實施方式

參照圖1，本發明實施步驟如下：

步驟1：為每個節點劃分優先占用的動態時隙。

1.1)假設網絡中可容納的最大節點個數為n，第i個節點為ai，每個復幀包含m個時隙，第j個時隙為sj，且m為n的整數倍，i∈(1,n)，j∈(1,m)；

1.2)為每個節點各自劃分q個優先占用的動態時隙，q＝m/n，以任意節點ai說明，將所有時隙中編號為(i-1)q+k的時隙作為節點ai的優先占用的動態時隙；

1.3)用所有節點的優先占用動態時隙構成第一優先集合：

n＝{n1,n2,...,ni,...,nn}，

其中，ni為節點ai對應的全部優先占用動態時隙，

ni＝{s(i-1)q+k|k∈(1,q)}

其中為s(i-1)q+k為編號是(i-1)q+k的時隙。

步驟2：計算本節點占用每個動態時隙的沖突概率。

2.1)建立動態時隙統計表與節點位置信息表：

動態時隙統計表，是通過一個二維數組實現，該表中設有節點跳數和占用信息兩個表項，用以統計所有三跳及三跳內節點的動態時隙占用情況，其中，節點跳數用于記錄網絡節點是本節點的幾跳節點；占用信息用于記錄網絡節點對時隙的占用情況，若占用，占用信息記為1；若沒占用，占用信息記為0；

節點位置信息表，是通過一個一維數組實現，該表中設有舊位置信息和新位置信息兩個表項，以統計三跳及三跳內節點的新、舊地理位置信息；

每個節點維護動態時隙統計表與節點位置信息表；

2.2)設置接收勤務幀最大時限t，其值取復幀長度的2倍，并開啟定時器；

2.3)節點接收勤務幀：

在網絡中，節點通過收發勤務幀進行數據的交互，勤務幀中包含勤務幀的發送節點與其兩跳內節點的動態時隙占用信息及地理位置信息，節點接收到勤務幀后，將勤務幀中包含的動態時隙信息記錄在動態時隙統計表中，將地理位置信息記錄在位置信息表中，以任意節點ai說明，若第一次收到節點ai的地理位置信息，將其記錄在節點ai的舊位置信息一欄，之后每次收到節點ai的地理位置信息都將其記錄在節點ai的新位置信息一欄并不斷更新；

2.4)判斷2.2)中定時器時間是否超過接收勤務幀最大時限t：若是，進入2.5)；若否，返回2.3)；

2.5)記錄位置信息表中所有節點到本節點的距離：

查詢位置信息表，以任意節點ai說明，根據節點ai的舊地理位置信息得到前一時刻節點ai到本節點的距離di,old，根據節點ai的新地理位置信息得到當前時刻節點ai到本節點的距離di,new；

2.6)計算本節點占用每個動態時隙的沖突概率pj：

以任意時隙sj說明，如果時隙sj沒有被占用，則本節點占用時隙sj的沖突概率pj＝0；

如果時隙sj被兩跳及兩跳以內的網絡節點占用，則pj＝1；

如果時隙sj被某三跳網絡節點占用，則進入2.6.1)；

2.6.1)計算本節點占用時隙sj與任意網絡節點ai沖突的概率pi,j：

若di,old≤di,new，則本節點占用時隙sj與網絡節點ai沖突的概率pi,j＝0；

若di,old＞di,new，則本節點占用時隙sj與網絡節點ai沖突的概率

在實際中，由于時隙sj可能被多個三跳節點占用，故取pi,j中最大值作為本節點占用時隙sj的沖突概率pj，即pj＝maxpi,j。

步驟3：為本節點預約時隙。

3.1)設本節點為al，判斷其對應的sl中是否存在第一子集合u1＝{sj|pj＝0,sj∈nl}，l∈(1,n)：

若是，則無需執行動態時隙預約流程，選取集合u1中時隙編號最小的時隙直接占用，并記錄本次選取的時隙，預約結束；

若否，則進入3.2)；

其中，動態時隙預約流程是指本節點需要預約動態時隙時，與網絡節點協商的一種方式，當本節點需要預約動態時隙時，向外廣播動態時隙占用請求，并根據網絡節點的反饋信息判斷預約是否成功。

3.2)判斷sl中是否存在第二子集合u2＝{sj|pj＝1,sj∈nl}：若是，則進入3.3)；若否，進入3.6)；

3.3)判斷u2中是否存在只被任意一跳節點ak占用的時隙sj：若是，則進入3.4)；若否，進入3.6)；

3.4)判斷節點ak對應的sk中是否存在第三子集合u3＝{sz|pz＝0,sz∈nk}，z∈(1,n)，k∈(1,n)：若是，通知節點ak釋放時隙sj，進入3.5)；若否，進入3.6)；

3.5)判斷節點ak是否成功釋放時隙sj：若是，無需執行動態時隙預約流程，選取時隙sj直接占用，并記錄本次選取的時隙；若否，進入3.6)；

3.6)選取第一優先集合n中沖突概率pj最小的時隙構成第二優先集合若該集合n'中存在第三優先集合n”＝{sj|sj∈n',sj∈ni}，則選取n”中時隙編號最小的時隙直接占用，并記錄本次選取的時隙，預約結束；若不存在，進入3.7)；

3.7)判斷第二優先集合n'中包含時隙的數目：若數目為1，則選取此時隙，開啟動態時隙預約過程，并記錄本次選取的時隙，預約結束；若數目大于1，進入3.8)；

3.8)判斷第一優先集合n中是否存在元素使得若是，選取第二優先集合n'中時隙編號最小的時隙占用，開啟動態時隙預約過程，并記錄本次選取的時隙，預約結束；若否，進入3.9)；

3.9)設上次選取的動態時隙為sl(sl∈nl+q-1/q，l∈(1,m))，選取第一優先集合n'中的時隙構成第四優先集合選取n”'中時隙編號最小的時隙占用，開啟動態時隙預約過程，并記錄本次選取的時隙，預約結束。

以上描述僅是本發明的一個具體實例，顯然對于本領域的專業人員來說，在了解了本發明內容和原理后，都可能在不背離本發明原理、結構的情況下，進行形式和細節上的各種修正和改變，但是這些基于本發明思想的修正和改變仍在本發明的權利要求保護范圍之內。