一种支持QoS的规模可扩展单跳ad hoc网络动态时隙分配方法

摘要

本发明公开了一种支持QoS的规模可扩展单跳ad hoc网络动态时隙分配方法。该方法在建网初始化过程中要求全网节点竞争广播信标帧，并采用分布式的方式判断网络中的每一个节点是否均已成功收到了其余节点广播的信标帧，从而获取依次排序的唯一身份标识符，并获知建网初始时刻网络节点的总数量。在网络运行过程中，该方法将全网节点的时间轴同步划分为一系列连续、不定长的网络时帧，节点在每一个网络时帧内发起数据传输，传输过程包括节点同步、时隙请求、时隙分配和数据发送四个阶段。同时，本方法可以有效支持新节点入网络和节点退网，从而满足网络规模动态扩展的需求。无线网络仿真环境QualNet中的仿真实验数据证明了该方法的有效性。

主权项

一种支持QoS的规模可扩展单跳ad hoc网络动态时隙分配方法，所采用的步骤是：步骤1：建网初始化过程，全网节点竞争广播信标帧，通过以下过程判断网络中的每一个节点是否均已成功收到了其余节点广播的信标帧，从而获取依次排序的唯一身份标识符，并获知建网初始时刻网络节点的总数量：(1)全网节点在内存中维护一个身份标识符变量和一个网络节点数变量，变量的初始值均设置为零，在建网初始化过程中，将网络时间轴划分为一系列连续的定长时隙，同时，将时间轴上连续的12个时隙定义为控制帧发送竞争退避窗口CCW，节点在广播信标帧之前，首先在CCW长度的时间范围内随机选择一段以定长时隙为单位的信标帧发送前退避时间，并在退避时间内持续监听信道，若信道保持空闲，则退避时间结束后，节点即可向网络中的其余节点广播信标帧；(2)如果节点成功接收了网络中某个节点广播的信标帧，则该节点在信标帧接收结束后CCW加1个时隙长度的时间内持续监听信道，如果信道保持空闲，则节点判定本次信标帧广播成功，节点将内存中网络节点数变量的值加1，而如果信道变忙则判定本次信标帧广播失败，并尝试接收新的信标帧；(3)如果节点接收信标帧失败，且该节点尚未成功向网络中的其他节点广播信标帧，则信道恢复空闲后，节点依照前述方法退避并广播自身的信标帧，如果节点接收信标帧失败，且该节点已成功广播了自身的信标帧，则该节点在CCW长度的时间内持续监听信道，若信道保持空闲，则节点在信道监听时间结束后的第一个时隙内广播忙音信号，告知网络中的其他节点本次信标帧接收失败；(4)发送节点广播信标帧结束后，在CCW加1个时隙的时间范围内持续监听信道，若信道保持空闲，则发送节点判定信标帧广播成功，节点首先将内存 中维护的网络节点数变量的值加1，然后将本节点的身份标识符设置为网络节点数变量的当前值，并将该值存入身份标识符变量中，而若信道变忙，则发送节点判定本次信标帧广播失败，节点按照前述方法重新竞争发送信标帧，直至信标帧发送成功；(5)节点成功广播信标帧后，在CCW长度的时间内持续监听信道，若信道保持空闲，则该节点在信道监听时间结束后的第一个时隙内广播忙音信号，忙音信号广播结束后，该节点在后续CCW长度的时间内继续监听信道，若信道依旧保持空闲，则节点判定建网初始化过程结束，节点内存中维护的网络节点数变量的值即为当前时刻网络节点的总数量；步骤2：网络运行过程，全网节点的时间轴同步划分为一系列连续、不定长的网络时帧，网络时帧由时间上连续的同步时隙、请求时隙、分配时隙和数据时隙组成，节点在网络时帧内发起数据传输，传输过程包括在上述四个时隙内分别完成的节点同步阶段、时隙请求阶段、时隙分配阶段和数据发送阶段，在节点同步阶段，全网节点采用竞争广播同步帧的方法获取同步，并选举当前网络时帧内的管理节点，同步结束后，网络节点在时隙请求阶段向管理节点发送数据传输请求，管理节点根据全网节点的数据传输请求，在时隙分配阶段依照待发送数据分组的优先级次序将数据时隙分配给网络节点，节点在数据时隙内完成数据传输后，当前网络时帧结束，全网节点进入下一个网络时帧的节点同步阶段，如此循环，直至网络运行过程终止；步骤3：新节点入网与节点退网过程，新入网节点和退网节点可在任一网络时帧的时隙请求阶段向管理节点发起入网或退网请求，管理节点应答入网或退网请求后，将新入网节点或退网节点的相关信息告知全网节点，节点获知新节点入网或部分节点退网后全网节点的总数量，并对自身的身份标识符进行更新。