一种无线多跳网络数据传输方法

一种无线多跳网络数据传输方法

【技术领域】

[0001]本发明属于多跳无线网络技术中的数据传输技术领域，尤其涉及一种传输效率高，网络时延低的无线多跳网络中的数据传输方法.

【背景技术】

[0002]多跳无线通信网络具有灵活的组网，并且可以通过多跳自组织互连来实现具有有限传输功率的无线节点，并提供连接服务，而无需固定的基础结构和集中的配置管理支持. 适用于特定的地理区域，特殊的应用场景可以更灵活地扩展和扩展网络，并增强网络服务处理能力. 因此，它已经成为应急通信或战术通信领域的主要联网模式，不需要预先建立基础架构，并且可以通过基础架构支持的卫星网络和蜂窝系统网络有效地扩展和补充.

[0003]多跳无线网络的应用场景大多是特殊应用，例如移动通信，侦察感知和环境监控. 例如，使用无人机或直升机通过多点多跳中继在恶劣的自然环境（如沙子，山脉，森林等）中传播或建立通信节点，以实现尽可能深的通信，扩展和扩展具有基本设置通信网络的覆盖范围. 投掷节点大致分布在需要扩展的狭窄和长分布区域中，从而形成了多跳自组织网络，而无需事先铺设基础结构. 节点根据抛出顺序启动计划的启动时间，第一个抛出的节点成为第一个启动网络的主节点. 主节点在同步期间发送控制消息，以添加时间同步选项以实现节点时间的基本同步. 每个节点都有唯一的标识码. 即使节点被抛掷，即使它受到空气阻力的风力的影响，也可能会发生旋转，漂移等，可能会发生偏移，但是大部分偏移都在狭窄的区域内，因此可以从基础结构网络的边缘访问点直接到达难以到达的腹地. ，建立没有基础架构的多跳边缘网络.

[0004]因为可以将多跳不受信任通信网络的通信过程中的节点按照其功能分为源节点，中继转发节点和目标节点，所以中继转发节点可以包括多跳. 当中继转发节点采用竞争性接入方式CSMA / CA时，可以适应无线移动自组网拓扑的动态变化，满足节点与邻居节点所占用的信道，解决节点冲突. 在一定程度上，但不能从根本上适应无线通信网络真正拥塞状态的变化. 如果所有节点都完全使用CSMA / CA来获取信道，则它们将无法适应多节点长距离通信条件. 随着传输距离和跳数的增加，延迟将继续增加，并且在干扰干扰环境中使用CSMA / CA也将增加重传次数，消耗节点能量，增加开销和重传延迟.

[0005]相反，如果完全采用固定时隙和频率分配方法，则信道利用率极低. 尽管存在一些基于动态TDMA的信道分配和利用方法，例如P-TDMA，混合时分多址HTDMA协议，ETDMA（增强TDMA）等，但由于P-TDMA，基于ETDMA的协议声明阶段和响应阶段将生成更大的协议开销，这会降低协议的性能. 基于HTDMA的协议需要将相邻节点的时隙安排保存在相邻节点列表NB中，并跟踪其相邻节点的传输调度. 基于TDMA和CSMA的现有混合协议（例如AGENT）的想法是首先为每个网络节点分配固定的TDMA传输时间表. 该节点也有机会通过CSMA竞争其他空闲时隙，因为未考虑节点的角色.无线网络传输，不能使最佳的中继转发节点最大化地利用信道，因此它仅适合于轻载的情况. W协议不适用于需要尽可能扩大和扩展通信网络深度，并且要求节点快速返回视频，图像以及其他大流量和低延迟要求的网络场景.

[0006]简而言之，现有技术存在的问题是: 无线多跳网络的数据传输效率不够高，网络时延较大.

【发明内容】

[0007]本发明的目的是提供一种传输效率高，网络时延小的无线多跳网络数据传输方法.

[0008]实现本发明目的的技术方案是:

[0009]-一种无线多跳网络数据传输方法，包括以下步骤:

[0010]（10）节点检测: 主节点或边界节点发送受控中继区域探测信息，其他节点接收，答复和转发探测消息，经过几轮转发和答复后，使主节点或边界node =跃点中的相邻节点都知道它们的跃点计数和来自主节点或边界节点的转发路径；

[0011]（20）节点角色设置: 根据探测消息的接收和响应情况，将相邻节点设置为阻塞节点或中继节点，并将与阻塞节点相邻的节点设置为边界节点；

[0012]（30）建立受控中继区域: W边界节点是逻辑区域划分的边界条件，建立受控中继区域，使受控中继区域中的所有节点都是可靠的中继节点；

[0013]（40）时隙复用分配: 受控中继区域中每个可靠中继节点的信息时隙时隙复用分配；

[0014]（50）数据发送和接收: 可靠中继节点在其分配的时隙中发送数据无线网络传输，并在其未分配的时隙中接收数据；

[0015]（60）时隙争用: 阻塞节点和未分配给信息时隙的节点使用载波侦听来竞争占用预留的时隙.

[0016]与现有技术相比，本发明的显着优点是:

[0017] 1.传输效率高: 根据动态变化的网络拓扑结构，构建由多个受控中继区域组成的逻辑网络，可靠的中继节点在时分多址的基础上由各自的下级控制. 在中继区域，执行用于信道最大化的循环复用，并且其他节点根据服务需求和载波侦听竞争确定信道使用权. 该方法保证并提高了多跳传输路径上可靠中继节点信道带宽的利用率，提高了数据端到端的传输速率，提高了数据传输效率；

[0018] 2.网络延迟小: 通过减少不可靠的中继节点占用的信道以及竞争性使用有限的计算资源，减少和减少了最佳转发路径上中继节点之间发生冲突的可能性. 需要减少等待延迟和重传延迟.

[0019]以下将参考附图和[具体实施例]进一步详细描述本发明.

[图纸说明]

[0020]图. 图1是本发明的无线多跳网络数据中继传输方法的流程图.

[0021]图. 图2是时刻t的网络拓扑示例的图.

[0022]图. 图3是基于图2中给出的网络拓扑来区分阻塞节点和区分可靠中继节点的示例. 2.

[0023]图. 图4是基于图1的第一CRR区域确定边界节点的示例图. 3及其阻塞节点的获取.

[0024]图. 图5是第一受控中继区域的划分，以及第一受控中继区域中节点的时隙分配示例.

[0025]图. 图6是用于获取第二受控中继区域CRR2，W和W边界节点为新源节点的第二受控中继区域中的节点的时隙分配示例图.

[0026]图. 图7是用于获取以W边界节点为新源节点的第S个控制中继区域CRR3，W和S个控制中继区域节点的时隙分配的示例图.

[0027]图. 图8是信道资源利用与分配的.

[0028]图. 图9是示出根据图8的网络拓扑使用受控中继区域中的节点的数据传输时隙的处理的示例的图. 7.

[0029]图. 图10是基于CSMA竞争方法获得随机访问机会的未分配节点和阻塞节点的示例图.

[0030]图. 图11是示出节点信息的示例的图.

[具体实现]

＜p＞ [0031]参照图1，本发明的无线多跳网络数据传输方法包括以下步骤:

[0032]（10）节点检测: 主节点或边界节点发送受控中继区域检测信息，其他节点接收，答复和转发探测消息，经过几轮转发和答复后，主节点或边界节点=跃点中的相邻节点都知道它们的跃点计数和来自主节点或边界节点的转发路径；

[0033]图. 图2示出了在时间t的网络拓扑的实施例. 为了简化描述，假设网络中在时间t处有一个主节点0和多个接收/中继转发节点n. 节点之间的实线表示两者之间存在无线链接. 需要说明的是，图中的链路长度并不代表节点之间的真实距离，而只是链路两端的节点在彼此的可靠接收范围内，可以维持正常的呼叫. 一些节点损坏或电池电量耗尽，或者干扰屏蔽变为不可访问的节点，由图中的灰色节点表示. 由于节点是按顺序放置的，并且设置了开机定时，因此启动网络的第一个节点（即图中的节点0）成为主节点，并发送探测消息作为初始受控中继的发起方区域划分. 未分配时隙的其余节点是未初始化的节点.

[0034]（10）个节点检测步骤包括:

[0035]（11）发送探测信息: 发起下一个受控中继区域划分的主节点或边界节点在同步时段的保留时间发送受控中继区域探测信息，该探测信息包括消息类型，消息序列号，消息发送源节点ID，中间节点ID和时间戳，每经过一个周期Tw，发送探测消息的节点都会将消息序列号增加1；

[0036]（11）发送探测信息的步骤包括:

[0037]（111）如果当前发起探测的节点i是主节点，则继续（112），如果是发起受控中继区检测过程的边界节点，则跳至步骤（113）;

[0038]（112）在初始化时，所有节点都在载波侦听模式下访问信道. 当一个节点在同步周期内的预留时间发送探测包时，其他节点在此周期内探测消息并设置探测. 消息中的nL的初始值为3，请执行步骤（12）；

[0039]在初始化期间，所有节点都以载波侦听模式访问信道. 上电后，所有节点都重置了自己的计时器和计数器. 根据本发明面临的网络组网场景，主节点0是第一个上电的网络节点，首先发送探测报文. 加入网络并与主节点同步后，所有节点都以相同的载波侦听模式进行访问. 当主节点在同步时间段的保留时间发送探测信息包时，探测消息中的nL初始值设置为3. 其他节点在此时间段内侦听探测消息. 节点1、2、3、4和17都接收探测数据包并响应主节点. 转到步骤（12）;

[0040]（113）边界节点通过竞争占用同步周期的预留时隙来发送探测分组，其他节点在该时隙中该探测分组，并将TTL的初始值设置为探测消息发送到3.

[0041]边界节点是直接连接到阻塞节点的节点，并且边界节点启动下一个受控中继区域划分. 边界节点竞争占用同步周期的保留时隙，并发送探测消息包. 探测包包括消息类型，消息序列号，消息发送节点ID，中间节点ID和时间戳. 每次经过一个Tw周期时，发送探测消息的节点将消息序列号增加1；否则，消息序列号将增加1. 继续;

[0042]边界节点0、1和7在此测试期间已经转发了探测消息，并且只有8、9、10用作发送探测消息的新探测源节点；

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