專利名稱：分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點及連接建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及分布式非協(xié)作多點對多點(Mesh, multipoint-to-multipoint)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、該網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點構(gòu)成及連接建立方法。
背景技術(shù)：
WIMAX (孩t波接入全J求互操作性，Worldwide Interoperability for Microwave Access)是當前比較被看好的無線技術(shù)，支持視線范圍傳輸、固定點接入等，目 前針對該技術(shù)主要存在兩種組網(wǎng)模式點對多點(PMP， Pointto Multi Point) 模式和Mesh模式。在PMP模式中，整個小區(qū)由一個基站(BS, Base Station) 管理，所有的用戶(SS， Subscriber Station)的通信都需要BS的調(diào)度，SS之 間不能直接通信。在Mesh模式中，SS之間可構(gòu)成小規(guī)模的1 - 2跳的多點到 多點的無線連接，沒有明確的獨立上下行鏈路子幀，每個SS能夠與網(wǎng)絡(luò)中的 其它SS建立直接的通信鏈路。在Mesh模式中，沒有明確的區(qū)分上行連接和下行連接，每個SS可以和 其他SS創(chuàng)建直接的通信連接。現(xiàn)有技術(shù)中有兩種數(shù)據(jù)包傳輸調(diào)度機制集中 調(diào)度和分布式調(diào)度。集中調(diào)度機制中，有一個類似簇頭的BS，管理SS如何在 不同時隙中共享信道。它的功能類似于PMP模式中的BS，主要的不同點是在 Mesh模式中，所有的SS可以和其他的SS建立直接的連接，需要建立SS和 BS之間的直接連接。連接上的所有通信由BS來集中管理。分布式調(diào)度機制中，沒有類似于BS的集中調(diào)度控制，每個SS發(fā)送自己 的調(diào)度信息給鄰居節(jié)點，并通過自身兩跳范圍內(nèi)節(jié)點的調(diào)度信息來選擇帶寬接 入信道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)無碰撞地傳輸。分布式調(diào)度又分為協(xié)作方式和非協(xié)作方式。 協(xié)作方式中，節(jié)點通過使用每個幀中一段或全部控制部分，有規(guī)則、無竟爭地
傳輸自己的調(diào)度信息。非協(xié)作方式中，節(jié)點需要通過竟爭方式來發(fā)送調(diào)度信息， 從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無碰撞傳輸?，F(xiàn)有技術(shù)中上述網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分類如圖l所示。分布式非協(xié)作Mesh網(wǎng)絡(luò)的MAC層采用的是時分多址(TDMA， Time Division Multiple Access )方式，時分雙工(TDD， Time Division Duplex )才莫式， 所有控制信令和數(shù)據(jù)包的發(fā)送都按時隙發(fā)送。這種多址方式能保證傳輸時延， 支持面向連接的服務(wù)，也是系統(tǒng)提供服務(wù)質(zhì)量(QoS, Quality of Service )差異 化服務(wù)、帶寬的動態(tài)分配的J^出。分布式非協(xié)作Mesh網(wǎng)絡(luò)中標準的調(diào)度方法中，控制信息和數(shù)據(jù)包的發(fā)送 分配在不同的時隙段進行，數(shù)據(jù)包發(fā)送時隙的分配必須通過控制信息的交換來 確定，這樣可以避免數(shù)據(jù)包的碰撞。如圖2所示，Mesh幀結(jié)構(gòu)分成控制子幀 和數(shù)據(jù)子幀兩部分?？刂谱訋志W(wǎng)絡(luò)控制子幀和調(diào)度控制子幀兩種。前者負責(zé) 創(chuàng)建和維持不同系統(tǒng)之間的結(jié)合；后者負責(zé)協(xié)作數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度。數(shù)據(jù)子幀緊 跟在控制子幀后面，并分成許多個時隙帶寬。標準將調(diào)度消息定義為 MSH-DSCH ( Mesh Mode Schedule with Distributed Scheduling )，所有的調(diào)度命 令以及鄰居節(jié)點的帶寬分配情況都在MSH-DSCH消息中發(fā)送。在分布式非協(xié)作Mesh網(wǎng)絡(luò)中，由于缺少BS的中心控制，所以每個要發(fā) 送數(shù)據(jù)包的SS必須先通過竟爭來發(fā)送請求消息，從而來獲得數(shù)據(jù)包的具體發(fā) 送時隙。在竟爭過程中，為了減少控制信息的沖突，可以采用時延退避策略， 即在發(fā)送控制信息之前先延時一段時間，直到信道空閑且退避時間為0才發(fā)送， 如此可以降低控制信息的沖突概率。如果SS竟爭獲勝，就可在當前的時隙廣 播其控制信息；如果失敗，則必須等到下一個傳輸時隙繼續(xù)參與竟爭。標準采 用了"請求/授^/確認，，三次握手過程來完成連接的建立，握手協(xié)議如圖3所示。 而建立的每一對連接都有一個連接ID (Identity)號，各節(jié)點都保有其鄰居節(jié) 點的通信連接的ID以及占用的數(shù)據(jù)時隙等信息。由此，源節(jié)點A通過竟爭發(fā)送請求消息給目的節(jié)點B, B收到消息后，返 回一個授權(quán)消息，該消息包括節(jié)點B可以提供的全部或者部分空余的帶寬時
隙。由于授權(quán)消息是以廣播形式發(fā)送，節(jié)點B的鄰居節(jié)點都能收到該消息，并 認為B的這些帶寬時隙已經(jīng)被占用。節(jié)點A收到授權(quán)消息后，即獲得了數(shù)據(jù) 發(fā)送的具體帶寬時隙，然后還要廣播一個確認消息，該消息中包含了一個授權(quán) 消息的副本，告知所有A的鄰居節(jié)點不可占用A已經(jīng)分配了的帶寬時隙。通 過這種方式，所有A和B的鄰居節(jié)點都能及時更新數(shù)據(jù)子幀的分配信息，避 免重復(fù)利用，也就避免了數(shù)據(jù)包發(fā)送的沖突，實現(xiàn)數(shù)據(jù)包無碰撞地發(fā)送和接收。上述過程中所有的請求、授權(quán)和確認消息都包含在MSH-DSCH消息中發(fā) 送。因此每個SS需要通過竟爭來發(fā)送MSH-DSCH消息，然后通過三次握手協(xié) 議，與目的節(jié)點達成數(shù)據(jù)包發(fā)送的具體時隙帶寬，并告知鄰居節(jié)點不得占用已 分配的時隙帶寬，實現(xiàn)無碰撞地發(fā)送接收。在現(xiàn)有技術(shù)中，存在有沖突退避方法，確定退避方法的基本原則是根據(jù)沖 突的歷史來確定延遲時間。比較常見的是二進制指數(shù)退避方法(BEB),該方 法采用如下公式TBEB-2" (2a),其中TBEB為已知沖突信息幀的延遲窗口 ， i為沖突次 數(shù)，每沖突一次i值加1, a為信息在總線上從一端傳輸?shù)搅硪欢怂钑r間，又 稱為時間槽。但該方案時延窗口的產(chǎn)生方案固定，并沒有考慮到網(wǎng)絡(luò)變化的實時情況。 現(xiàn)有技術(shù)中，并沒有對SS控制信息的竟爭方案，而在沒有判斷網(wǎng)絡(luò)負荷 的情況下，不管網(wǎng)絡(luò)是空閑還是繁忙，節(jié)點通常都用相同的方法或概率竟爭時 隙，顯然當信道比較繁忙時，沖突的概率就比較大，這樣就限制了信道利用率 和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點及連接建立方 法，用以解決按照現(xiàn)有技術(shù)進行的控制信息竟爭時，沖突概率大，限制信道利 用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量的問題。
本發(fā)明方法包4舌一種分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)連接建立方法，包括第一節(jié)點接收數(shù)據(jù)發(fā)送觸發(fā)信息，根據(jù)鄰居節(jié)點狀態(tài)生成時延窗口，并根據(jù)所述時延窗口生成退避時長；第一節(jié)點在所述退避時長后，發(fā)送請求信息，與第二節(jié)點建立連接。 所述的方法，第一節(jié)點根據(jù)鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)生成時延窗口，采用如下公式其中cWK為本次發(fā)送請求消息的時延窗口 ， cwmax和cwmin分別為時延窗口的最大和最小門限值，n為第一節(jié)點的活躍鄰居節(jié)點數(shù)，a為比例系數(shù)， a > 1 。所述的方法，還包括對時延窗口進行平滑處理的步驟，處理后的時延窗口為CW = ^CK+(1-其中CWk.,為第一節(jié)點上次發(fā)送請求信息時的時延窗口，卩為平滑因子， 0<-<1。所述的方法，當所述第一節(jié)點發(fā)送請求信息，出現(xiàn)竟爭碰撞時，第一節(jié)點 重新按照所述公式生成時延窗口 。所述的方法，4艮據(jù)所述時延窗口生成退避時長步驟，是在所述時延窗口范 圍內(nèi)，生成一個隨機數(shù)作為退避時長。所述第一節(jié)點發(fā)送請求信息，與第二節(jié)點建立連接步驟，具體包括第 一 節(jié)點向第二節(jié)點發(fā)送請求信息；第二節(jié)點廣播授權(quán)消息，攜帶第二節(jié)點可提供的帶寬時隙信息； 第一節(jié)點廣播確認消息，攜帶所述的授權(quán)消息副本。 所述的方法，各節(jié)點設(shè)置業(yè)務(wù)時隙使用表，用以存儲各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分 配信息，所述鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)，通過所述業(yè)務(wù)時隙使用表中各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀
的分配4言息確定。所述鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)，定期進行更新。本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括一種分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，包括時延窗口生成單元，用于在接收到數(shù)據(jù)發(fā)送觸發(fā)消息后，根據(jù)鄰居節(jié)點狀 態(tài)生成時延窗口；退避時長生成單元，用于根據(jù)所述時延窗口生成退避時長； 連接建立單元，用于在所述退避時長后，發(fā)送請求信息，與第二節(jié)點建立連接。所述的節(jié)點，還包括鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)統(tǒng)計單元，用于統(tǒng)計鄰居節(jié)點的活躍狀態(tài)，并將鄰居節(jié) 點活躍狀態(tài)信息反饋給時延窗口生成單元，由時延窗口生成單元生成時延窗 口，采用如下^^式= min{k c『max},其中CWjc為本次發(fā)送請求消息的時延窗口， CWmax和CWmin分別表示時延窗口的最大和最小門限值，n為活躍鄰居節(jié)點數(shù)，a為比例系數(shù)，《>1。 所述的節(jié)點，還包括平滑處理單元，用于對時延窗口進行平滑處理，處理后的時延窗口為 CW = ^CK+(1-y5)C^—,，其中CWw為上次發(fā)送請求信息時的時延窗口，卩為平滑因子，0<-<1。 所述的節(jié)點，還包括竟爭碰撞處理單元，用于在節(jié)點發(fā)送請求信息出現(xiàn)竟爭碰撞時，重新生成 時延窗口。所述連接建立單元進一步包括 請求信息發(fā)送單元，用于向第二節(jié)點發(fā)送請求信息； 授權(quán)消息接收單元，用于接收第二節(jié)點廣播授權(quán)消息，所述授權(quán)消息中，
攜帶第二節(jié)點可提供的帶寬時隙信息；確認消息發(fā)送單元，用于向第二節(jié)點廣播確認消息，所述廣播確認消息中 攜帶所述的授權(quán)消息副本。所述鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)統(tǒng)計單元還包括業(yè)務(wù)時隙使用表單元，用于存儲各鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息，所述鄰 居節(jié)點活躍狀態(tài)，通過所述業(yè)務(wù)時隙使用表單元中各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息 確定。本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)包括一種分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)，包括多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括時延窗口生成單元，用于在接收到數(shù)據(jù)發(fā)送觸發(fā)消息后，根據(jù)鄰居節(jié)點狀 態(tài)生成時延窗口；退避時長生成單元，用于根據(jù)所述時延窗口生成退避時長； 連接建立單元，用于在所述退避時長后，發(fā)送請求信息，與第二節(jié)點建立連接。所述網(wǎng)絡(luò)結(jié)點還包括鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)統(tǒng)計單元，用于統(tǒng)計鄰居節(jié)點的活躍狀態(tài)，并將鄰居節(jié) 點活躍狀態(tài)信息反饋給時延窗口生成單元，由時延窗口生成單元生成時延窗 口，采用如下公式其中CWK為本次發(fā)送請求消息的時延窗口， CWn^和CW曲分別表示時延窗口的最大和最小門限值，n為活躍鄰居節(jié)點數(shù)，a為比例系數(shù)，a>l。 所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還包括平滑處理單元，用于對時延窗口進行平滑處理，處理后的時延窗口為 +(1-^0^，其中CWw為上次發(fā)送請求信息時的時延窗口， (3為平滑因子，0</ <1。
所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還包括竟爭碰撞處理單元，用于在節(jié)點發(fā)送請求信息出現(xiàn)竟爭碰撞時，重新生成 時延窗口。所述連接建立單元進一步包括請求信息發(fā)送單元，用于向第二節(jié)點發(fā)送請求信息；授權(quán)消息接收單元，用于接收第二節(jié)點廣播授權(quán)消息，所述授權(quán)消息中， 攜帶第二節(jié)點可提供的帶寬時隙信息；確認消息發(fā)送單元，用于向第二節(jié)點廣播確認消息，所述廣纟番確認消息中 攜帶所述的授權(quán)消息副本。所述鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)統(tǒng)計單元還包括業(yè)務(wù)時隙使用表單元，用于存儲各鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息，所述鄰 居節(jié)點活躍狀態(tài)，通過所述業(yè)務(wù)時隙使用表單元中各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息 確定。本發(fā)明有益效果如下本發(fā)明方案在選取時延窗口時，充分考慮當前網(wǎng)絡(luò)的繁忙程度，通過鄰居 節(jié)點活躍狀態(tài)，自適應(yīng)調(diào)整本次發(fā)送請求信息時所應(yīng)用的時延窗口，這樣可以 降低節(jié)點間控制信息竟爭的沖突概率，提升信道利用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。本發(fā)明方案中，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點不需要交換狀態(tài)信息，只需通過各節(jié)點在一 段時間內(nèi)記錄的鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)，即可確認網(wǎng)絡(luò)的繁忙程度，減輕了網(wǎng)絡(luò)開 銷，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)術(shù)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中Mesh網(wǎng)絡(luò)的幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中三次握手協(xié)議圖；圖4為本發(fā)明方案中分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明方案中分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明方案中分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)連接建立方法流程圖； 圖7為本發(fā)明方案中分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)連接建立過程中，第一節(jié)點與與第二節(jié)點三次信息交換的流程圖；圖8為本發(fā)明方案中節(jié)點活躍狀態(tài)判斷的流程圖；圖9為本發(fā)明方案中節(jié)點發(fā)送請求信息沖突時的退避方法流程圖； 圖IO為本發(fā)明方案中具體連接建立過程的另一個流程圖；圖11為本發(fā)明方案與BEB方法網(wǎng)絡(luò)吞吐量的比較圖； 圖12為本發(fā)明方案與BEB方法丟包率的比較圖。
具體實施方式
下面結(jié)合"^兌明書附圖來說明本發(fā)明的具體實施方式
?？紤]到一個節(jié)點過去一段時間內(nèi)鄰居節(jié)點的活躍狀態(tài)，在一定程度上反映 了信道的繁忙狀況，即網(wǎng)絡(luò)的負荷情況，本發(fā)明通過對過去一段時間內(nèi)活躍的 鄰居節(jié)點數(shù)量進行統(tǒng)計，來確定網(wǎng)絡(luò)的繁忙情況，從而自適應(yīng)調(diào)整節(jié)點的時延 退避窗口大小。如圖4所示，是本發(fā)明分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，在該網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)下，每個節(jié)點發(fā)送自己的調(diào)度信息給鄰居節(jié)點，并通過自身兩跳范圍內(nèi) 節(jié)點的調(diào)度信息來選擇帶寬接入信道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)無碰撞地傳輸。節(jié)點間需要通 過竟爭方式來發(fā)送調(diào)度信息，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無碰撞傳輸。如圖5所示，是本發(fā)明方案分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 500的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可見，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括以下部分時延窗口生成單元501，用于在接收到數(shù)據(jù)發(fā)送觸發(fā)消息后，才艮據(jù)鄰居節(jié) 點狀態(tài)生成時延窗口；退避時長生成單元502,用于根據(jù)所述時延窗口生成退避時長；連接建立單元503，用于在所述退避時長后，發(fā)送請求信息，與第二節(jié)點
建立連接。進一步，在所述的節(jié)點上，還包括鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)統(tǒng)計單元504，用于統(tǒng)計鄰居節(jié)點的活躍狀態(tài)，并將鄰 居節(jié)點活躍狀態(tài)信息反饋給時延窗口生成單元，由時延窗口生成單元生成時延 窗口，采用如下公式其中CWK為本次發(fā)送請求消息的時延窗口， CWmax和CW^分別表示時延窗口的最大和最小門限值，n為活躍鄰居節(jié)點數(shù)，a為比例系數(shù)，《>1。 平滑處理單元505，用于對時延窗口進行平滑處理，處理后的時延窗口為 OF =々.C『t+(1-/9)0^—,，其中CWk.i為上次發(fā)送請求信息時的時延窗口，卩為平滑因子，0<-<1。 該系統(tǒng)竟爭碰撞處理單元506，用于在節(jié)點發(fā)送請求信息出現(xiàn)竟爭碰撞時，重新生成時延窗口。上述方案中，連接建立單元503還可以進一步設(shè)置 請求信息發(fā)送單元5031,用于向第二節(jié)點發(fā)送請求信息； 授權(quán)消息接收單元5032,用于接收第二節(jié)點廣播授權(quán)消息，所述授權(quán)消息中，攜帶第二節(jié)點可提供的帶寬時隙信息；確認消息發(fā)送單元5033,用于向第二節(jié)點廣播確認消息，所述廣播確認消息中攜帶所述的授權(quán)消息副本。上述方案中，鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)統(tǒng)計單元504還可以進一步設(shè)置 業(yè)務(wù)時隙使用表單元5041，用于存儲各鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息，所述鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)，通過所述業(yè)務(wù)時隙使用表單元中各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息確定。結(jié)合上述分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)節(jié)點及結(jié)構(gòu)的方案，本發(fā)明分布式 非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)連接建立過程如圖6所示，包括以下步驟 S601、第一節(jié)點接收數(shù)據(jù)發(fā)送觸發(fā)信息。
第 一節(jié)點要向第二節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，首先要有一個觸發(fā)該流程的觸發(fā)信息， 該觸發(fā)信息可以是上層發(fā)送來的消息，也可以是其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送給第 一 網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送消息。根據(jù)該觸發(fā)信息，第一節(jié)點啟動連接建立過程。S602、第一節(jié)點根據(jù)鄰居節(jié)點狀態(tài)生成時延窗口。在連接建立的過程中，第一節(jié)點和第二節(jié)點周圍的鄰居節(jié)點都可以偵聽到 它們發(fā)出的控制信息，由此判斷它們的狀態(tài)。該狀態(tài)判斷中，可以采用如下方 案如果某節(jié)點偵聽到其鄰居節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則設(shè)置該鄰居節(jié)點狀態(tài)為活 躍，反之處于休眠狀態(tài)。在過去的一個周期T內(nèi)，設(shè)定第一節(jié)點有n個鄰居節(jié) 點處于活躍狀態(tài)，可以得到第一節(jié)點時延窗口的一個初步取值CWk : C『t =畫^『柚x"" ， OF,} (公式1) 其中，Ct為比例系數(shù)，">。CWmax和CWmin則分別表示時延窗口的最大 和最小門限值，即CWk的取值必須在[CW^， CW鵬]之間，而CWmin和CWmax這兩個值可根據(jù)Mesh幀控制時隙的多少以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋度來確定。進一步，在該方案中還可以對時延窗口進行平滑調(diào)整，以避免時延窗口變化過大，具體可以采用如下方案在上述時延竟爭窗口的判斷過程中，若本次才艮據(jù)公式1得到的時延窗口的 初步取值為CWk,而該第一節(jié)點上次發(fā)送請求信息時的時延窗口為CWk.p為 避免一些偶然因素導(dǎo)致時延窗口跳躍過快，對其作處平滑理。最后的時延竟爭 窗口 CW的取值為C『=卸C『* + (1 - p)Ofw (公式2)其中卩為平滑因子，0<〃<1。S603、根據(jù)所述時延窗口生成退避時長。在此竟爭過程中，第一節(jié)點首先通過偵聽，判斷控制時隙是否空閑。若發(fā) 現(xiàn)該控制時隙空閑，則該第一節(jié)點在其時延窗口[O, CW]內(nèi)生成一個隨機數(shù)作 為它的退避時長，延遲一段時間再發(fā)送請求信息。而節(jié)點若發(fā)現(xiàn)控制時隙繁忙，
則持續(xù)偵聽控制信道，直到其有空閑時隙為止，再在其時延窗口內(nèi)生成一個隨 機數(shù)作為它的退避時長，延遲一段時間再發(fā)送請求信息。而這個過程中的時延窗口 cw也是按照本發(fā)明方案中基于鄰居節(jié)點活多夭狀態(tài)的時延窗口設(shè)定方法確定的。若在請求信息發(fā)送時，還有其它節(jié)點也通過同一時隙發(fā)送請求信息，則會 出現(xiàn)竟爭碰撞，這時的結(jié)果是上述幾個節(jié)點的請求信息皆發(fā)送失敗。而這幾個 節(jié)點在等待一^史時間仍沒有收到目的節(jié)點的反饋信息后，認為請求信息發(fā)送失敗，再次在其各自的時延窗口 cw中隨機生成一個退避時長，開啟退避定時器，在退避一段時間后重新發(fā)送請求信息。而這個過程中的時延窗口 cw也是按照 本發(fā)明方案中基于鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)的時延窗口^:定方法確定的。S604、第一節(jié)點在所述退避時長后，發(fā)送請求信息，與第二節(jié)點建立連接。 該方法中，第一節(jié)點以竟爭方式通過專用控制時隙發(fā)送請求信息 MSH-DSCH,其中包括連接的ID,需求的最小時隙等信息。 上述步驟S604可以進一步細化，如圖7所示，包括56041、 第一節(jié)點向第二節(jié)點發(fā)送請求信息；第一節(jié)點竟爭成功之后，通過專用控制時隙發(fā)送請求信息MSH-DSCH, 其中包括連接的ID，需求的最小時隙等信息。56042、 第二節(jié)點廣播授權(quán)消息，攜帶第二節(jié)點可提供的帶寬時隙信息； 若請求信息發(fā)送成功，則第二節(jié)點回復(fù)一個授權(quán)信息，該授權(quán)消息包括第二節(jié)點可以提供的全部或者部分空余的帶寬時隙，由于授權(quán)消息是以廣播形式 發(fā)送，第二節(jié)點的鄰居節(jié)點都能收到該授權(quán)消息，并認為這些帶寬時隙已經(jīng)被 占用。56043、 第一節(jié)點廣播確認消息，攜帶所述的授權(quán)消息副本。 第一節(jié)點收到授權(quán)消息后，即獲得了數(shù)據(jù)發(fā)送的具體帶寬時隙，按照協(xié)議規(guī)定，還要發(fā)送一個確認消息，該確認消息以廣播形式發(fā)送，該確認消息中包 含了一個授權(quán)消息的副本，告知第一節(jié)點的所有鄰居節(jié)點不可占用該第一節(jié)點
已經(jīng)分配了的帶寬時隙。上述方案中，可以在每個節(jié)點均存放一個業(yè)務(wù)時隙使用表，該業(yè)務(wù)時隙使 用表存儲各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息，各鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)，通過所述業(yè)務(wù)時 隙使用表中各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息確定。通過這種方式，所有節(jié)點的鄰居 節(jié)點都能及時更新數(shù)據(jù)子幀的分配信息，避免重復(fù)利用，也就避免了數(shù)據(jù)包發(fā) 送的沖突，實現(xiàn)數(shù)據(jù)包無碰撞地發(fā)送和接收。上述方案中，節(jié)點活躍狀態(tài)可以是隨著網(wǎng)絡(luò)的繁忙、空閑程度的轉(zhuǎn)換而及 時更新的，設(shè)節(jié)點j是節(jié)點i的鄰居節(jié)點，在某一時刻節(jié)點j是處于"活躍"(Active)還是"休眠"(Sle印)狀態(tài)，通過偵聽節(jié)點j的控制信息來獲取和更 新，節(jié)點j的狀態(tài)更新方法如圖8所示，包括5801、 初始時設(shè)定節(jié)點j為"休目民"狀態(tài)；5802、 若源節(jié)點i偵聽到鄰居節(jié)點j建立連接請求發(fā)送數(shù)據(jù)的控制信息， 則節(jié)點j的狀態(tài)修改為"活躍"，同時啟動定時器(TimerT);5803、 定時器計時；5804、 若定時器時間到，則轉(zhuǎn)移到步驟S801;否則轉(zhuǎn)移到步驟S802。 上述方案中，如果多個節(jié)點同時發(fā)起請求，則會出現(xiàn)碰撞情況，節(jié)點的退避方法流程如圖9所示，包括5901、 統(tǒng)計活躍節(jié)點數(shù)量n;5902、 有數(shù)據(jù)包到達；5903、 根據(jù)活躍節(jié)點n值及之前的時延窗口 CW的取值，自適應(yīng)調(diào)整當前 時延窗口 CW;5904、 生成[O, CW]之間的隨機數(shù)作為退避時長，并啟動退避時長定時器；5905、 如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)子幀的所有時隙都已分配完，則停止退避時長定時器， 否則進行退避時長定時器計時；5906、 當退避時長定時器時間到，發(fā)送控制信息，請求建立連接； S卯7、如果控制信息發(fā)生碰撞，連接建立失敗，無法收到回復(fù)信息，則轉(zhuǎn)200610104095.7說明書第13/15頁移到步驟S902,否則進入步驟S908;S908、控制信息交互成功，連接建立成功，可以進行數(shù)據(jù)傳輸。下面看一個實際的例子，在基于802.16分布式非協(xié)作Mesh網(wǎng)絡(luò)中，為便 于分析，我們對網(wǎng)絡(luò)作如下簡化假定有IOO個節(jié)點隨機分布在1000m*1000m的方形區(qū)域內(nèi)，每個節(jié)點的 最大傳輸距離都為R=250m,位于彼此的傳輸范圍內(nèi)的節(jié)點為鄰居節(jié)點，各節(jié) 點關(guān)系對等。a=2,卩=0.7;同一時隙，相鄰節(jié)點中只能有一個節(jié)點發(fā)送控制信息。相鄰節(jié)點需要通過 竟爭來獲得發(fā)送控制信息的時隙。若兩節(jié)點同時發(fā)送控制信息，發(fā)生碰撞，控 制信息則丟失；各節(jié)點數(shù)據(jù)的到達服從泊松分布，所有節(jié)點互相平等，竟爭機會均等； 僅討論控制信息的發(fā)送與沖突，不考慮數(shù)據(jù)發(fā)送的具體情況?？刂菩畔⒔?互成功，連接建立后，數(shù)據(jù)即默認發(fā)送成功；無緩沖區(qū)，即在當前數(shù)據(jù)包未發(fā)送之前到來的新包，都默認為丟失。 按照本發(fā)明方案，具體連接建立過程如圖IO所示，包括51001、 設(shè)定初始時延窗口大小為CWmin;51002、 偵聽鄰居節(jié)點的控制信息，若鄰居節(jié)點在發(fā)送控制信息，則活躍 節(jié)點數(shù)目active—n加1，活躍節(jié)點定時器開啟，時間為T;51003、 時間T后，活躍節(jié)點數(shù)目active—n減1;51004、 新的數(shù)據(jù)到達；51005、 判斷當前節(jié)點狀態(tài)，若節(jié)點繁忙則丟包；若空閑則開啟退避時長 定時器；51006、 確定時延窗口大小CW為C『=0.7 x M"{C『mm x 2。c"ve_", C『max} + 0.3 x C『51007、 生成[O, CW]之間的隨機整數(shù)k，作為退避時長，并開啟退避時長
定時器；51008、 退避時長到達，發(fā)送請求信息。若兩相鄰節(jié)點同時發(fā)送，則發(fā)生 碰撞，請求信息丟失，跳至步驟S1009,反之進入步驟S1010;51009、 等待一段時間，沒有收到目的節(jié)點的回復(fù)信息，退避次數(shù)加l,重 置退避時長定時器，回到步驟S1006;51010、 等待一段時間，收到目的節(jié)點的回復(fù)信息，連接建立成功，默認 發(fā)送數(shù)據(jù)成功，此后繼續(xù)往復(fù)進行。上述實例運行結(jié)果表明，采用本發(fā)明后，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量獲得很大提升，特 別是在網(wǎng)絡(luò)負載比較大的情況下，網(wǎng)絡(luò)吞吐量的提高比較明顯。如圖11、 12 所示，和常用的BEB方法相比，在網(wǎng)絡(luò)負載越大的情況下對吞吐量的改善越 明顯，其成功發(fā)包的數(shù)量有所上升，而丟包率降低了。其中圖11是BEB方法和本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)吞吐量的比較圖，其橫坐標為數(shù)據(jù)到 達率n(個/單位時間)，表示各節(jié)點每單位時間有n個新包達到，換言之，每 隔1/n單位時間有一個包到達，而縱坐標為成功發(fā)包的個數(shù)。從圖11中可以看 到，在數(shù)據(jù)達到率相同的情況下，本發(fā)明相比BEB方法，其成功發(fā)包率的提 高在12%以上。其中圖11中曲線的左邊部分似乎沒有區(qū)別，這是由于一來此 時到達的數(shù)據(jù)包量較小，不管是BEB方法還是本發(fā)明，其成功發(fā)包率都比較 大，因此，成功發(fā)包量差別比較小。二來，由于此時成功發(fā)包量的數(shù)值比較小， 在縱坐標的最大值和刻度都比較大的情況下區(qū)別自然也不明顯。此外，從圖11 中還可以看到，比例系數(shù)a的取值的不同，仿真結(jié)果也有所不同。a的最優(yōu)取 值需要才艮據(jù)網(wǎng)絡(luò)大小，鄰居節(jié)點的數(shù)量等條件確定。圖12是BEB方法和本發(fā)明丟包率的比較圖，其橫坐標和圖11 一樣也是 數(shù)據(jù)達到率，而縱坐標則是丟包率。從圖12中可以看到，在數(shù)據(jù)到達率相同 的情況下，本發(fā)明的丟包率有所下降。從圖上看，當數(shù)據(jù)流量很小和很大時， 丟包率似乎都相差不大，但實際上這兩種情況有明顯區(qū)別。第一種情況，當數(shù) 據(jù)流量很大時，因為仿真中數(shù)據(jù)包的緩沖區(qū)設(shè)置的很小，由此當數(shù)據(jù)包到達率 超過一定范圍，大部分的包都丟失，從概率上看來的確相差不大，但實際使用 中一來緩沖區(qū)不可能像仿真中這么小，二來數(shù)據(jù)達到率也不會這么大的，此時本發(fā)明對丟包率改善的就會明顯起來。例如，數(shù)據(jù)到達率為每5單位時間到達 一個包時，BEB和本發(fā)明的丟包率都達到90%以上，此時〗又從丟包率上看差別 比較小，但結(jié)合圖11可以看到，此時成功發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量還是有很大差別 的，從吞吐量上看，本發(fā)明明顯得到了提高。而圖12的第二種情況，當數(shù)據(jù)流量很小時，丟包率實際上差別很大，在 圖12中曲線的左邊部分差別比較小是因為這是的丟包率數(shù)值比較小，放在縱 軸為百分比的圖上看不出來。例如，數(shù)據(jù)到達率為每250單位時間到達一個包 時，BEB方法仿真的丟包率為0.25%，而本發(fā)明cc取2時，丟包率為0.13%， ct取2.2時，丟包率為0.16%, a取1.8時，丟包率為0.14%，實際上的差別近 乎一倍，但放在圖上顯現(xiàn)不出來罷了。綜上，本發(fā)明和常用的BEB方法相比，吞吐量有明顯改善，成功發(fā)包的 數(shù)量有所上升，而丟包率則降低了。明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及 其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)連接建立方法，其特征在于，包括第一節(jié)點接收數(shù)據(jù)發(fā)送觸發(fā)信息，根據(jù)鄰居節(jié)點狀態(tài)生成時延窗口，并根據(jù)所述時延窗口生成退避時長；第一節(jié)點在所述退避時長后，發(fā)送請求信息，與第二節(jié)點建立連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一節(jié)點根據(jù)鄰居節(jié)點活躍 狀態(tài)生成時延窗口，采用如下公式其中CWK為本次發(fā)送請求消息的時延窗口， CWmax和CWmin分別為時延 窗口的最大和最小門限值，n為第一節(jié)點的活J 夭鄰居節(jié)點數(shù)，a為比例系數(shù)，
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括對時延窗口進行平滑 處理的步驟，處理后的時延窗口為C『=卸C『t + (卜々)C『",，其中CWw為第一節(jié)點上次發(fā)送請求信息時的時延窗口，卩為平滑因子， 0<"<1。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，當所述第一節(jié)點發(fā)送請 求信息，出現(xiàn)竟爭碰撞時，第一節(jié)點重新按照所述公式生成時延窗口。
5、 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述時延窗口生成 退避時長步驟，是在所述時延窗口范圍內(nèi)，生成一個隨機數(shù)作為退避時長。
6、 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第一節(jié)點發(fā)送請求 信息，與第二節(jié)點建立連接步驟，具體包括第 一節(jié)點向第二節(jié)點發(fā)送請求信息；第二節(jié)點廣播授權(quán)消息，攜帶第二節(jié)點可提供的帶寬時隙信息； 第一節(jié)點廣播確認消息，攜帶所述的授權(quán)消息副本。
7、 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，各節(jié)點設(shè)置業(yè)務(wù)時隙使 用表，用以存儲各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息，所述鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)，通過所 述業(yè)務(wù)時隙使用表中各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息確定。
8、 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)， 定期進行更新。
9、 一種分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其特征在于，包括 時延窗口生成單元，用于在接收到數(shù)據(jù)發(fā)送觸發(fā)消息后，根據(jù)鄰居節(jié)點狀態(tài)生成時延窗口；退避時長生成單元，用于4艮據(jù)所述時延窗口生成退避時長； 連接建立單元，用于在所述退避時長后，發(fā)送請求信息，與第二節(jié)點建立連接。
10、 如權(quán)利要求9所述的節(jié)點，其特征在于，還包括 鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)統(tǒng)計單元，用于統(tǒng)計鄰居節(jié)點的活躍狀態(tài)，并將鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)信息反饋給時延窗口生成單元，由時延窗口生成單元生成時延窗 口，采用如下〃>式其中CWK為本次發(fā)送請求消息的時延窗口 ， CWmax和CWmin分別表示時延窗口的最大和最小門限值，n為活躍鄰居節(jié)點數(shù)，a為比例系數(shù)，a>l。
11、 如權(quán)利要求IO所述的節(jié)點，其特征在于，還包括 平滑處理單元，用于對時延窗口進行平滑處理，處理后的時延窗口為<formula>formula see original document page 3</formula>其中CWk.,為上次發(fā)送請求信息時的時延窗口， p為平滑因子，0<〃<1。
12、 如權(quán)利要求9、 10或11所述的節(jié)點，其特征在于，還包括 竟爭碰撞處理單元，用于在節(jié)點發(fā)送請求信息出現(xiàn)竟爭碰撞時，重新生成時延窗口。
13、 如權(quán)利要求9、 10或11所述的節(jié)點，其特征在于，所述連接建立單 元進一步包括請求信息發(fā)送單元，用于向第二節(jié)點發(fā)送請求信息； 授權(quán)消息接收單元，用于接收第二節(jié)點廣播授權(quán)消息，所述授權(quán)消息中，攜帶第二節(jié)點可提供的帶寬時隙信息；確認消息發(fā)送單元，用于向第二節(jié)點廣播確認消息，所述廣播確認消息中 攜帶所述的授權(quán)消息副本。
14、 如權(quán)利要求10所述的節(jié)點，其特征在于，所述鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)統(tǒng) 計單元還包括業(yè)務(wù)時隙使用表單元，用于存儲各鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息，所述鄰 居節(jié)點活躍狀態(tài)，通過所述業(yè)務(wù)時隙使用表單元中各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息 確定。
15、 一種分布式非協(xié)作多點對多點網(wǎng)絡(luò)，包括多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其特征在于， 所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括時延窗口生成單元，用于在接收到數(shù)據(jù)發(fā)送觸發(fā)消息后，根據(jù)鄰居節(jié)點狀 態(tài)生成時延窗口；退避時長生成單元，用于根據(jù)所述時延窗口生成退避時長； 連接建立單元，用于在所述退避時長后，發(fā)送請求信息，與第二節(jié)點建立連接。
16、 如權(quán)利要求15所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)結(jié)點還包括 鄰居節(jié)點活5夭狀態(tài)統(tǒng)計單元，用于統(tǒng)計鄰居節(jié)點的活多夭狀態(tài)，并將鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)信息反饋給時延窗口生成單元，由時延窗口生成單元生成時延窗 口，采用如下7>式C『* = MIN^K C『max}，其中CWK為本次發(fā)送請求消息的時延窗口， CWmax和CWmin分別表示時延窗口的最大和最小門限值，n為活躍鄰居節(jié)點數(shù)，a為比例系數(shù)，《>1。
17、 如權(quán)利要求16所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還包括 平滑處理單元，用于對時延窗口進行平滑處理，處理后的時延窗口為<formula>formula see original document page 5</formula>其中CWk.,為上次發(fā)送請求信息時的時延窗口，卩為平滑因子，0<-<1。
18、 如權(quán)利要求16或17所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還包括 竟爭碰撞處理單元，用于在節(jié)點發(fā)送請求信息出現(xiàn)竟爭碰撞時，重新生成時延窗口。
19、 如權(quán)利要求16或17所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述連接建立單元進 一步包括請求信息發(fā)送單元，用于向第二節(jié)點發(fā)送請求信息； 授權(quán)消息接收單元，用于接收第二節(jié)點廣播授權(quán)消息，所述授權(quán)消息中， 攜帶第二節(jié)點可提供的帶寬時隙信息；確認消息發(fā)送單元，用于向第二節(jié)點廣播確認消息，所述廣播確認消息中 攜帶所述的授權(quán)消息副本。
20、 如權(quán)利要求19所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)統(tǒng) 計單元還包括業(yè)務(wù)時隙使用表單元，用于存儲各鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息，所述鄰 居節(jié)點活躍狀態(tài)，通過所述業(yè)務(wù)時隙使用表單元中各節(jié)點數(shù)據(jù)子幀的分配信息 確定。
全文摘要
本發(fā)明涉及分布式非協(xié)作多點對多點(Mesh，multipoint-to-multipoint)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、該網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點構(gòu)成及連接建立方法，解決按照現(xiàn)有技術(shù)進行的控制信息競爭時，沖突概率大，限制信道利用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量的問題。該方法包括第一節(jié)點接收數(shù)據(jù)發(fā)送觸發(fā)信息，根據(jù)鄰居節(jié)點狀態(tài)生成時延窗口，并根據(jù)所述時延窗口生成退避時長；第一節(jié)點在所述退避時長后，發(fā)送請求信息，與第二節(jié)點建立連接。本發(fā)明方案在選取時延窗口時，充分考慮當前網(wǎng)絡(luò)的繁忙程度，通過鄰居節(jié)點活躍狀態(tài)，自適應(yīng)調(diào)整本次發(fā)送請求信息時所應(yīng)用的時延窗口，這樣可以降低節(jié)點間控制信息競爭的沖突概率，提升信道利用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
文檔編號H04W76/02GK101119585SQ20061010409
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月1日
發(fā)明者馮軍煥, 燕 張, 范平志, 魏岳軍 申請人:華為技術(shù)有限公司;西南交通大學(xué)