專利名稱：多跳無線網(wǎng)絡中一種分布式幀起始時間同步的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及多跳無線網(wǎng)絡中一種分布式的、使網(wǎng)絡中各設備的幀起始時間達 到同步的方法，屬于無線通信領域。
背景技術(shù)：
考慮一個由多個設備構(gòu)成的多跳無線網(wǎng)絡，如圖1所示。在該網(wǎng)絡中，假設 時間軸被劃分為連續(xù)等長的幀，如圖2所示，并且每幀被進一步劃分為控制子幀 和數(shù)據(jù)子幀兩部分，其中，控制子幀由若千控制時隙構(gòu)成，用于各設備傳輸控制 信息，即信標(beacon);而數(shù)據(jù)子幀則由若干數(shù)據(jù)時隙構(gòu)成，用于各設備傳輸數(shù) 據(jù)包。 一般來說，在信標中包含的比特數(shù)比數(shù)據(jù)包少很多，因此控制時隙的長度 要比數(shù)據(jù)時隙短很多。給定幀結(jié)構(gòu)，則所有設備都將以該幀結(jié)構(gòu)為定時基準進行數(shù)據(jù)收發(fā)操作，其 具體過程說明如下。對每個設備來說，當有數(shù)據(jù)要傳輸時，就要在數(shù)據(jù)子幀中選 擇某個數(shù)據(jù)時隙進行數(shù)據(jù)發(fā)送操作。然而，所考慮的無線網(wǎng)絡是由各設備以分布 式的方式構(gòu)成的，缺乏統(tǒng)一的中央?yún)f(xié)調(diào)者。因此，當有多個設備同時有數(shù)據(jù)要傳 輸時，很可能會有兩個甚至多個設備同時選中同一個數(shù)據(jù)時隙進行數(shù)據(jù)發(fā)送操作， 從而造成沖突?？梢杂卸喾N方法(即媒體接入方法)避免沖突。本發(fā)明考慮一種 控制與數(shù)據(jù)分開的媒體接入方法，即規(guī)定設備在使用某個數(shù)據(jù)時隙之前，必須首 先在控制子幀中選擇某個控制時隙上發(fā)送信標，并在該信標中包含該設備想要使 用哪個數(shù)據(jù)時隙的信息。通過在信標中攜帶這些信息，該設備可以對該數(shù)據(jù)時隙 進行預約和沖突預測，從而可以有效避免數(shù)據(jù)時隙上的沖突。這種媒體接入方法 雖然可以避免數(shù)據(jù)時隙上的沖突，但在控制時隙上卻仍有可能發(fā)生沖突。然而， 由于控制時隙一般比數(shù)據(jù)時隙短很多，因此在其上發(fā)生沖突所帶來的損失會比在 數(shù)據(jù)時隙上發(fā)生沖突小很多。綜上，本發(fā)明的背景是一類基于幀結(jié)構(gòu)的、且使用控制與數(shù)據(jù)相分離的媒體 接入方法的無線網(wǎng)絡。這類無線網(wǎng)絡的典型例子包括IEEE 802. 15、 IEEE802. 16、
ECMA 368等多種工業(yè)標準。與那些無幀結(jié)構(gòu)的、或者使用不區(qū)分控制與數(shù)據(jù)的媒 體接入方法的無線網(wǎng)絡(如IEEE 802. 11)相比，這類無線網(wǎng)絡對無線資源的利用 效率更高。
在前述基于幀結(jié)構(gòu)的、且使用控制與數(shù)據(jù)相分離的媒體接入方法的多跳無線 網(wǎng)絡中，每個設備都需要在本地維護每幀的起始時間，并以之為基準選擇控制時 隙和數(shù)據(jù)時隙。為了保證多跳無線網(wǎng)絡中所有設備的基準相同，給定控制時隙和 數(shù)據(jù)時隙的長度，則每個設備各自維護的幀起始時間必須一致，即同步。這一點 對整個網(wǎng)絡的正常穩(wěn)定運行具有非常重要的意義。然而，在無線網(wǎng)絡初始啟動， 或者設備硬件掉電后再啟動，或者設備移動(如兩群具有不同幀起始時間的設備 相遇并融合)等場合，由于無線多跳網(wǎng)絡是由各設備以分布式的方式構(gòu)成的，缺 乏統(tǒng)一的中央?yún)f(xié)調(diào)者，各設備的幀起始時間是有可能不同歩的。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題針對該問題，本發(fā)明的目的是提供多跳無線網(wǎng)絡中一種分布式幀 起始時間同步的方法，本發(fā)明的幀起始時間同步方法是分布式的，即不需要某個 中央控制單元進行協(xié)調(diào)；權(quán)值實際代表了有多少設備已經(jīng)選擇了這個幀起始時間， 因此可以避免效率低下的情形。
技術(shù)方案在所考慮的無線網(wǎng)絡中，假設每個參與設備都被賦予一個固定的 設備編號?？紤]任意兩個相鄰設備A和B，如圖3，則在設備A處，以自己的幀起 始時間為起點，沿時間軸正方向，到最近的一個設備B的幀起始時間的距離稱為 "設備A與設備B幀起始時間距離"；反之，在設備B處，則稱相應的距離為"設 備B與設備A幀起始時間距離"。根據(jù)上述約定的術(shù)語，對于每個設備A在每幀內(nèi)，
本發(fā)明的具體實現(xiàn)包括以卞三個步驟
第一歩設備A監(jiān)聽所有鄰居設備的信標； 第二步設備A計算自己的權(quán)重；
第三步設備A根據(jù)權(quán)重值決定是否以及如何調(diào)整自己的幀起始時間。 在上述實現(xiàn)步驟中，第一步監(jiān)聽過程包括以下步驟
1) 設備A監(jiān)聽各鄰居設備發(fā)送的信標，并記在第Nn個控制時隙上收到鄰居設 備B發(fā)送的信標，如圖4所示；
2) 設備A監(jiān)聽各鄰居設備發(fā)送的信標，由于設備在信標中會攜帶進行發(fā)送操作所在的控制時隙的編號信息，則設備A可以知道鄰居設備B是在第Mb個控制吋 隙上發(fā)送信標的，如圖4所示；
3)設備A對于每個鄰居設備B，根據(jù)已經(jīng)得到的NB和Mu，可以計算自己與設 備B幀起始時間距離并記為dAI,。
在上述實現(xiàn)步驟中，第二步計算過程包括以下步驟
1) 設備A設置窗口長度WA為控制子幀的長度；
2) 設備A統(tǒng)計自己所有鄰居設備中幀起始時間距離不超過窗口長度Wa的投 備，即計算集合S = {B: dAB 〈= WA};
3) 設備A設置自己的權(quán)值GA為集合S中元素的個數(shù)；
4) 設備A將權(quán)值GA攜帶在信標中準備在下一幀中向自己的鄰居設備廣播。 在上述實現(xiàn)步驟中，第三步調(diào)整過程包括以下步驟
1) 設備A通過接收信標可以知道所有相鄰設備的權(quán)值，并把自己的權(quán)值與鄰 居設備的權(quán)值進行比較；
2) 如果設備A的權(quán)值不是最大的，則設備A調(diào)整自己的幀起始時間與取值最 大的那個鄰居設備的幀起始時間對齊；
3) 如果設備A的權(quán)值最大且唯一，則設備A不調(diào)整幀起始時間；
4) 如果設備A的權(quán)值最大但不唯一，則在所有這些權(quán)值最大的鄰居設備中， 如果設備A的設備編號最大，則不調(diào)整幀起始時間，否則設備A調(diào)整自己的幀起 始時間與設備編號和權(quán)值都最大的那個鄰居設備的幀起始時間對齊。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的幀起始時間同歩方法是分布式的，即 不需要某個中央控制單元進行協(xié)調(diào)；進一步的，由于引入了窗U的概念，權(quán)值實 際代表了有多少設備己經(jīng)選擇了這個幀起始時間，因此可以避免效率低下的情形 (例如，有一群已經(jīng)同步，的設備，此時如果有一個未同步設備因移動性到達，則 有可能出現(xiàn)該群已同步設備被迫集體改變幀起始時間與那一個設備取得同步的情 形，效率非常低下)。 '


圖1為多跳無線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為時間幀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為設備間幀起始時間距離含義示意圖。
圖4為相鄰設備推算幀起始時間相對關(guān)系過程示意圖。
具體實施例方式
考慮一類基于幀結(jié)構(gòu)的、使用控制與數(shù)據(jù)相分離的媒體接入方法的多跳無線 網(wǎng)絡。選擇任意某一幀，則任意設備A的分布式幀起始時間同步的具體實施方式
可以分為下列三個步驟。
第一步，設備A監(jiān)聽各鄰居設備發(fā)送的信標.首先記錄在第Nu個控制時隙上 收到鄰居設備B發(fā)送的信標，然后通過信標中攜帶的信息知道鄰居設備B是在第 MB個控制時隙上發(fā)送信標的，最后根據(jù)N',和MB可以計算出設備A與設備B幀起始 時間距離dAB。
1) 設備A監(jiān)聽各鄰居設備發(fā)送的信標，并記在第N,個控制時隙上收到鄰居設 備B發(fā)送的信標；
2) 設備A監(jiān)聽各鄰居設備發(fā)送的信標，由于設備在信標中會攜帶進行發(fā)送操 作所在的控制時隙的編號信息，則設備A可以知道鄰居設備B是在第'Mb個控制吋 隙上發(fā)送信標的；
3) 設備A對于每個鄰居設備B，根據(jù)已經(jīng)得到的H,和MB，可以計算自己與設 備B幀起始時間距離并記為cU。
第二步，設備A設置窗口長度WA為控制子幀的長度，首先統(tǒng)計集合S^ {B: dA1, 〈=WA}，然后設置自己的權(quán)值GA為集合S中元素的個數(shù)，并準備在下一幀中通過 信標把該權(quán)值向自己的鄰居設備廣播。
1) 設備A設置窗口長度WA為控制子幀的長度；
2) 設備A統(tǒng)計自己所有鄰居設備中幀起始時間距離不超過窗口長度l的設 備，即計算集合S = {B: dAI, <= WA};
3) 設備A設置自己的權(quán)值GA為集合S中元素的個數(shù)；
4) 設備A將權(quán)值"攜帶在信標中準備在下一幀中向自己的鄰居設備廣播。 第三步，設備A通過接收信標可以知道所有相鄰設備的權(quán)值，并把自己的權(quán)
值與鄰居設備的權(quán)值進行比較如果設備A的權(quán)值不是最大的，則設備A調(diào)整'自 己的幀起始時間與取值最大的那個鄰居設備的幀起始時間對齊；如果設備A的權(quán) 值最大且唯一，則設備A不調(diào)整幀起始時間；如果設備A的權(quán)值最大但不唯一， 則在所有這些權(quán)值最大的鄰居設備中，如果設備A的設備編號最大，則不調(diào)整幀 起始時間，否則設備A調(diào)整自己的幀起始時間與設備編號和權(quán)值都最大的那個鄰 居設備的幀起始時間對齊。
權(quán)利要求
1. 一種多跳無線網(wǎng)絡中的分布式幀起始時間同步方法，其特征在于該多跳無線網(wǎng)絡是由多個設備以自組織方式構(gòu)成的，每個設備都被賦予一個固定的設備編號，而且該類多跳無線網(wǎng)絡是基于幀結(jié)構(gòu)的，每幀包括控制子幀和數(shù)據(jù)子幀兩部分，每個設備在數(shù)據(jù)傳輸前會在控制子幀中選擇某個時隙發(fā)送信標，并且在信標中攜帶進行發(fā)送操作所在的控制時隙的編號的信息；對于該類多跳無線網(wǎng)絡中的每個設備A，則在任意一幀中的具體實現(xiàn)包括以下三個步驟第一步設備A監(jiān)聽所有鄰居設備的信標；第二步設備A計算自己的權(quán)重；第三步設備A根據(jù)權(quán)重值決定是否以及如何調(diào)整自己的幀起始時間。
全文摘要
多跳無線網(wǎng)絡中的分布式幀起始時間同步方法，涉及一種在由多個設備構(gòu)成的多跳無線網(wǎng)絡中，能夠以分布式的方式使得網(wǎng)絡中各設備的幀起始時間達到同步的方法。該多跳無線網(wǎng)絡是由多個設備以自組織方式構(gòu)成的，每個設備都被賦予一個固定的設備編號，而且該類多跳無線網(wǎng)絡是基于幀結(jié)構(gòu)的，每幀包括控制子幀和數(shù)據(jù)子幀兩部分，每個設備在數(shù)據(jù)傳輸前會在控制子幀中選擇某個時隙發(fā)送信標，并且在信標中攜帶進行發(fā)送操作所在的控制時隙的編號的信息；對于該類多跳無線網(wǎng)絡中的每個設備A，則在任意一幀中的具體實現(xiàn)包括以下三個步驟設備A監(jiān)聽所有鄰居設備的信標；設備A計算自己的權(quán)重；設備A根據(jù)權(quán)重值決定是否以及如何調(diào)整自己的幀起始時間。
文檔編號H04J3/06GK101394245SQ20081019508
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者安載泳, 尤肖虎, 源 張, 潘志文, 鄭炳章, 金洙暢 申請人:東南大學;韓國電子通信研究院