一种效率优先的TDMA时隙分配方法

本发明涉及武器系统通信技术领域，具体涉及一种效率优先的TDMA时隙分配方法。

TDMA是一种常见的通信多址方式，在通信中广泛应用，通过给在网节点分配特定的通信时隙，实现正常通信。TDMA网络具有通信速率高、无冲突、易实现等特点，在分配通信时隙时，每个时隙均需要设置保护间隔，从而避免相邻的时隙的信息发生碰撞，但是，TDMA应用在通信距离较远、单个时隙较短的场景时，保护间隔会显著降低系统可用传输速率。因此，如何提升TDMA在通信距离较远，单个时隙较短的场景下的吞吐率成为亟待解决的技术问题。

为了解决背景技术中提出的问题，本发明给出了一种效率优先的TDMA时隙分配方法。

一种效率优先的TDMA时隙分配方法，适用于有1个主节点和n个入网节点的无线接入TDMA网络，其中，n≥2，主节点的发射射频配置与入网节点的接收射频配置相同。

效率优先的TDMA时隙分配方法包括入网时隙分配方法。a.入网时隙分配方法如下：a1：主节点在每个时帧起始时，通过广播帧声明现有时隙分配情况，而n个入网节点以接收完广播帧的时刻作为每个时帧的信息可发送起始点。a2：n个入网节点接收完广播帧后，分别各自判断是否满足入网条件。a3：假如第i个入网节点满足入网条件，则生成入网申请帧，并将入网申请帧发送给主节点，入网申请帧包括需要占用的时隙数量，具体来说，在当前的时帧中，选择尚未被主节点分配的空闲时隙向主节点发送，假如当前时帧中存在空闲时隙，随机选取空闲时隙即可向主节点发送入网申请，而假如当前时帧已经没有空闲时隙，继续等待，直到某个时帧中存在空闲时隙时，随机选取空闲时隙向主节点发送入网申请；假如第i个入网节点不满足入网条件，则保持静默，继续监听主节点发送的广播帧。a4：主节点根据收到的入网申请帧，为发送入网申请帧的入网节点连续分配所需的时隙，发送入网申请帧的入网节点的状态置为在网，并更新广播帧中的信息，假如主节点在同一时刻收到了多个节点的入网申请帧，则无法解析入网申请帧，对同一时刻接收到的入网申请帧不予响应，多个节点需要等到之后时帧的空闲时隙继续尝试发送入网申请帧。a5：入网节点在接收完更新后的广播帧后，在时帧的信息可发送起始点之后，按主节点分配的时隙将信息连续发送，直至发送完毕。

进一步地，在步骤a2中，判断是否满足入网条件的方法为：入网节点首先根据每个时帧需要发送的信息量计算所需的时隙数量，若小于或等于未分配的时隙数量，则满足入网条件，若大于未分配的时隙数量，则不满足入网条件。

进一步地，计算所需的时隙数量的方法为：所需时隙数量＝向上取整((每个时帧需要发送的信息量÷信息发送速率+保护间隔长度)÷时隙长度)。

进一步地，所述的广播帧中的信息包括：主节点的接收射频配置信息、时帧长度、时帧内的时隙数量、保护间隔长度、未分配的时隙数量、在网的入网节点的ID、在网的入网节点占用的时隙的起止信息。

进一步地，所述的入网申请帧的信息包括：发送入网申请帧的入网节点的ID、发送入网申请帧的入网节点需要占用的时隙数量。

进一步地，还包括退网时隙分配方法；退网时隙分配方法如下：b1：在网的入网节点向主节点发送退网申请，主节点收到退网申请后，释放该入网节点占用的时隙；b2：释放该入网节点占用的时隙后，主节点将所有未占用的时隙转移至时帧的末尾；b3：主节点根据最新的时隙占用情况更新广播帧。

进一步地，步骤b1中，主节点还通过退网算法判断入网节点是否在网，若在网的入网节点被判定为退网，释放该入网节点占用的时隙。因此，在网的入网节点满足退网算法的退网条件或主动申请退网二者之一，即视为退网。

进一步地，所述的退网算法判定入网节点是否在网的条件为判定入网节点与主节点的下次通讯是否超时，假如在网的入网节点在10个时帧之后仍未与主节点通讯，则判定该入网节点退网，在这10个时帧中，每个时帧都为该入网节点分配需要占用的时隙数量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：在通信距离较远、单个时隙较短的场景时，能够显著提升TDMA的通信效率，且仍能够保证TDMA的通信正常进行。

图1：传统的TDMA网络中一个时帧的时隙安排。

图2：实施例1的a4步骤中主节点对第n+1个时帧的时隙的安排。

图3：节点3主动发送退网申请后，主节点对第n+1个时帧的时隙的安排。

实施例1

一种效率优先的TDMA时隙分配方法，包括1个主节点和4个入网节点的无线接入TDMA网络，主节点的发射射频配置与入网节点的接收射频配置相同，主要是射频频率等相同。

本实施例中，无线TDMA系统作用半径为50km，4个入网节点分别命名为节点1、节点2、节点3、节点4。整个系统的1个时帧长度为10ms，1个时帧中有10个时隙，每个时隙的长度为1ms，因为考虑信号往返时长，因此每个时隙内的保护间隔为50km×2/(3.0×108m/s)＝0.333ms，系统信息发送速率为10Mbps。

为了便于说明，假设节点1每个时帧内待发送的信息量为15kb(本实施例中，kb为千比特，而非千字节KB)，节点2每个时帧内待发送的信息量为25kb，节点3每个时帧内待发送的信息量为25kb，节点4每个时帧内待发送的信息量为6kb。

进行入网时隙分配时：

a1：主节点与节点1-节点4开机后，主节点按照10ms的周期发送广播帧，声明现在系统信息发送速率为10Mbps，发送频点为2500MHz，系统共有10个时隙，每个时隙长度为1ms，保护间隔为0.333ms，空余时隙为10个。

a2：4个节点接收完第n个时帧的广播帧后，根据每个时帧内需要发送的信息量，计算自己需要占用的时隙数量，判断是否满足入网条件，申请入网申请帧，按照10Mbps的速率、2500MHz的频点发送给主节点；主节点收到各个入网节点的申请帧后，按照顺序为各个节点分配时隙。对于本实施例采用的技术方案，由于所需时隙数量＝向上取整((每个时帧需要发送的信息量÷信息发送速率+保护间隔长度)÷时隙长度)，因此，节点1所需占用的时隙数量＝roundUp((15kb÷10Mbps+0.333ms)÷1ms)＝2，相应地，节点2、节点3所需占用的时隙数量为3个时隙，节点4需要占用1个时隙，共需占用9个时隙，1个时帧完全能够满足信息发送需求。而按照传统的TDMA时隙划分方式，每个时隙内可传输的信息量为(1-0.333)×10-3×10×107＝6.67kb。从而按传统的TDMA时隙分配方式，节点1需要占用3个时隙，节点2、节点3分别需要占用4个时隙，节点4需要占用1个时隙，从而4个节点共需占用12个时隙，在当前的TDMA网络中，1个时帧是无法满足信息发送需求的。传统的TDMA网络中，1个时帧的时隙分布如图1所示，1个时隙内包括1个在先的保护间隔与1个可发送信息的窗口期。

a3.本实施例中节点1-节点4均满足入网条件，各自生成入网申请帧，假如有节点5，需要发送的信息大小需要2个时隙才能发送完毕，而主节点在第n个时帧时，最后才收到节点5的入网申请帧，那么主节点将不会为节点5安排时隙进行信息发送，节点5在第n+1个时帧内就会保持静默，不进行信息发送，并继续监听主节点发送的广播帧，在接收完第n+1个时帧的广播帧后，假如满足入网条件，再次提出入网申请帧，试图在第n+2帧进行信息的发送。

a4：主节点根据第n个时帧收到的入网申请帧，根据收到入网申请帧的顺序为发送入网申请帧的入网节点连续分配所需的时隙，发送入网申请帧的入网节点的状态置为在网，并更新广播帧中的信息，在第n+1个时帧起始广播。在本实施例中，第n+1个时帧的广播帧内容为：系统信息发送速率为10Mbps，发送频点为2500MHz，系统共有10个时隙，每个时隙长度为1ms，保护间隔为0.333ms，空余时隙为1个。本领域技术人员也可以指定节点的优先级，使主节点根据优先级为入网节点连续分配所需时隙。主节点对第n+1个时帧的时隙的分配情况如图2所示。

a5：入网节点在接收完更新后的广播帧后，在时帧的信息可发送起始点之后，按主节点分配的时隙将信息连续发送，直至发送完毕。

进一步地，所述的入网申请帧的信息包括：发送入网申请帧的入网节点的ID、发送入网申请帧的入网节点需要占用的时隙数量。

进一步地，还包括退网时隙分配方法；退网时隙分配方法如下：b1：在网的入网节点向主节点发送退网申请，主节点收到退网申请后，释放该入网节点占用的时隙；b2：释放该入网节点占用的时隙后，主节点将所有未占用的时隙转移至时帧的末尾；b3：主节点根据最新的时隙占用情况更新广播帧。

进一步地，步骤b1中，主节点还通过退网算法判断入网节点是否在网，若在网的入网节点被判定为退网，释放该入网节点占用的时隙。因此，在网的入网节点满足退网算法的退网条件或主动申请退网二者之一，即视为退网。

进一步地，所述的退网算法判定入网节点是否在网的条件为判定入网节点与主节点的下次通讯是否超时，假如在网的入网节点在10个时帧之后仍未与主节点通讯，则判定该入网节点退网，在这10个时帧中，每个时帧都为该入网节点分配需要占用的时隙数量。

在本实施例中，假设节点3在第n个时帧时，主动发送退网申请，主节点会重新分配时隙，将包括节点3释放的时隙在内的未占用的时隙转移至时帧的末尾，并更新广播帧，并在第n+1个时帧时广播时隙分配情况等。此时，主节点对第n+1个时帧的时隙的分配情况如图3所示，另外，本实施例图1-图3所示的内容中，对与保护间隔X(X＝1、2、3、……、10)、窗口期X(X＝1、2、3、……、10)的表达，仅为按传统TDMA网络分配时，各个时隙内容对应的名称，是为了表达操作过程方便而标记的名称，而非表示在实际操作过程中该位置的索引，例如，图3中的保护间隔9代表的节点4所占用时隙中的保护间隔，从其索引来看，其索引值与图1中的保护间隔6的索引值是相同的。

假设节点3在第n个时帧时，正常提交入网申请帧，但经过11个时帧后，一直未与主节点通讯，那么，主节点判定节点3为连接超时导致的退网，在第n+12个时帧时，释放节点3在提交入网申请帧时占用的时隙，并更新广播帧，但在中间这11个时帧中，主节点仍会为节点3保留正常提交入网申请帧时为其分配的时隙。