CN105792313B - 移动基站无线组网方法及*** - Google Patents

移动基站无线组网方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种移动基站无线组网方法，用于多个移动基站形成网络拓扑，包括：各个移动基站发现邻居基站并将其邻居基站发送至中央控制移动基站；中央控制移动基站建立邻居关系表，多个移动基站根据邻居关系表形成网络拓扑；中央控制移动基站根据邻居关系表对信道资源和时隙资源进行分配，并发布至网络拓扑中所有移动基站；网络拓扑中的移动基站之间根据中央控制移动基站分配的信道和时隙进行数据传输。多个移动基站中的中央控制移动基站根据该邻居关系建立邻居关系表，根据该邻居关系表对信道资源和时隙资源进行分配，并将分配结果发送至所有移动基站，所述多个移动基站根据该分配结果实现数据传输。

Description

移动基站无线组网方法及***
技术领域
本发明涉及无线移动通信领域，尤其是一种移动基站无线组网方法及***。
背景技术
IEEE 802.11b/g标准和IEEE 802.11a标准分别提供3个和12个没有交迭的频道，相邻的节点可以使用不同的信道同时进行通信。如果能够同时使用多个信道，就能够实现高容量的传输。在无线自组织网络的设计初期，就有很多研究者采用了多信道的设计思想，来提高无线自组织网络的传输速率与网络容量，设计宽带无线自组织网络的多信道MAC协议。在有多个信道可以使用的情况下，可以让其中一个信道作为公共控制信道，也可以让控制和数据报文在同一信道上一起传送。信道分配和接入控制是多信道MAC协议(MultipleAccess Control，多路访问控制)主要关注的两个问题。信道分配负责为不同的通信节点分配相应的信道，消除数据报文之间的冲突，使尽量多的节点可以同时进行通信。接入控制则负责确定节点接入信道的时机、冲突的避免和解决多信道带来的盲区和隐藏/暴露终端等相关问题。
当前，无线网络基本采用单信道网络结构，但这种技术限制了整个网络的数据传输速率与网络容量。因为根据无线信道的特点，在单信道网络结构中，当一个节点与另一个节点传输数据的时候，为了避免冲突，两个节点的所有相邻节点都不能够进行数据传输，这就极大的限制了整个网络的***容量。尽管现有的IEEE802.11a/b/g与IEEE802.16协议在物理层上有了很大的提高，采取了一些有效的方法，如功率控制等，但仍然不能在根本上满足今天人们对网络带宽日益增大的需求。进一步的，IEEE 802.11a/g标准标称的带宽54Mbit/s只是在峰值时的速率，真正应用过程中，由于用户接入的时候会发生多用户冲突、包错误等，因此真正的可以达到的带宽几乎只是标称值的一半。另外，随着接收双方通信距离的增大，数据传输速率会显著下降。而在多跳自组网中，由于多跳的原因，数据在收发的过程中面临节点冲突可能性增加，此外又由于隐藏终端与暴露终端的问题，导致网络吞吐量的大幅下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种移动基站无线组网方法及***，以解决由于隐藏终端与暴露终端而导致网络吞吐量下降的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种移动基站无线组网方法用于多个移动基站形成网络拓扑，包括：
各个移动基站发现邻居基站并将其邻居基站发送至中央控制移动基站；
所述中央控制移动基站建立邻居关系表，所述多个移动基站根据所述邻居关系表形成所述网络拓扑；
所述中央控制移动基站根据所述邻居关系表对信道资源和时隙资源进行分配，并发布至所述网络拓扑中所有移动基站；
所述网络拓扑中的移动基站之间根据所述中央控制移动基站分配的信道和时隙进行数据传输。
优选的，在上述的移动基站无线组网方法中，所述中央控制移动基站为所述网络拓扑的第一级移动基站，第M级移动基站的邻居基站为所述网络拓扑的第N级移动基站，其中，M和N均为自然数，且N＝M+1。
优选的，在上述的移动基站无线组网方法中，所述信道资源包括多个信道。
优选的，在上述的移动基站无线组网方法中，所述中央控制移动基站对信道资源进行分配的步骤包括：
所述中央控制移动基站与其邻居基站通过第一信道进行数据传输，且所述中央控制移动基站通过所述第一信道将信道资源和时隙资源的分配结果发布至所述移动基站。
优选的，在上述的移动基站无线组网方法中，所述中央控制移动基站对信道资源进行分配的步骤还包括：
所述中央控制移动基站根据所述邻居关系表获取第P级移动基站的邻居基站数和所述第P级移动基站可选择的信道资源；
当所述第P级移动基站的邻居基站数大于零时，从所述第P级移动基站可选择的信道资源中为所述第P级移动基站与其邻居基站之间的数据传输分配一信道；当所述第P级移动基站的邻居基站数等于零时，所述中央控制移动获取第Q级移动基站，并对所第Q级移动基站进行信道资源分配，直至所述第Q级移动基站的邻居基站数为零；
其中，P和Q为自然数，P大于等于2，且Q＝P+1。
优选的，在上述的移动基站无线组网方法中，所述中央控制移动基站对时隙资源进行分配的步骤包括：
所述网络拓扑中的所有移动基站在第一时段通过所述第一信道将信道资源和时隙资源的分配结果发布至所述移动基站。
优选的，在上述的移动基站无线组网方法中，所述中央控制移动基站对时隙资源进行分配的步骤还包括：
所述中央控制移动基站获取第S级移动基站的邻居基站数；
当所述第S级移动基站的邻居基站数为L，且L大于零时，在所述第S级移动基站和其L个邻居基站之间均匀分配时隙；当L等于零时，对第T级移动基站进行时隙资源分配，直至所述第T级移动基站的邻居基站数为零；
其中，S，L和T均为自然数，且T＝S+1。
优选的，在上述的移动基站无线组网方法中，当L大于零时，在所述第S级移动基站和其L个邻居基站之间均匀分配时隙的步骤包括：
所述第S级移动基站将一帧时长的时隙均匀划分为L份，所述第S级移动基站与其各邻居基站之间进行数据传输的时长为1/L一帧时长。
优选的，在上述的移动基站无线组网方法中，所述网络拓扑中的各个移动基站通过广播发现邻居。
本发明还提供了一种移动基站无线组网***，包括多个移动基站，其中一个移动基站为中央控制移动基站，所述多个移动基站采用如权利要求1至10中任意一项所述的方法进行组网，以形成一网络拓扑。
在本发明提供的移动基站无线组网及***中，多个移动基站之间建立邻居关系，并根据该邻居关系形成一网络拓扑。所述多个移动基站中的中央控制移动基站根据该邻居关系建立邻居关系表，根据该邻居关系表对信道资源和时隙资源进行分配，并将分配结果发送至所有移动基站，所述多个移动基站根据该分配结果实现数据传输。实现自动的时域和频域资源分配，避免无线网络中普遍存在的隐藏终端和暴露终端问题，能保证一定网络规模下，拓扑变化不快的宽带无线自组织网络应用需求。
附图说明
图1为本发明实施例中移动基站无线组网方法的流程图；
图2为图1中步骤S3的流程图；
图3为图2中步骤S31的流程图；
图4为图2中步骤S32的流程图；
图5为本发明实施例中10个移动基站组成的网络拓扑图；
图6为图5中10个移动基站的信道分配方案。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本实施例提供了一种移动基站无线组网方法，用于多个移动基站形成网络拓扑，包括以下步骤：各个移动基站发现各自的邻居基站并将其邻居基站发送至中央控制基站，所述中央控制基站根据据此建立邻居关系表，然后所述中央控制移动基站再根据所述邻居关系表对信道资源和时隙资源进行分配，最后，各个移动基站根据所述中央控制移动基站分配的信道和时隙进行数据传输。
具体的，如图1所示，步骤S1：各个移动基站发现其邻居基站。
在整个网络拓扑通信的时间帧起始阶段，所述各个移动基站通过广播发现各自的邻居基站，并将各自的邻居基站发送至所述中央控制移动基站。具体的，各个移动基站以广播的形式发送一广播信息，其周围的移动基站接收到该广播信息后，会发送回一返回信息，当接收到所述返回信息后，二者建立邻居关系。所述中央控制移动基站为所述多个移动基站中的一个，进一步的，可以由操作人员在所述多个移动基站中选择一个移动基站作为中央控制移动基站。
进一步的，所述中央控制移动基站作为所述网络拓扑中的第一级移动基站，第M级移动基站的邻居基站为所述网络拓扑的第N级移动基站，其中，M和N均为自然数，且N＝M+1。例如，所述中央控制移动基站的邻居基站为所述网络拓扑的第二级移动基站，所述第二级移动基站的邻居基站为所述网络拓扑的第三级移动基站，以此类推。
步骤S2：所述中央控制移动基站建立网络拓扑。
所述中央控制移动基站接收各个移动基站发送的邻居关系，并根据这些邻居关系建立邻居关系表，所述多个移动基站根据所述邻居关系表形成一网络拓扑。
具体的，在本实施例中，有10个移动基站，如图5所示，图5中的Node1、Node2、Node3、Node4、Node5、Node6、Node7、Node8、Node9以及Node10分别为所述10个移动基站，其中，移动基站Node1为所述中央控制移动基站。
这10个移动基站的邻居关系表如表1所示，其中1表示邻居关系，0表示非邻居关系。
Node1 Node2 Node3 Node4 Node5 Node6 Node7 Node8 Node9 Node10
Node1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
Node2 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0
Node3 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0
Node4 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0
Node5 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0
Node6 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
Node7 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
Node8 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1
Node9 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
Node10 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
表1
步骤S3：所述中央控制移动基站对信道资源和时隙资源进行分配。
在本发明实施例中，采用先信道协商后数据传输的方式，因此先对信道资源进行分配，再对时隙资源进行分配。较优的，所述信道资源包括多个信道，例如为3个信道，4个信道或者更多个，当然，信道的个数越多，所述多个移动基站之间的通信发生冲突的可能性也就越小。进一步的，所述中央控制移动基站采用集中式策略对信道资源进行分配。
在本实施例中，所述信道资源包括3个信道，具体的为f0、f1以及f2。
具体的，如图2所示，步骤S31：所述中央控制移动基站对信道资源进行分配。
进一步的，如图3所示，步骤S311：所述中央控制移动基站与其邻居基站之间通过第一信道f0进行数据通信。
进一步的，在所述网络拓扑通信的时间帧起始阶段，所述多个移动基站均处于所述第一信道f0上，即移动基站Node2、Node3、Node4、Node5、Node6、Node7、Node8、Node9以及Node10与中央控制移动基站Node1之间均处于所述第一信道f0上，当所述中央控制移动基站Node1在完成信道资源和时隙资源的分配之后，通过所述第一信道f0将分配结果发送至其他移动基站。
所述中央控制移动基站与其邻居基站的信道分配结果如表2所示。
Node1 Node2 Node3 Node4 Node5 Node6 Node7 Node8 Node9 Node10
Node1 0 f0 0 0 0 0 0 0 0 0
表2
步骤S312：所述中央控制移动基站获取第P级移动基站的邻居基站数和所述第P级移动基站可选择的信道资源。
所述中央控制移动基站获取第P级移动基站的邻居基站数和所述第P级移动基站可选择的信道资源，并对所述第P级移动基站的邻居基站数进行判断。其中，P为自然数，且P大于等于2。
所述第P级移动基站可选择的信道资源为除了第一信道之外的信道资源。
步骤S313：当所述第P级移动基站的邻居基站数大于零时，从所述第P级移动基站可选择的信道资源中为所述第P级移动基站与其邻居基站之间的数据传输分配一信道。
步骤S314：当所述第P级移动基站的邻居基站数等于零时，所述中央控制移动获取第Q级移动基站，并对所第Q级移动基站进行信道资源分配，其中，P和Q为自然数，P大于等于2，且Q＝P+1。
重复步骤S312、S313以及S314，直至对所述网络拓扑中的所有移动基站进行信道分配。
具体的，在本实施例中，移动基站Node2为第二级移动基站，其邻居基站数为1个，且可用的信道为f1和f2，所述中央控制移动基站为其分配的信道为f1。
移动基站Node2与其邻居基站的信道分配结果如表3所示。
Node1 Node2 Node3 Node4 Node5 Node6 Node7 Node8 Node9 Node10
Node2 0 0 f1 0 0 0 f1 0 0 0
表3
移动基站Node3和Node7为第三级移动基站，移动基站Node3的邻居基站数为1，可用的信道为f2。移动基站Node7的邻居基站数为0。
移动基站Node3和Node7与其各自邻居基站的信道分配结果如表4所示。
Node1 Node2 Node3 Node4 Node5 Node6 Node7 Node8 Node9 Node10
Node3 0 0 0 f2 0 0 0 0 0 0
Node7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
表4
移动基站Node4为第四级移动基站，移动基站Node4的邻居基站数为3，可用的信道为f0。
移动基站Node4与其邻居基站的信道分配结果如表5所示。
Node1 Node2 Node3 Node4 Node5 Node6 Node7 Node8 Node9 Node10
Node4 0 0 0 0 f0 0 0 f0 f0 0
表5
移动基站Node5、Node8和Node9为第五级移动基站，移动基站Node5的邻居基站数为1，可用的信道为f1。移动基站Node8的邻居基站数为1，可用的信道为f2。移动基站Node9的邻居基站数为0。
移动基站Node5、Node8和Node9与其各自邻居基站的信道分配结果如表6所示。
Node1 Node2 Node3 Node4 Node5 Node6 Node7 Node8 Node9 Node10
Node5 0 0 0 0 0 f1 0 0 0 0
Node8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 f2
Node9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
表6
移动基站Node10为第六级移动基站，其邻居基站数为0。移动基站Node10与其邻居基站的信道分配结果如表7所示。
Node1 Node2 Node3 Node4 Node5 Node6 Node7 Node8 Node9 Node10
Node10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
表7
上述网络拓扑最终的信道分配方案如图6所示。
步骤S32：所述中央控制移动基站对时隙资源进行分配。
具体的，如图4所示，步骤S321：所述网络拓扑中的所有移动基站在第一时段通过所述第一信道将信道资源和时隙资源的分配结果发布至所述移动基站。
所述第一时段为所述网络拓扑中各移动基站进行数据传输的第一帧时间的开始阶段。所述第一时段的时长可以是一帧时长的十分之一。
步骤S322：所述中央控制移动基站获取第S级移动基站的邻居基站数，其中S为自然数，并判断第S级移动基站的邻居基站数。
步骤S323：当所述第S级移动基站的邻居基站数为L，且L大于零时，在所述第S级移动基站和其L个邻居基站之间均匀分配时隙。
步骤S324：当L等于零时，对第T级移动基站进行时隙资源分配，其中，S，L和T均为自然数，且T＝S+1。
重复上述步骤S322、S323以及S324，直至所述第T级移动基站的邻居基站数为零。
在本实施例中，假设邻居基站数的最大值为4，那么每个移动基站可能存在的邻居基站数集Nb＝{0,1,2,3,4}，所述邻居基站数集成员的最小公倍数为12，因此，每个移动基站均将时隙划分为12等份，具体的时标分别为{t0，t1，……，t10，t11}。
从所述中央控制移动基站开始分配。
所述中央控制移动基站Node1的时隙分配结果如表8所示。
Node1<->Node2 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11
表8
所述第二级移动基站Node2有3个邻居基站，因此，移动基站Node2与3个邻居基站直接分别占用一帧时长的4等份，其分配结果如表9所示。
Node2<->Node1 t0 t5 t6 t11
Node2<->Node3 t1 t4 t7 t10
Node2<->Node7 t2 t3 t8 t9
表9
所述第三级移动基站Node3和Node7的时隙分配结果分别如表10和11所示。
Node3<->Node4 t0 t2 t3 t5 t6 t8 t9 t11
表10
Node7<->Node2 t2 t3 t8 t9
表11
所述第四级移动基站Node4的时隙分配结果如表12所示。
Node4<->Node3 t0 t5 t6
Node4<->Node5 t1 t6 t7
Node4<->Node8 t2 t5 t10
Node4<->Node9 t3 t4 t11
表12
所述第五级移动基站Node5的时隙分配结果如表13所示。
Node5<->Node6 t0 t2 t3 t4 t5 t8 t9 t10 t11
表13
所述第五级移动基站Node8的时隙分配结果如表14所示。
Node8<->Node10 t0 t1 t3 t4 t6 t7 t8 t9 t11
表14
所述第五级移动基站Node9的时隙分配结果如表15所示。
Node9<->Node4 t3 t4 t11
表15
移动基站Node6的时隙分配结果如表16所示。
Node6<->Node5 t0 t2 t3 t4 t5 t8 t9 t10 t11
表16
所述第六级移动基站Node10的时隙分配结果如表17所示。
Node10<->Node8 t0 t1 t3 t4 t6 t7 t8 t9 t11
表17
根据步骤S31和S32最终形成所有移动基站的信道和时隙资源的分配表，所述中央控制移动基站将该分配结果发送至其他所有移动基站，从而完成信道协商和资源分配的过程，为接下来的数据传输做好准备。
信所有移动基站的道和时隙资源的分配表如表18所示。
Node1 Node2 Node3 Node4 Node5 Node6 Node7 Node8 Node9 Node10
t0 f0 f0 f2 f2 f1 f1 f1 f1
t1 f1 f1 f0 f0 f1 f1
t2 f1 f0 f1 f1 f1 f0
t3 f1 f0 f1 f1 f1 f1 f0 f1
t4 f1 f1 f0 f1 f1 f1 f0 f1
t5 f0 f0 f0 f1 f1 f0
t6 f0 f0 f0 f0 f1 f1
t7 f1 f1 f0 f0 f1 f1
t8 f1 f2 f2 f1 f1 f1 f1 f1
t9 f1 f2 f2 f1 f1 f1 f1 f1
t10 f1 f1 f0 f1 f1 f0
t11 f0 f0 f0 f1 f1 f1 f0 f1
表18
步骤S4：所述网络拓扑中的移动基站之间根据所述中央控制移动基站分配的信道和时隙进行数据传输。
所述网络拓扑中的所述移动基站之间根据上述表18中的信道和时隙的分配结果进行数据传输。
本实施例还提供了一种移动基站无线组网***，包括多个移动基站，其中一个移动基站为中央控制移动基站，所述多个移动基站采用如上所述的方法进行组网，以形成一网络拓扑。
当所述多个移动基站之间数据传输发生错误时，说明所述网络拓扑中的移动基站有变动，各个移动基站需要重新通过广播寻找邻居基站，对所述网络拓扑进行更新，以形成新的的网络拓扑，并对信道资源和时隙资源重新分配，然后新的网络拓扑中的移动基站基于重新分配的结果进行数据传输。
综上，在本发明实施例提供的移动基站无线组网及***中，多个移动基站之间建立邻居关系，并根据该邻居关系形成一网络拓扑。所述多个移动基站中的中央控制移动基站根据该邻居关系建立邻居关系表，根据该邻居关系表对信道资源和时隙资源进行分配，并将分配结果发送至所有移动基站，所述多个移动基站根据该分配结果实现数据传输。实现自动的时域和频域资源分配，避免无线网络中普遍存在的隐藏终端和暴露终端问题，能保证一定网络规模下，拓扑变化不快的宽带无线自组织网络应用需求。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种移动基站无线组网方法，用于多个移动基站形成网络拓扑，其特征在于，包括：
各个移动基站发现邻居基站并将其邻居基站发送至中央控制移动基站；
所述中央控制移动基站建立邻居关系表，所述多个移动基站根据所述邻居关系表形成所述网络拓扑；
所述中央控制移动基站根据所述邻居关系表对信道资源和时隙资源进行分配，并发布至所述网络拓扑中所有移动基站，所述信道资源包括多个信道；
所述网络拓扑中的移动基站之间根据所述中央控制移动基站分配的信道和时隙进行数据传输；
其中，所述中央控制移动基站为所述网络拓扑的第一级移动基站，第M级移动基站的邻居基站为所述网络拓扑的第N级移动基站，其中，M和N均为自然数，且N＝M+1，所述邻居基站为除去上一级移动基站之外与当前移动基站相邻的各个移动基站；
以及，所述中央控制移动基站对信道资源进行分配的步骤包括：
步骤一、所述中央控制移动基站根据所述邻居关系表获取第P级移动基站的邻居基站数和所述第P级移动基站可选择的信道资源；
步骤二、当所述第P级移动基站的邻居基站数大于零时，从所述第P级移动基站可选择的信道资源中为所述第P级移动基站与其邻居基站之间的数据传输分配一信道；当所述第P级移动基站的邻居基站数等于零时，所述中央控制移动获取第Q级移动基站，并对所述第Q级移动基站进行信道资源分配；其中，P和Q为自然数，P大于等于2，且Q＝P+1；
以及重复执行步骤一和步骤二，直至对所述网络拓扑中的所有移动基站进行信道分配；
所述中央控制移动基站与其邻居基站通过第一信道进行数据传输，且所述中央控制移动基站通过所述第一信道将信道资源分配结果发布至所述移动基站。
2.如权利要求1所述的移动基站无线组网方法，其特征在于，所述中央控制移动基站对时隙资源进行分配的步骤包括：
所述网络拓扑中的中央控制移动基站在第一时段通过所述第一信道将时隙资源的分配结果发布至所述移动基站。
3.如权利要求2所述的移动基站无线组网方法，其特征在于，所述中央控制移动基站对时隙资源进行分配的步骤还包括：
步骤三、所述中央控制移动基站获取第S级移动基站的邻居基站数；
步骤四、当所述第S级移动基站的邻居基站数为L，且L大于零时，在所述第S级移动基站和其L个邻居基站之间均匀分配时隙；当L等于零时，对第T级移动基站进行时隙资源分配；其中，S，L和T均为自然数，且T＝S+1；
重复执行步骤三和步骤四，直至对所述网络拓扑中的所有移动基站进行时隙分配。
4.如权利要求3所述的移动基站无线组网方法，其特征在于，当L大于零时，在所述第S级移动基站和其L个邻居基站之间均匀分配时隙的步骤包括：
所述第S级移动基站将一帧时长的时隙均匀划分为L份，所述第S级移动基站与其各邻居基站之间进行数据传输的时长为1/L一帧时长。
5.如权利要求1所述的移动基站无线组网方法，其特征在于，所述网络拓扑中的各个移动基站通过广播发现邻居。
6.一种移动基站无线组网***，其特征在于，包括多个移动基站，其中一个移动基站为中央控制移动基站，所述多个移动基站采用如权利要求1至5中任意一项所述的方法进行组网，以形成一网络拓扑。
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