一种基于帧结构的组网资源分配方法与流程

本发明属于数据链通信，涉及dz数据链通信技术无线自组网系统资源调度方法

背景技术：

1、dz数据链端机是一种实现弹间、弹地实时通信的电子设备，用于满足弹弹和弹地等场景的协同探测、协同对抗、数传等使用需求。

2、现有技术一《无线自组网动态资源分配的设计与实现，丁磊2017.09》示出，无线自组网结合分布式资源分配和动态资源分配，采用分布式动态资源分配进行无线资源分配。分布式动态资源分配能够有效的解决资源浪费的问题，同时由于有空闲的时隙资源，当有邻居接入时，可以将空闲的时隙分配给新加入的邻居，不改变和其他的时隙分配，不会发生冲突，保证了邻居间业务的稳定性。

3、现有技术二《命名数据无线自组网资源分配与路由优化机制》提出了一种基于区分服务的多优先级仿生竞争机制。首先，根据以内容名称命名的特点，设计了在内容名称中标记服务类型字段来区分不同业务的方法，路由节点可以根据内容名称中的类型字段来对兴趣包和数据包进行区分。然后，综合考虑相同类型数据之间的内部竞争和不同类型数据之间的外部竞争，建立了基于多优先级仿生竞争的区分服务传输模型，保证了网络的稳定性和动态适应性。

4、现有技术三《y xi，et al.da-stdma:a novel media access control protocolfor mobile ad-hocnetworks based on directional antenna[c].internationalconference on advances in mobile computing andmultimedia.acm，2014:269－274.》提出了一种分布式的基于边染色的mac协议(da-stdma)。在第一阶段用于邻居节点发现和建立网络拓扑，每个节点不断进行拓扑更新，直到获取稳定的全网拓扑信息；在第二阶段用于分布式染色，保证每个链路都被分配一个时隙的基础上额外根据链路的负载情况申请新的资源。

5、现有技术一采用分布式资源分配和动态资源分配相结合的方式进行资源调度，可以很好地解决网络规模较小的环境下资源冲突和业务的稳定性，但是在节点远距离、规模较大的场景下可能出现节点掉网或者业务信号不稳定的现象，该资源调度方式仍有一定的局限性。

6、现有技术二提出的无线自组网的资源分配和路由优化选择了带宽、时延、节点稳定性、缓存命中率等指标作为参照，还需要多综合考虑其他因素，比如业务质量等。还有对路由的优化缺乏对多业务的考虑。

7、现有技术三提出的资源分配方法在节点发现和拓扑发现仍然使用了全向天线，而在动态分配资源时需要不断广播控制帧，导致大量的额外开销，资源利用率极低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种基于帧结构的组网资源分配方法。本发明所述方法将dz数据链系统设计为时间、空间、网络(三维立体)相耦合的方式，并通过协议软件对不同单网的时间、空间、频率资源进行切分，从而解决了强干扰环境中、远距离场景下不同节点的按需接入，以及远距离通信的问题。

2、具体技术方案如下：

3、一种基于帧结构的组网资源分配方法，用于dz数据链，基于帧结构，各端机节点按照dz数据链组网不同阶段的需要，对三维资源进行动态分配，所述三维资源包括时间、空间、网络，其中，时间指时间资源，空间指网络成员的波束指向，网络指不同的跳频图案，进行各阶段消息交互，帧结构体现了协议资源软件各功能的执行顺序，帧结构包括：将一天分割为多个时元，每个时元划分为多个时帧，每个时帧划分为多个微时隙，微时隙是网络的最小时间单位，系统容量以微时隙为单位分给用户；一个时帧内的多个相邻微时隙构成一个时隙；根据网络模式、网络成员和速率配置设定时隙类型，时隙类型不同，一个时隙包括的微时隙数也不同。

4、进一步的，时隙类型划分为固定广播时隙，固定信令时隙和动态业务时隙三类；固定广播时隙分配给单网内簇首，专用于数据链组网阶段信令交互，时隙长度为1个微时隙～4个微时隙；固定信令时隙分配给网络成员，专用于数据链组网完成后进行网络维护的信令交互，包括链路周期维护，路由表周期更新，时隙长度为1个微时隙～4个微时隙；动态业务时隙分配给有业务需求的网络成员，用于弹群不同的作战任务，时隙长度为1个微时隙～20个微时隙。

5、进一步的，固定信令时隙规则包括，

6、当每个单网的网络成员节点数目，少于固定信令时隙包含的微时隙数量时，则每个网络成员节点在一个时帧中占用一个固定信令时隙的一个微时隙发送入网请求消息，用于响应簇首节点的广播消息，通知簇首节点该网络成员节点完成同步校时，入网成功；

7、当每个单网的网络成员节点数目，多于固定信令时隙包含的微时隙数量时，需要多个时帧才能保证每个网络成员节点有固定信令微时隙资源；簇首节点根据收到的网络成员节点的入网请求信息判断本网络内有多少个节点，更新广播信息中的时隙资源表。

8、进一步的，dz数据链的网络结构在物理连接上包含多个独立的单网，单网可以是簇内网，也可以是簇间网，簇内网由各个簇内网络成员节点和簇内簇首节点组成，簇内簇首对簇内网络成员执行网络管理、资源分配、时间同步操作；簇内簇首节点存储两套跳频图案，一套在簇间网与其他节点通信使用，一套在其所在的簇内网使用；簇内的网络节点存储一套跳频图案，用于所在的簇内网使用；

9、簇间网由各个簇内网的簇首节点组成，在这些节点中选出簇间网的簇首，对簇间单网成员执行网络管理、资源分配、时间同步操作；簇间网内的节点需要存储两套跳频图案，一套在簇间网与其他节点通信使用，一套在其所在的簇内网使用。

10、进一步的，动态业务时隙的申请过程通过固定时隙中的广播消息和入网请求消息交互完成，具体包括：

11、1)检测到当前节点有业务数据发送需求后，首先计算业务数据所需要的动态业务时隙；

12、2)判断当前节点是否为簇首节点，

13、若为簇首节点，则直接比较当前可用动态业务时隙数n1和所需业务时隙数n2，若n1>n2，则可以申请资源，即申请成功；若n1<n2，则不可以申请资源，即申请失败；

14、若为网络成员节点，则需要发送入网请求消息帧，携带需要占用的动态业务时隙数以及业务优先级；侦听簇首节点发送的广播消息帧，并解析其内容，判断是否允许占用的所申请的资源；若允许占用，则采取相应的更新本地时隙表操作,请求节点完成动态业务时隙申请过程；若不允许，则资源申请失败。

15、进一步的，动态时隙的释放过程包括，需要释放动态时隙的节点首先更新自己的本地的时隙表，之后发送入网请求消息帧，携带需要释放的动态时隙信息，簇首节点收到该帧后立即更新本地的邻节点时隙表，并进行广播，最终完成动态时隙的释放过程。

16、进一步的，资源抢占流程就是比较两个节点的业务数据优先级高低，优先级高的节点资源抢占成功，原来占有的资源需要先释放，才能重新申请使用。

17、有益效果

18、1、相较传统dz数据链通信体制,本发明将空域资源与时频资源结合使用，形成资源片进行资源的分配调度，并根据不同的任务需求划分不同类型的时隙，自适应满足不同速率、时延、抗干扰等不同的逻辑网络。

19、2、相较传统dz数据链通信体制,本发明可以进行时隙长度的切换，即可以满足多种时隙类型，这也就意味着时隙的长度根据不同速率的要求可自适应改变。

20、3、本方案在dz数据链系统中使用了空域资源和时频资源相结合的资源分配方法，相比于第三条中的现有技术一，在无线资源紧缺的情况上，空域资源的充分利用，一定程度上缓解了dz数据链对于无线资源的使用，提高资源的利用率和业务的稳定性和速率。

21、4、相比于第三条中的现有技术三，本发明在dz数据链系统中采用了时频资源动态分配和波束对准相结合的资源分配技术，采用按需申请资源和资源抢占方法，降低了额外的开销，提高了资源的利用率。