一种动态TDMA协议的时隙分配方法、设备及存储介质与流程

本技术涉及无线自组网，特别是涉及一种动态tdma协议的时隙分配方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、无线自组织网络是指若干个带有无线收发信机的节点组成的分布式、多跳、无中心控制节点的对等式通信网络，节点不需要发送任何信息就可以自行加入或者离开网络，并且不会使整个网络发生瘫痪。随着无线通信技术的快速发展，在无线通信中，常用的网络有ad hoc、mesh等移动通信网络，在无线自组网络中，需要随时随地的组建临时网络，且无中心节点，为了能够实现无线网络的有序运行，信道接入技术是一项不可避免的关键技术，常用的信道接入技术有fdma、cdma、tdma等，而有线局域网与无线局域网协议的差异就在mac与phy层的包头控制上，其所需要承载的上层业务完全一致。本方案所阐述的基于tdma的low-mac协议主要为解决当前物理层空口收发冲突的问题，信道接入技术属于low-mac的领域。

2、然而，tdma接入方式是将时间划分为相互不重叠的时帧，时帧划分为微小的时隙，时隙分配问题是指在时隙里为网络中每个节点或者链路分配时隙。按照网络中的节点获取信道资源的方式来划分，tdma属于无竞争型，无竞争型的时分多址(time divisionmultiple access,tdma)方案能确保网络中的节点及时可靠传输各类数据,传统的tdma机制将信道时间划分为固定长度的时间帧，每个时间帧进一步划分为若干个slot^o每个节点依据mac协议细则预约、确认或者解析由中心节点分配所得到的slot,在获取到的slot到达时进行消息传输，在tdma-mac协议设计时最主要考虑的两种冲突是接入冲突和融入冲突。现有的申请号为202311409485.5的专利，在节点网络中就会存在着优先级，该节点会有一个事先指明的控制节点，该控制节点会管理着网络内的每个节点的资源分配，协议将数据分组分为不同的优先等级，在接入信道时提供不同的优先处理；较高优先级分组的等待时间较短，即低优先级请求需等待至少2个时隙，中优先级请求需等待至少1个时隙，高优先级请求不需等待，但是无线通信存在着一个随时异常的状态，也就是每个节点都存在着随时发送大数量的高优先级数据，高优先级节点可以优先获得业务时隙，但是当高优先级数据到来时，却没有时隙可用。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种在临时高优先数据插入时，能及时响应高优先级的紧急事件的一种动态tdma协议的时隙分配方法、设备及存储介质。

2、一种动态tdma协议的时隙分配方法，所述方法包括：

3、将tdma帧结构划分为时隙、时帧和超帧三级帧格式，其中，每个时帧由3个非等长时隙组成，每4个时帧组成一个超帧；

4、将时帧的第一个时隙分为三个阶段，第一个阶段为主节点发送网络公告帧,第二个阶段占多个微时隙，包含了除本节点外的其他节点的时隙请求帧发送的时间，第三个阶段占一个微时隙，由主节点发送网络分配帧，之后各个节点按照主节点发送的网络分配帧进行其他时隙的占用；

5、在第一个时帧结束之后，后续其他时帧均由业务时隙组成，不包含广播时隙，在业务时隙中隔一段时间加入仲裁时隙，重新分配后续其他时隙，直至时帧结束，然后重新进入广播时隙，依次轮回；

6、在广播时隙中的网络分配帧根据节点发包的优先级大小进行时隙分配，当某个节点出现了申请发送高优先级数据时，在仲裁时隙中重新发送时隙请求帧，当多个节点在仲裁时隙发送了时隙请求帧之后，主节点按照每个待发送数据优先级类别对应的权重和待发送的帧数量的权重通过计算得出每个节点相应的仲裁值，依据仲裁值从大到小将新的时隙分配表插入到接下来的阶段中继续发送数据。

7、在其中一个实施例中，时帧的时隙数目nslot定义为动态不固定的，依照申请的节点来分配，其持续时间定义为tframe，在时帧中最多有3个阶段，每个阶段之间插入一个仲裁时隙，即可以打断当前时隙分配表，用于新增高优先级的数据帧发送。

8、在其中一个实施例中，时隙包括开关时间、同步头、信令段、数据段和保护间隔。

9、在其中一个实施例中，网络公告帧包括固定字段、mac头字段和数据字段；mac头字段包括帧类型和本节点id信息；数据字段包括本地时间和时隙申请表；本节点id信息表示本节点的序号；本地时间表示本节点给物理层发送使能的时间；时隙申请表表示哪些节点可以在后面阶段发送时隙请求帧。

10、在其中一个实施例中，时隙请求帧包括固定字段、mac头字段和数据字段；mac头字段包括帧类型、本节点id信息、目的节点id信息和本地时间；数据字段包括帧优先级信息表和单跳节点表。

11、在其中一个实施例中，网络分配帧包括固定字段、mac头字段和数据字段；mac头字段包括帧类型、本节点id信息和本地时间；数据字段包括时隙分配表。

12、在其中一个实施例中，数据帧包括固定字段、mac头字段和数据字段；mac头字段包括帧类型、本节点id信息和状态标志位信息；数据字段包括业务数据段；状态标志位信息表示本节点周围是否有节点需要发送高优先级的数据。

13、在其中一个实施例中，主节点按照每个优先级对应的权重和待发送的帧数量的权重通过计算得出每个节点相应的仲裁值，包括：

14、主节点按照每个优先级对应的权重和待发送的帧数量的权重通过计算得出每个节点相应的仲裁值为

15、

16、其中，p0为优先级个数，即优先级对应的权重，优先级0为最高优先级，优先级p0-1为最低优先级；thi为优先级i的阈值，thmin为最低优先级的阈值；rj为优先级j业务所占总业务的比例，即待发送的帧数量的权重。

17、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

18、将tdma帧结构划分为时隙、时帧和超帧三级帧格式，其中，每个时帧由3个非等长时隙组成，每4个时帧组成一个超帧；

19、将时帧的第一个时隙分为三个阶段，第一个阶段为主节点发送网络公告帧,第二个阶段占多个微时隙，包含了除本节点外的其他节点的时隙请求帧发送的时间，第三个阶段占一个微时隙，由主节点发送网络分配帧，之后各个节点按照主节点发送的网络分配帧进行其他时隙的占用；

20、在第一个时帧结束之后，后续其他时帧均由业务时隙组成，不包含广播时隙，在业务时隙中隔一段时间加入仲裁时隙，重新分配后续其他时隙，直至时帧结束，然后重新进入广播时隙，依次轮回；

21、在广播时隙中的网络分配帧根据节点发包的优先级大小进行时隙分配，当某个节点出现了申请发送高优先级数据时，在仲裁时隙中重新发送时隙请求帧，当多个节点在仲裁时隙发送了时隙请求帧之后，主节点按照每个待发送数据优先级类别对应的权重和待发送的帧数量的权重通过计算得出每个节点相应的仲裁值，依据仲裁值从大到小将新的时隙分配表插入到接下来的阶段中继续发送数据。

22、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

23、将tdma帧结构划分为时隙、时帧和超帧三级帧格式，其中，每个时帧由3个非等长时隙组成，每4个时帧组成一个超帧；

24、将时帧的第一个时隙分为三个阶段，第一个阶段为主节点发送网络公告帧,第二个阶段占多个微时隙，包含了除本节点外的其他节点的时隙请求帧发送的时间，第三个阶段占一个微时隙，由主节点发送网络分配帧，之后各个节点按照主节点发送的网络分配帧进行其他时隙的占用；

25、在第一个时帧结束之后，后续其他时帧均由业务时隙组成，不包含广播时隙，在业务时隙中隔一段时间加入仲裁时隙，重新分配后续其他时隙，直至时帧结束，然后重新进入广播时隙，依次轮回；

26、在广播时隙中的网络分配帧根据节点发包的优先级大小进行时隙分配，当某个节点出现了申请发送高优先级数据时，在仲裁时隙中重新发送时隙请求帧，当多个节点在仲裁时隙发送了时隙请求帧之后，主节点按照每个待发送数据优先级类别对应的权重和待发送的帧数量的权重通过计算得出每个节点相应的仲裁值，依据仲裁值从大到小将新的时隙分配表插入到接下来的阶段中继续发送数据。

27、上述一种动态tdma协议的时隙分配方法、设备及存储介质，本技术通过将tdma结构划分为多个层次，包括时隙、时帧和超帧三级。每个时帧由3个非等长的时隙组成，且每4个时帧组成一个超帧。第一个时帧包含网络公告帧、时隙请求帧和网络分配帧，以确保网络中的各节点同步并且按需分配时隙。而后续的时帧则主要用于节点间的业务数据传输，并定期插入仲裁时隙进行时隙的重新分配。时隙的分配是通过数据的优先级和待发送帧数队列的加权比例来决定的。节点在时隙请求时，会根据其待发送的数据的优先级和帧数计算出一个综合的仲裁值，主节点根据这些仲裁值的大小，确定每个节点的时隙分配排列表。这样，通过优先级和帧数队列的加权求和，可以更准确地反映节点的需求，确保高优先级的数据能够及时传输，而低优先级的数据则根据资源情况进行排队处理。这种加权分配机制解决了临时高优先级数据插入时的响应问题。当有紧急的高优先级数据需要发送时，节点可以在仲裁时隙中重新发出时隙请求帧，主节点根据当前网络负载情况和优先级权重，及时为这些紧急数据重新分配时隙。通过这一动态分配过程，系统能够确保高优先级数据能够得到及时响应，处理紧急事件。同时时隙分配是基于业务数据量的动态调整进行的。每个节点根据其当前的传输需求和优先级，通过时隙请求帧向主节点提交申请。主节点根据这些申请，动态调整时隙分配，使得各节点能够根据实际需求获得适当的通信资源。这种动态协商机制不仅能提高mac层的通信效率，还能保证在负载变化时网络资源的高效利用。通过这种动态协商和加权分配机制，系统能够在不同节点之间灵活分配时隙，确保网络的公平性和高效性。mac协议的效率得到提升，特别是在面对临时突发高优先级数据时，系统能够快速调整时隙分配，及时处理紧急事件，避免延迟。