無(wú)線自組織應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的多信道介質(zhì)訪問(wèn)控制

隨著無(wú)線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)造應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)將成為今后發(fā)展的趨勢(shì)。既有研究表明多信道介質(zhì)訪問(wèn)控制可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)的通信能力，因此，需要研究適合無(wú)線自組織應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的多信道介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)制。在IEEE 80.11[1]標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)定義了多信道的通信模式。在有關(guān)IEEE 802.11的介質(zhì)訪問(wèn)控制的研究中，通信模式或者是基于競(jìng)爭(zhēng)方式的多信道、或者是基于單一控制信道的時(shí)分復(fù)用。使用多信道改善通信性能已經(jīng)成為無(wú)線通信領(lǐng)域的共識(shí)，但是如何配置、控制和使用多信道，仍然是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

1 多信道控制模式

在無(wú)線數(shù)據(jù)通信中，信道復(fù)用技術(shù)用于控制如何分配或使用信道。典型的復(fù)用技術(shù)包括：載波感知多址接入(CSMA)、競(jìng)爭(zhēng)方式和時(shí)分復(fù)用訪問(wèn)(TDMA)、碼分復(fù)用(CDMA)。在已知的網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星通信的ALOHA系統(tǒng)和無(wú)線以太網(wǎng)的CSMA/CA為競(jìng)爭(zhēng)方式的代表；GSM、TD-SCDMA和WiMAX為時(shí)分復(fù)用方式的代表?；赪i-Fi的多信道研究有兩種方式：其一是兩個(gè)或多個(gè)同樣的競(jìng)爭(zhēng)信道；其二是指定一個(gè)信道為控制信道，其他信道為數(shù)據(jù)通信信道。既有的關(guān)于多信道的研究表明：對(duì)于存在多信道的通信系統(tǒng)，當(dāng)信道數(shù)到達(dá)某個(gè)臨界值時(shí)，系統(tǒng)的吞吐率不再隨信道數(shù)量的增加而增加。如何最合理最有效地利用多信道的通信能力，使網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用呈現(xiàn)更好的可擴(kuò)展性成為重要的課題。

在過(guò)去的20多年中，人們多從系統(tǒng)的角度設(shè)計(jì)無(wú)線通信系統(tǒng)。為提高無(wú)線通信系統(tǒng)傳輸能力，多信道技術(shù)，特別是多個(gè)無(wú)線載波方式，受到極大重視。在現(xiàn)在比較流行的IEEE標(biāo)802.11標(biāo)準(zhǔn)體系中[2-3]，出現(xiàn)了BAPU、DBTMA和DCMA等雙信道和Multiple Channel CSMA和DCA-PC等多信道技術(shù)[4-6]。

在一般的商用通信系統(tǒng)中，一般包括一個(gè)公共控制信道和一群業(yè)務(wù)信道，例如：ISDN/SS7、GSM/GPRS/HSDPA。無(wú)論在核心網(wǎng)絡(luò)中，還是在無(wú)線環(huán)路中都有相同的控制模式。為了提高通信系統(tǒng)的效能，一個(gè)重要的研究課題就是：在無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，公共控制信道和業(yè)務(wù)信道的關(guān)系和控制模型如何確定才能夠滿足特定的組網(wǎng)要求。

本文研究一種多信道控制模型。該模型的控制模式是為了滿足應(yīng)急通信的信息快速融合的需要而建立的。該模型提出多信道控制算法。在同時(shí)4路接收的多信道并行傳輸?shù)臋C(jī)制中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)既能夠占用一個(gè)信道發(fā)送數(shù)據(jù)，又能夠同時(shí)接收來(lái)自其他4個(gè)節(jié)點(diǎn)在不同信道上的4路數(shù)據(jù)。多信道手法是一種特定的多信道通信模式。確定這種多信道控制模式，對(duì)建立信息匯聚、融合的無(wú)線數(shù)據(jù)通信有很明顯的幫助。

2 多信道資源分配算法

自組織應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)媒體訪問(wèn)控制(MAC)技術(shù)重點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)分配資源和區(qū)分優(yōu)先級(jí)的服務(wù)質(zhì)量。動(dòng)態(tài)分配資源主要包括：動(dòng)態(tài)地分配時(shí)隙，使得空閑的時(shí)隙能夠被發(fā)送請(qǐng)求數(shù)較多的節(jié)點(diǎn)充分利用；動(dòng)態(tài)地分配信道，使得節(jié)點(diǎn)能夠靈活使用多信道機(jī)制，實(shí)現(xiàn)快速信息融合所需要的多路接收一路發(fā)送的通信能力。區(qū)分優(yōu)先級(jí)的服務(wù)質(zhì)量主要包括：對(duì)分組區(qū)分優(yōu)先級(jí)，始終保障最高優(yōu)先級(jí)的服務(wù)質(zhì)量；其他優(yōu)先級(jí)按比例分配帶寬，該分配比例能夠靈活調(diào)整；高負(fù)載時(shí)性能下降相對(duì)平緩。

本文的多信道資源分配算法參考IEEE 802.16中Mesh網(wǎng)絡(luò)的MAC層機(jī)制。該控制機(jī)制采用TDMA的組網(wǎng)方式，節(jié)點(diǎn)通過(guò)請(qǐng)求/響應(yīng)的方式來(lái)接入媒體，其中集中控制方式同樣支持Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的集中式MAC資源調(diào)度和管理。IEEE 802.16協(xié)議支持不同的服務(wù)水平，從企業(yè)級(jí)的高質(zhì)量服務(wù)到家用型的盡力而為服務(wù)都有定義。協(xié)議通過(guò)集中調(diào)度來(lái)支持時(shí)延敏感業(yè)務(wù)，如話音和視像等。由于確保了無(wú)碰撞數(shù)據(jù)接入，IEEE 802.16的MAC層改善了系統(tǒng)總吞吐量和帶寬效率，并確保數(shù)據(jù)時(shí)延受到控制。TDMA接入技術(shù)還使支持多播和廣播業(yè)務(wù)變得更容易。IEEE 802.16系統(tǒng)的QoS機(jī)制可以根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際需要來(lái)動(dòng)態(tài)分配帶寬，具有較大的靈活性。Mesh模式的QoS機(jī)制還需要進(jìn)一步研究和完善，可以借鑒其他模式下較成熟的QoS機(jī)制對(duì)Mesh模式進(jìn)行補(bǔ)充和改進(jìn)。
本文提出的資源分配算法處理流程包括了5個(gè)重要過(guò)程：

(1)獲取節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求列表過(guò)程
(2)請(qǐng)求分類緩沖過(guò)程
(3)請(qǐng)求隊(duì)列截取過(guò)程
(4)資源分配過(guò)程
(5)節(jié)點(diǎn)使用分配結(jié)果過(guò)程

5個(gè)過(guò)程的順序處理關(guān)系如圖1所示。

其中的(1)和(5)這兩個(gè)過(guò)程不屬于資源分配算法的核心內(nèi)容，但在資源分配總過(guò)程的數(shù)據(jù)流處理中擔(dān)當(dāng)了重要角色。資源分配總過(guò)程數(shù)據(jù)流如圖2所示。即(1)過(guò)程產(chǎn)生算法輸入數(shù)據(jù)，(5)過(guò)程使用算法輸出數(shù)據(jù)。

2.1 獲取節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求列表過(guò)程

獲取節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求列表過(guò)程可以劃分為幾個(gè)時(shí)隙(數(shù)量通常等于節(jié)點(diǎn)數(shù)量)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)查看自己的MAC優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中各個(gè)優(yōu)先級(jí)是否有分組要發(fā)送，有的話就生成一定數(shù)量的請(qǐng)求狀態(tài)信息(每一個(gè)請(qǐng)求狀態(tài)信息對(duì)應(yīng)于MAC優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的一個(gè)分組，包含了該對(duì)應(yīng)分組的一些特征信息摘要，網(wǎng)控中心進(jìn)行資源分配時(shí)需要用到這些信息)。節(jié)點(diǎn)生成的所有請(qǐng)求狀態(tài)信息會(huì)在某個(gè)小時(shí)隙中發(fā)送給網(wǎng)控中心節(jié)點(diǎn)，作為資源分配算法的輸入。請(qǐng)求狀態(tài)信息所包含的內(nèi)容如表1所示。

MAC優(yōu)先級(jí)隊(duì)列是由各個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立維護(hù)的一個(gè)區(qū)分優(yōu)先級(jí)的分組緩沖區(qū)，可以認(rèn)為是一個(gè)按優(yōu)先級(jí)索引的多鏈表結(jié)構(gòu)，用于緩沖上層協(xié)議實(shí)體傳輸下來(lái)的分組。該隊(duì)列能夠在每幀開(kāi)始的請(qǐng)求前導(dǎo)階段按照MAC的要求，查看緩沖區(qū)的內(nèi)容并生成一定數(shù)量的請(qǐng)求狀態(tài)信息返回給MAC；然后在數(shù)據(jù)時(shí)隙階段，根據(jù)MAC得到的分配結(jié)果從緩沖區(qū)里取出正確的分組返回給MAC并發(fā)送。

獲取節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求列表：每個(gè)節(jié)點(diǎn)的MAC協(xié)議實(shí)體查看優(yōu)先級(jí)隊(duì)列里的緩沖分組。MAC指定一個(gè)數(shù)值作為優(yōu)先級(jí)隊(duì)列能夠生成的請(qǐng)求狀態(tài)信息個(gè)數(shù)的上限，隊(duì)列據(jù)此數(shù)值控制發(fā)給網(wǎng)控中心的請(qǐng)求信息的總大小。另外，由于每個(gè)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)待發(fā)送分組，提交多個(gè)請(qǐng)求就意味著節(jié)點(diǎn)可能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)忙閑狀況在一個(gè)時(shí)幀里獲得多次發(fā)送機(jī)會(huì)，從而具備實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)時(shí)隙使用的基礎(chǔ)。優(yōu)先級(jí)隊(duì)列將這些請(qǐng)求狀態(tài)信息返回給MAC，MAC獲得此信息后，在請(qǐng)求前導(dǎo)階段某個(gè)時(shí)間將它們封裝成為一個(gè)請(qǐng)求分組，發(fā)送給網(wǎng)控中心節(jié)點(diǎn)。

2.2 請(qǐng)求分類緩沖過(guò)程

請(qǐng)求分類緩沖過(guò)程用于對(duì)獲取節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求列表過(guò)程中接收到的所有節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求狀態(tài)信息進(jìn)行區(qū)分優(yōu)先級(jí)的緩沖，并統(tǒng)計(jì)各個(gè)優(yōu)先級(jí)的請(qǐng)求數(shù)以及總的請(qǐng)求數(shù)。此過(guò)程的關(guān)鍵內(nèi)容是網(wǎng)控中心具有一個(gè)總請(qǐng)求狀態(tài)信息緩沖區(qū)，其為每個(gè)優(yōu)先級(jí)準(zhǔn)備一個(gè)獨(dú)立的請(qǐng)求狀態(tài)信息隊(duì)列，包含不同優(yōu)先級(jí)信息的請(qǐng)求將緩存到對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列中。請(qǐng)求分類緩沖過(guò)程如圖3所示。

圖上的n表示節(jié)點(diǎn)總數(shù)，優(yōu)先級(jí)數(shù)目示例為3個(gè)，NULL表示該節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求已經(jīng)分類完或者該節(jié)點(diǎn)沒(méi)有任何請(qǐng)求。從該圖可以看出請(qǐng)求分類緩沖過(guò)程是將各節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求狀態(tài)信息列表依次拆解為數(shù)個(gè)請(qǐng)求狀態(tài)信息，并按照它們的優(yōu)先級(jí)分別緩存到對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中。

請(qǐng)求分類緩沖過(guò)程：在網(wǎng)控中心獲得所有節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求狀態(tài)信息后，算法按照一定的順序依次處理每個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有請(qǐng)求狀態(tài)信息。判斷是否有節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求還未處理完畢，是的話取得一個(gè)未處理的節(jié)點(diǎn)的所有請(qǐng)求狀態(tài)信息，根據(jù)該請(qǐng)求狀態(tài)信息的優(yōu)先級(jí)序號(hào)將其緩存對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中適當(dāng)位置，對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)的請(qǐng)求計(jì)數(shù)器和總請(qǐng)求計(jì)數(shù)器分別加1。當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求均分類緩沖完成，整個(gè)過(guò)程結(jié)束。

2.3 請(qǐng)求隊(duì)列截取過(guò)程

請(qǐng)求隊(duì)列截取過(guò)程使用請(qǐng)求分類緩沖過(guò)程生成的總請(qǐng)求狀態(tài)信息緩沖區(qū)和請(qǐng)求計(jì)數(shù)器值，在緩沖區(qū)中的請(qǐng)求總數(shù)大于數(shù)據(jù)時(shí)隙能夠提供的最大發(fā)送機(jī)會(huì)時(shí)執(zhí)行。

發(fā)送機(jī)會(huì)是指能夠滿足節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次完整發(fā)送過(guò)程的時(shí)機(jī)，在多信道環(huán)境下為某一信道上的某一數(shù)據(jù)時(shí)隙，可用二元組時(shí)隙，信道>表示。最大發(fā)送機(jī)會(huì)是指多信道環(huán)境下所有數(shù)據(jù)時(shí)隙能夠提供的發(fā)送機(jī)會(huì)的總和，即最大發(fā)送機(jī)會(huì)=數(shù)據(jù)時(shí)隙數(shù)×信道數(shù)，它代表了當(dāng)前時(shí)幀結(jié)構(gòu)下全網(wǎng)絡(luò)一幀能夠提供給節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)送次數(shù)。當(dāng)總請(qǐng)求數(shù)超過(guò)最大發(fā)送機(jī)會(huì)時(shí)，當(dāng)前的請(qǐng)求中將會(huì)有一部分得不到滿足。請(qǐng)求隊(duì)列截取過(guò)程即是用來(lái)決定哪些請(qǐng)求能夠被滿足，哪些需要被丟棄。采取優(yōu)先級(jí)比例預(yù)留進(jìn)行請(qǐng)求隊(duì)列的截取。算法事先配置并存儲(chǔ)好優(yōu)先級(jí)預(yù)留比例數(shù)據(jù)，用于計(jì)算預(yù)留給對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)的發(fā)送機(jī)會(huì)數(shù)。

例如，3個(gè)優(yōu)先級(jí)算法，優(yōu)先級(jí)從高到底(優(yōu)先級(jí)號(hào)從0到2)的預(yù)留比例配置為：1.0、0.6、0.3。其中最高優(yōu)先級(jí)0的比例是1.0，表示該優(yōu)先級(jí)為強(qiáng)制滿足的優(yōu)先級(jí)，屬于該優(yōu)先級(jí)的請(qǐng)求應(yīng)該在截取過(guò)程中盡量保留而不被丟棄；優(yōu)先級(jí)1和優(yōu)先級(jí)2的比例都小于1，表示它們需要進(jìn)行正常的按比例截取。通過(guò)上述優(yōu)先級(jí)比例預(yù)留策略，可以限制各個(gè)優(yōu)先級(jí)在網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)占用的帶寬上限，以此實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)帶寬按比例預(yù)留的要求。

請(qǐng)求隊(duì)列截取過(guò)程：請(qǐng)求分類緩沖過(guò)程執(zhí)行完畢后，所有節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求已經(jīng)緩存到對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中。判斷請(qǐng)求總數(shù)是否大于最大發(fā)送機(jī)會(huì)數(shù)，如果是則使用優(yōu)先級(jí)預(yù)留比例，計(jì)算出各個(gè)優(yōu)先級(jí)超出預(yù)留發(fā)送機(jī)會(huì)的個(gè)數(shù)。依次截取(丟棄)各個(gè)優(yōu)先級(jí)中超出預(yù)留發(fā)送機(jī)會(huì)數(shù)的那一部分請(qǐng)求。當(dāng)各個(gè)優(yōu)先級(jí)的實(shí)際請(qǐng)求數(shù)的超額部分已經(jīng)全部截取完畢，但此時(shí)如果總數(shù)仍然大于發(fā)送機(jī)會(huì)數(shù)，則需要進(jìn)一步截取。當(dāng)各個(gè)優(yōu)先級(jí)能夠滿足的請(qǐng)求個(gè)數(shù)之和已經(jīng)等于或小于最大發(fā)送機(jī)會(huì)數(shù)，無(wú)需再截取。記錄截取結(jié)束，結(jié)果供資源分配過(guò)程使用，過(guò)程結(jié)束。

2.4 資源分配過(guò)程

資源分配過(guò)程使用請(qǐng)求隊(duì)列截取過(guò)程截取后的各個(gè)優(yōu)先級(jí)的實(shí)際發(fā)送機(jī)會(huì)數(shù)，從最高優(yōu)先級(jí)開(kāi)始依次為每個(gè)優(yōu)先級(jí)分配數(shù)量等于該優(yōu)先級(jí)的剩余請(qǐng)求個(gè)數(shù)的二元組時(shí)隙，信道>資源，并在分配過(guò)程中進(jìn)行收發(fā)控制。

資源分配策略是指為各個(gè)優(yōu)先級(jí)的剩余請(qǐng)求分配MAC資源時(shí)所采取的策略。從區(qū)分優(yōu)先級(jí)的服務(wù)角度來(lái)看大體可分為兩種策略：間隔分配策略和連續(xù)分配策略。由于間隔分配策略是同一優(yōu)先級(jí)的請(qǐng)求間隔發(fā)送，可以在一定程度上減少突發(fā)信道干擾對(duì)某一優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的影響，因此我們采用間隔分配策略。間隔分配策略即將各個(gè)優(yōu)先級(jí)的請(qǐng)求以間隔的方式依次分配到各個(gè)時(shí)隙中。分配后各個(gè)優(yōu)先級(jí)的請(qǐng)求比較“均勻”地分布在時(shí)幀中，高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求的發(fā)送順序沒(méi)有明顯地被區(qū)別對(duì)待。

節(jié)點(diǎn)收發(fā)控制用于限制節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)時(shí)隙中接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)流數(shù)。多信道環(huán)境下，節(jié)點(diǎn)可以在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)使用不同的信道同時(shí)進(jìn)行數(shù)個(gè)收發(fā)過(guò)程。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)具有5個(gè)不同子頻率所對(duì)應(yīng)的信道，則理論上一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以在同一時(shí)隙接收或發(fā)送5路數(shù)據(jù)流。這違背了節(jié)點(diǎn)的物理設(shè)備的“四收一發(fā)”限制，即一個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)隙內(nèi)最多只能接收4路同時(shí)發(fā)送1路數(shù)據(jù)。所以需要在資源分配的時(shí)候在每個(gè)時(shí)隙上控制節(jié)點(diǎn)的收發(fā)次數(shù)。為此，資源分配過(guò)程通過(guò)網(wǎng)控中心維護(hù)一個(gè)記錄節(jié)點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為“節(jié)點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)表”。網(wǎng)控中心在進(jìn)行資源分配的時(shí)候便可以根據(jù)其中內(nèi)容判斷是否將當(dāng)前請(qǐng)求分配到某個(gè)時(shí)隙上。

資源分配過(guò)程：請(qǐng)求隊(duì)列截取過(guò)程執(zhí)行完畢后，網(wǎng)控中心已經(jīng)知道了為各個(gè)優(yōu)先級(jí)實(shí)際提供的發(fā)送機(jī)會(huì)數(shù)。初始化“節(jié)點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)信息表”，之后，按照各個(gè)優(yōu)先級(jí)實(shí)際提供的發(fā)送機(jī)會(huì)數(shù)請(qǐng)求分配時(shí)隙，信道>二維資源。如果當(dāng)前緩沖區(qū)中還有請(qǐng)求沒(méi)有被分配，且還有可用數(shù)據(jù)時(shí)隙，則按照從高優(yōu)先級(jí)到低優(yōu)先級(jí)的順序，循環(huán)取到某個(gè)優(yōu)先級(jí)的請(qǐng)求隊(duì)列。若該優(yōu)先級(jí)已經(jīng)被分配的請(qǐng)求個(gè)數(shù)達(dá)到了實(shí)際提供的發(fā)送機(jī)會(huì)數(shù)，該優(yōu)先級(jí)仍有未被分配的請(qǐng)求且當(dāng)前還有空閑信道，則獲取該優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求隊(duì)列的一個(gè)未被分配資源的請(qǐng)求。判斷該請(qǐng)求分配到當(dāng)前時(shí)隙上是否滿足節(jié)點(diǎn)收發(fā)控制的要求，如果滿足就為該請(qǐng)求分配當(dāng)前時(shí)隙上的一個(gè)空閑信道，并將請(qǐng)求的部分信息以及分配到的時(shí)隙，信道>資源保存為資源分配結(jié)果；否則暫時(shí)“跳過(guò)”該請(qǐng)求?？臻e信道標(biāo)號(hào)超出信道數(shù)范圍，表示當(dāng)前時(shí)隙上所有信道資源已經(jīng)被分配完畢，將可用時(shí)隙標(biāo)號(hào)增加1以指向下一個(gè)可用時(shí)隙。當(dāng)所有的請(qǐng)求都已經(jīng)被分配資源，或者已經(jīng)沒(méi)有可用的數(shù)據(jù)時(shí)隙，資源分配過(guò)程結(jié)束。源分配過(guò)程如圖4所示。

2.5 節(jié)點(diǎn)使用分配結(jié)果過(guò)程

節(jié)點(diǎn)在響應(yīng)前導(dǎo)階段接收到網(wǎng)控中心廣播的資源分配結(jié)果后(資源分配結(jié)果所包含的內(nèi)容如表2所示)，使用分配結(jié)果信息決定節(jié)點(diǎn)自己是否能夠?qū)嶋H發(fā)送分組，能夠發(fā)送哪個(gè)/哪些分組，以及用什么時(shí)隙/信道發(fā)送分組。

節(jié)點(diǎn)使用分配結(jié)果過(guò)程：響應(yīng)前導(dǎo)階段節(jié)點(diǎn)接收到網(wǎng)控中心的資源分配結(jié)果，數(shù)據(jù)時(shí)隙階段開(kāi)始，之后，節(jié)點(diǎn)使用分配結(jié)果進(jìn)行分組發(fā)送和接收。每個(gè)時(shí)隙來(lái)臨時(shí)，MAC根據(jù)分配結(jié)果中的時(shí)隙標(biāo)識(shí)(ID)和源節(jié)點(diǎn)ID判斷該時(shí)隙是否分配給了自己，是的話就向優(yōu)先級(jí)隊(duì)列確認(rèn)分組。優(yōu)先級(jí)隊(duì)列使用分配結(jié)果中的目的節(jié)點(diǎn)ID和優(yōu)先級(jí)ID，判斷該發(fā)送機(jī)會(huì)具體分配給哪一個(gè)分組，然后將該分組返回給MAC。MAC確認(rèn)分組后，使用分配結(jié)果中的信道ID，在該信道上將分組發(fā)送出去。接收節(jié)點(diǎn)使用分配結(jié)果中的時(shí)隙ID和目的節(jié)點(diǎn)ID，判斷自己是否需要在該時(shí)隙接收分組，然后在信道ID標(biāo)識(shí)的信道上接收分組。目的節(jié)點(diǎn)成功接收分組后，源節(jié)點(diǎn)將分組從優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的緩沖區(qū)中刪除，過(guò)程結(jié)束。

3 算法分析

優(yōu)先級(jí)的動(dòng)態(tài)TDMA算法融合SPMA接入方式，通過(guò)推遲低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的發(fā)送，為高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)預(yù)留部分資源來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制。要求通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量小于時(shí)隙數(shù)量的條件成為MAC算法的制約。從多信道和優(yōu)先級(jí)機(jī)制共同存在帶來(lái)的開(kāi)銷和效率問(wèn)題需來(lái)考慮，將對(duì)集中式和分布式的時(shí)隙分配和調(diào)度建立節(jié)點(diǎn)規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)的控制模型和算法，并且建立時(shí)隙，信道>二維資源高效的分配和調(diào)度算法。

MAC處理軟件應(yīng)用了自適應(yīng)的原理，但是沒(méi)有涉及認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。我們將認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到應(yīng)用模式中，研究了MAC層多信道控制、多信道和時(shí)隙分配與調(diào)度算法。建立了具備認(rèn)知功能的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)和組成模型，定義多信道環(huán)境下的時(shí)隙分配與調(diào)度算法。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了一種用于無(wú)線自組織應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的多信道介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了資源動(dòng)態(tài)分配(動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙和動(dòng)態(tài)分配信道)、區(qū)分優(yōu)先級(jí)服務(wù)、按優(yōu)先級(jí)比例分配帶寬。但是，仍然存在一些尚未解決的問(wèn)題，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

算法目前使用的請(qǐng)求狀態(tài)信息的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，有關(guān)分組的信息量也較少，且主要根據(jù)優(yōu)先級(jí)來(lái)分組。今后可以考慮增加請(qǐng)求信息的內(nèi)容以完善分配機(jī)制。

算法目前還沒(méi)有解決優(yōu)先級(jí)機(jī)制帶來(lái)的預(yù)留比例靈活調(diào)整的問(wèn)題。今后可以考慮加入自適應(yīng)的優(yōu)先級(jí)預(yù)留比例調(diào)整機(jī)制。另外，多信道和優(yōu)先級(jí)機(jī)制共同帶來(lái)的開(kāi)銷和效率問(wèn)題在目前的算法中仍然存在，時(shí)隙，信道>二維資源如何更高效的分配仍然值得進(jìn)一步的研究和完善[7-9]。

IEEE 802.16工作組在建立無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)的研究方面相當(dāng)活躍。本文研究的資源分配算法是以IEEE 802.16協(xié)議的Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC為基礎(chǔ)地。如何將IEEE 802.16協(xié)議更有效的運(yùn)行在多信道環(huán)境下，以及如何與相關(guān)算法更好地結(jié)合值得進(jìn)一步深入研究。