CN101272178A - 一种时隙保障机制时隙分配方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种时隙保障机制(GTS)时隙分配方法，接收来自请求节点的GTS请求，判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否满足所述GTS请求要求，若不满足，则按照共享GTS分配方式为所述请求节点分配GTS时隙；否则，按照现有GTS分配方式为所述请求节点分配GTS时隙。本发明实施例还同时公开了一种GTS分配设备，应用该方法和设备能够实现高效、合理地分配GTS时隙资源，提高GTS利用率。

Description

一种时隙保障机制时隙分配方法和设备

技术领域

本发明涉及无线个人区域网络(WPAN)技术，特别涉及一种时隙保障机制(GTS)时隙分配方法和设备。

背景技术

WPAN是一种低速率、低功耗、低复杂度并且包括大量无线节点的网络，其潜在应用领域有传感器、遥控玩具、智能徽章、遥控器以及家庭自动化装置等。美国电机电子工程师协会(IEEE)802.15.4标准为WPAN的实现制定了媒体访问控制(MAC)层协议，其传输范围在WPAN的典型传输范围10m左右。该标准规定了WPAN的三种可选数据率：250kbit/s、40kbit/s以及20kbit/s；两种寻址方式：16位比特和64位比特寻址；三种工作频段：2.4GHz频段上16个信道，915MHz频段上10个信道以及868MHz频段上1个信道。

IEEE802.15.4标准中规定WPAN有两种工作模式，一种是信标使能模式(beacon-enabled mode)，另一种是非信标使能模式(non beacon-enabledmode)。在非信标使能模式下，网络中的所有节点通过非时隙的载波侦听多点接入/冲突避免(CSMA/CA)算法竞争信道。非信标使能模式的优点在于其自组织性，但不能提供时间保证和服务质量(QoS)保证。

在信标使能模式下，网络协调器周期性地发送超帧来组织通信，通信的实时性和服务质量可以通过采用超帧方式，在超帧中分配非竞争时隙进行通信传输而得到满足。与非信标使能模式相比，信标使能模式更好地保证了实时性传输质量和服务质量。

图1为现有超帧结构示意图，如图1所示，两个连续信标帧的发送间隔用信标帧间隔(BI，Beacon Interval)表示，分为活跃期和非活跃期。其中，活跃期包括信标帧发送时段、竞争访问时段(CAP)和非竞争访问时段(CFP)。在非活跃期，节点不发送数据，进入休眠状态而节省能量。

超帧的活跃期也称为超帧持续时间(SD)，被划分为16个等长的时隙(slot)，如图1中0～15所示。每个时隙的长度，以及CAP中包含的时隙数等参数，由网络协调器预先设置，并通过超帧开始时的信标帧发送时段广播给网络中的所有节点。

BI和SD分别与信标帧指数(BO，Beacon Order)和超帧指数(SO，Superframe Order)相关，计算公式分别如公式(1)和公式(2)所示：

BI＝αBaseSuperframeDuration×2^BO    (1)

SD＝αBaseSuperframeDuration×2^SO    (2)

其中，参数aBaseSuperframeDuration是当SO＝0时，超帧的最小长度，标准中给定参数aBaseSuperframeDuration为960个符号(symbols)，其中1symbol＝4比特(bit)，换算后即为15.36ms。

在CAP时段，各节点通过非时隙的CSMA/CA算法竞争信道来发送数据，但是，如果需要发送数据的节点要求比较高的QoS，且不要求及时性，则可以在CAP时段竞争信道，向网络协调器发送分配GTS请求，请求在CFP时段发送数据，成功获得GTS后，节点就可以在获得的GTS中直接发送数据，而不需要使用CSMA/CA算法竞争信道。CAP时段的最小长(aMinCAPLength)为440symbols，但是如果使用GTS，则允许CAP的长度临时性小于该最小长度值。

各节点向网络协调器发送的GTS请求格式如表1和表2所示：

字节：7	1	1
			MAC帧头(MHR)	命令帧标识	GTS特征

表1：GTS请求

如表1所示，GTS请求由MHR域、命令帧标识域以及GTS特征域组成：MHR域包括7个字节，用于标识MAC帧头信息；命令帧标识域包括1个字节，用于标识该请求为GTS请求；GTS特征域包括1个字节，用于标识该GTS请求的特征信息。

比特：0～3	4	5	6～7
				GTS长度	GTS方向	特征类型	预留

表2：GTS特征域

如表2所示，GTS特征域由GTS长度字段、GTS方向字段、特征类型字段以及预留字段组成，其中，GTS长度字段包括3个比特，用于标识该GTS请求所请求分配或释放的时隙数；GTS方向字段包括1个比特，用于标识该GTS方向，比如，上行或下行；特征类型字段包括1个比特，用于标识该GTS请求的类型，即该GTS请求是GTS分配请求还是GTS释放请求。

网络协调器接收到节点发来的GTS请求后，根据GTS请求中携带的信息，检查当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否满足GTS请求要求，即是否大于或等于GTS长度字段中所要求分配的时隙个数，如果不满足，则拒绝该GTS请求；如果满足，则接受该GTS请求，并分配要求分配的时隙个数的GTS。之后，发起该GTS请求的节点通过信标帧获知自身分配到的GTS起止时间，并在该GTS起止时间内发送数据。

标准中规定，一个超帧中最多只能分配7个GTS，每个GTS可以由若干个时隙组成，为每个节点分配的GTS需要保证该节点能够在GTS结束前完成数据传送。可是，通常情况下，网络中的节点数目都要多于最多能够分配的GTS数目，这样一来，在这7个GTS均已被占用的情况下，如果还有其它节点因为需要发送数据而请求GTS，网络协调者就会因为没有剩余GTS而拒绝该请求，从而导致该节点的数据无法及时发送，限制了GTS的利用率。另外，由于每个GTS至少包括一个时隙，即GTS的最小颗粒度为1个时隙，那么，对于某些传输速率较小的节点就不能充分利用申请到的GTS，从而造成资源的浪费。

发明内容

本发明实施例提供了一种GTS分配方法，以提高GTS的利用率。

本发明实施例还提供了一种GTS分配设备，应用该设备能够提高GTS利用率。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种时隙保障机制GTS分配方法，该方法包括以下步骤：

接收来自请求节点的GTS请求，判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否满足所述GTS请求要求，若不满足，则按照共享GTS分配方式为所述请求节点分配GTS时隙。

一种GTS分配设备，该设备包括：

第一判断模块，用于接收来自请求节点的GTS请求，判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否满足所述GTS请求要求；

共享GTS分配模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙不能满足所述GTS请求要求的情况下，按照共享GTS分配方式为所述请求节点分配GTS时隙。

可见，采用本发明实施例的技术方案，网络协调器在接收到节点发来的GTS请求后，根据当前网络情况，自适应地选择不同的GTS分配方式，从而实现了高效、合理地分配网络资源，提高了GTS利用率。

附图说明

图1为现有技术中超帧结构示意图；

图2为本发明方法总体流程图；

图3为本发明方法较佳实施例流程图；

图3A为节点B利用分配的GTS发送数据示意图；

图3B为节点A数据到达曲线示意图；

图3C为节点B与节点A共享同一个GTS示意图；

图3D为三个节点共享同一GTS示意图；

图4为现有GTS分配方式以及本发明改进后的GTS分配方式下GTS利用率的对比情况示意图；

图5为本发明设备实施例结构示意图；

图6为本发明GTS分配模块组成结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例的实现思想为：接收来自请求节点的GTS请求，判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否满足该GTS请求要求，若不满足，则按照共享GTS分配方式为请求节点分配GTS时隙，即分配请求节点与当前已经分配到GTS的节点共享其分配到的GTS；若满足，则按照现有GTS分配方式为请求节点分配GTS时隙。本发明实施例中上述步骤的执行者为网络协调器。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步地详细说明。

图2为本发明方法总体流程图，如图2所示，包括以下步骤：

步骤201：网络协调器接收来自请求节点的GTS请求，判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否满足该GTS请求要求，若满足，则执行步骤202；否则，执行步骤203。

本步骤中，网络协调器在接收到来自请求节点的GTS请求后，判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否能够满足该GTS请求中所请求分配的时隙个数。具体实现方法与现有方法完全一致，这里不再赘述。

为实现本发明方法，需要对现有GTS请求进行扩展，将表1所示GTS特征域由现有的1个字节扩展为3个字节，如表3所示，表3为扩展后的GTS请求格式：

字节：7	1	3
			MHR	命令帧标识	GTS特征

表3：扩展后GTS请求

由表3可见，扩展后的GTS请求由11个字节组成：第1到第7字节为MHR域；第8字节为命令帧标识域；第9到第11字节为GTS特征域。

表4为扩展后GTS请求中GTS特征域的组成格式：

比特：0～3	4	5	6～9	10～13	14～18	19	20～23
								GTS长度	GTS方向	特征类型	突发长度	数据到达速率	时延要求	分配类型	预留

表4：扩展后的GTS特征域

如表4所示，扩展后的GTS特征域与现有GTS特征域相比，新增了分配类型字段、突发长度字段、数据到达速率字段以及时延要求字段。其中，突发长度字段、数据到达速率字段以及时延要求字段，分别用于标识请求节点的业务的突发长度、数据到达速率以及时延要求信息；分配类型字段，用于标识请求节点是否允许网络协调器按照共享GTS分配方式为其分配GTS时隙，可设置为1或0。若分配类型字段设置为请求节点允许网络协调器按照共享GTS分配方式为其分配GTS时隙，比如1，则突发长度字段、数据到达速率字段以及时延要求字段分别设置请求节点的业务的突发长度、数据到达速率以及时延要求信息；否则，突发长度字段、数据到达速率字段以及时延要求字段设置为空。

还需要说明的是，各标志位所占的位数以及它们在扩展后的GTS特征域内的顺序可根据实际情况做相应调整，并不一定需要与表4所示完全一致，只要设置完成后，节点和网络协调器双方均明白所作设置的目的，并知道如何根据所作设置执行相应操作即可。

步骤202：网络协调器按照现有GTS分配方式为请求节点分配GTS时隙。

步骤203：网络协调器按照共享GTS分配方式为请求节点分配GTS时隙。

本步骤中，网络协调器按照共享GTS分配方式为请求节点分配GTS时隙的具体过程为：

网络协调器从当前已经分配GTS时隙的节点中选择共享节点，选择方法很多，比如，可随机选择；或者，按照GTS利用率由低到高的顺序选择当前已经分配到GTS的节点中的一个或几个作为共享节点，具体选择方式可以为：网络协调器计算当前已经分配到GTS的各节点的GTS利用率，并判断GTS利用率最低的节点所分配的GTS中包含的时隙数是否满足该GTS请求要求；若满足，则选择该节点作为共享节点；否则，判断GTS利用率次低的节点与GTS利用率最低的节点所分配到的时隙数之和是否满足该GTS请求要求，若仍不满足，则继续增加节点数目，直至满足该GTS请求要求为止。然后，网络协调器判断请求节点与选出的共享节点是否满足GTS共享要求，若满足，则分配请求节点与共享节点共享其分配的GTS；否则，拒绝该GTS请求。

网络协调器判断请求节点与选出的共享节点是否满足GTS共享要求的方法为：网络协调器提取GTS请求中的突发长度、数据到达速率以及时延要求信息，根据突发长度信息获取发送该GTS请求的节点以及共享节点的服务时延，并判断请求节点以及共享节点的服务时延是否小于或等于各自的时延要求，若均小于或等于，则进一步判断请求节点以及共享节点的数据到达速率之和是否小于共享节点已分配的GTS相对带宽，若小于，则判定该请求节点与共享节点满足GTS共享要求。

网络协调器在为节点按照共享方式分配完GTS后，会在下一个超帧的信标帧中将请求节点以及共享节点共享的GTS起止时间以及共享该GTS的方式广播至各节点，后续过程中，请求节点与共享节点即可共享使用所分配的GTS发送数据，比如，可以在每相邻的两个超帧中交替使用该GTS发送数据；或者，也可以将连续的三个超帧看成一组，将其中的连续两个超帧中的GTS分配给请求节点，剩余的一个分配给共享节点；或者，将其中的连续两个超帧中的GTS分配给共享节点，而剩余的一个分配给请求节点。总之，分配方式不是固定的，需要根据实际情况而定。

本步骤中，网络协调器判断请求节点是否满足GTS共享要求之前，可进一步包括：网络协调器判断当前是否存在未被其它节点占用的时隙，若存在，则将该未被占用的时隙分配给请求节点，然后再按照共享方式为请求节点分配GTS时隙；当然，若当前已经不存在未被其它节点占用的时隙资源，则网络协调器直接按照共享方式为请求节点分配GTS时隙。本步骤考虑到，虽然当前超帧的剩余时隙不能满足GTS请求中所要求分配的时隙个数，但是并不表示当前超帧中就不存在剩余时隙，比如，当前超帧中剩余一个时隙，而该GTS请求要求分配两个时隙，那么，针对这种情况，网络协调器可以选择首先将剩余的一个时隙分配给请求节点，然后再按照共享方式为该请求节点分配所需的另一个时隙。

本步骤网络协调器按照共享GTS分配方式为请求节点分配GTS时隙之前，还可进一步包括：网络协调器判断请求节点是否允许按照共享GTS分配方式为其分配GTS时隙，具体判断方法为：网络协调器读取GTS请求中的分配类型字段信息，若该字段设置为允许网络协调器按照共享GTS分配方式分配GTS时隙，比如设置为1，则网络协调器按照共享GTS分配方式为请求节点分配GTS时隙；否则，网络协调器拒绝该GTS请求。

网络协调器判断请求节点与选出的共享节点是否满足GTS共享要求之前，还可进一步包括：网络协调器判断所选出的共享节点是否允许请求节点共享其分配到的GTS，若不允许，则重新选择共享节点。判断方式与网络协调器判断请求节点是否允许按照共享GTS分配方式为其分配GTS时隙相同，不再赘述。

图3为本发明方法较佳实施例流程图，如图3所示，包括以下步骤：

步骤301：网络协调器接收来自节点的GTS请求。

为便于描述，本实施例中，将发送GTS请求的节点称为节点B。

步骤302：网络协调器判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否能够满足该GTS请求要求，若能够满足，则执行步骤303；否则，执行步骤304。

判断方法为：网络协调器判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙，即未被其它节点的GTS占用的时隙数是否满足该GTS请求所请求分配的时隙数。

步骤303：网络协调器按照现有GTS分配方式为节点B分配GTS时隙，结束本流程。

本步骤中，网络协调器按照该GTS请求要求，分配相应的时隙给节点B，并且在下一个超帧的信标帧中将分配给节点B的GTS起始时间广播至网络中的各节点。

后续过程中，节点B即可利用所分配的GTS发送数据，图3A为节点B利用所分配的GTS发送数据示意图，如图3A所示，假设第16个时隙作为一个GTS分配给了节点B，那么，在连续的N个超帧中，节点B均可利用所分配的GTS发送数据，直至数据发送完毕。在节点B发送完数据之前，该GTS一直专属于节点B，其它节点不能利用其发送数据。

步骤304：网络协调器判断节点B是否允许按照共享GTS分配方式为其分配GTS时隙，若允许，则执行步骤305；否则，执行步骤307。

判断方式为：网络协调器提取节点B发送的GTS请求中的分配类型字段信息，若分配类型字段设置为1，则判定节点B允许网络协调器按照共享GTS分配方式为其分配GTS时隙；否则，判定为不允许。

步骤305：网络协调器判断节点B是否满足GTS共享要求，若满足，则执行步骤306；否则，执行步骤307。

本步骤中，网络协调器判断节点B是否满足GTS共享要求的方式为：网络协调器提取GTS请求中的突发长度、数据到达速率以及时延要求信息；根据突发长度信息获取节点B以及选定的共享节点的服务时延，并判断节点B以及共享节点的服务时延是否分别小于或等于各自的时延要求；若均小于或等于，则进一步判断节点B以及共享节点的数据到达速率之和是否小于共享节点已分配的GTS相对带宽，若小于，则确定节点B满足GTS共享要求。

举例说明：假设网络协调器已经将当前超帧中可以用于GTS分配的全部时隙分配给了几个在节点B之前发送过GTS请求的节点，那么，节点B如果要发送数据，就只能和其它已经分配GTS时隙的节点共享其分配的GTS。网络协调器首先计算已经分配到GTS的各节点的GTS利用率，选择当前GTS利用率最低的节点作为将要与节点B进行GTS共享的节点。各节点的GTS利用率计算方式为：计算一个BI内各节点实际产生的数据量与GTS实际能够传输的数据量的比值，比如，GTS实际能够传输的数据量为10kbps，而节点在GTS时间段内实际产生的数据量仅为5kbps，则该节点的GTS利用率为50％。节点实际产生的数据量可通过数据到达曲线α(t)＝b+rt求得，其中，b表示突发长度，r表示数据到达速率，t表示时间；GTS实际能够传输的数据量的计算为现有技术。

假设已经分配到了GTS的各节点在向网络协调器请求GTS时，已经上报了突发长度b、数据到达速率r以及时延要求D_max等信息；网络协调器根据这些信息即可得知各节点的数据到达曲线，比如，其中的某个节点，假设为节点A上报的突发长度b、数据到达速率r以及时延要求D_max分别为100bits、4kbps以及200ms，那么，节点A的数据到达曲线即为α_A(t)＝0.1+4t(kbits)，如图3B所示，图3B为节点A的数据到达曲线示意图。根据所述数据到达曲线，网络协调器即可计算出GTS对应的时间内节点A实际产生的数据量，进而求出节点A的GTS利用率。对应于图3B，节点A实际产生的数据量即为斜线302对应的时间内数据到达曲线301的积分值。同样的方式，网络协调器可以计算出其它已经分配到了GTS的节点的GTS利用率。假设最终计算结果显示，节点A的GTS利用率最低，则网络协调器选择节点A去与节点B进行GTS共享。

网络协调器还可以根据节点A上报的信息计算节点A的服务时延，如公式(3)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_A=\mathrm{BI}-T_{\mathrm{slot}}=29.76\mathrm{ms}\\ D_A=\frac{b_A}{C}+T_A=30.16\mathrm{ms},0\≤b_A\≤{\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_A}\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，C表示信道容量；T_{data_A}表示节点A在slot中的数据发送时间；D_A表示节点A的服务时延。D_A小于200ms，可见，节点A可以利用所分配的GTS发送数据。

选择出节点A以后，网络协调器根据节点A以及节点B的b、r以及D_max信息判断节点B是否能够共享节点A的GTS，假设节点B的b、r以及D_max分别为400bits、2kbps以及150ms，且节点A所分配的GTS只占用一个时隙，其相对带宽为10kbps，那么，根据公式(4)可以计算出节点A以及节点B的服务时延：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{AB}}=2\mathrm{BI}-T_{\mathrm{slot}}=60.48\mathrm{ms}\\ D_A=\frac{b_A}{C}+T_{\mathrm{AB}}=60.88\mathrm{ms},0\≤b_A\≤{\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_A}\\ D_B=\frac{b_B}{C}+T_{\mathrm{AB}}+2(\mathrm{BI}-T_{\mathrm{data}\_B})=122.428\mathrm{ms},2{\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_B}\≤b_B\≤{3\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_B}\end{array}\right.---\left(4\right)$

可见，计算出的节点A以及节点B的服务时延60.88ms以及122.428ms，均小于各自的时延要求200ms以及150ms，所以，节点B满足与节点A进行GTS共享的初步要求。网络协调器进一步判断节点A以及节点B的数据到达速率之和是否小于节点A所分配的GTS的相对带宽，因为本实施例中节点A以及节点B的数据到达速率分别为4kbps以及2kbps，相加之和为6kbps，小于GTS的相对带宽10kbps，所以，节点B可以与节点A共享节点A所分配的GTS。

步骤306：网络协调器按照GTS共享方式为节点B分配GTS时隙。

对应步骤305，网络协调器将节点A所分配的GTS分配给节点B。

之后，网络协调器通过下一个超帧中的信标帧将为节点B分配的GTS起止时间广播至各节点，并规定出节点B以及节点A如何共享该GTS，比如，可以是在相邻的超帧中两节点轮流使用该GTS发送数据。后续过程中，节点B即可根据所分配的GTS与节点A共享该GTS发送数据。

图3C为节点B与节点A共享同一个GTS示意图，为便于描述，图3C中只标示出了一个GTS，即节点B和节点A共享的GTS，在不同的超帧中，节点A和节点B交替使用该GTS发送数据。

步骤307：网络协调器拒绝该GTS请求。

需要说明的是，如果与节点A共享GTS仍然不能满足节点B的数据发送要求，网络协调器可分配节点B同时与两个节点共享GTS。如果两个节点仍不能满足要求，可依次类推，进一步增加共享的GTS。判断节点B能否与其它节点实现GTS共享的方式与前面介绍的判断节点B与节点A能否进行GTS共享的方式相同，不再赘述。

而且，本发明并不限定为只能两个节点共享同一GTS，根据实际需要，也可以是3个甚至更多个节点共享同一GTS，但一定要满足GTS共享要求。

比如，网络协调器为节点B分配完GTS后，又接收到来自节点C的GTS请求，同样，网络协调器按照共享方式为节点C分配GTS时隙。假设当前利用率最低的GTS仍然为节点A和节点B所共享的GTS，则网络协调器将首先判断节点C是否能够与节点A以及节点B实现GTS共享。假设节点C的b、r以及D_max分别为800bits、3kbps以及500ms，则根据公式(5)可计算节点A、B以及C的服务时延：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{ABC}}=3\mathrm{BI}-T_{\mathrm{slot}}=91.2\mathrm{ms}\\ D_A=\frac{b_A}{C}+T_{\mathrm{ABC}}=91.6\mathrm{ms}<D_{\max }^A,0\&le;b_A\&le;{\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_A}\\ D_B=\frac{b_B}{C}+T_{\mathrm{ABC}}+2(\mathrm{BI}-T_{\mathrm{data}\_B})=153.088\mathrm{ms}>D_{\max }^B,2{\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_B}\&le;b_B\&le;{3\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_B}\\ D_C=\frac{b_C}{C}+T_{\mathrm{ABC}}+5(\mathrm{BI}-T_{\mathrm{data}\_C})=245.12\mathrm{ms}<D_{\max }^C,5{\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_C}\&le;b_C\&le;{6\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_C}\end{array}\right.---\left(5\right)$

由上式可见，节点B的服务时延大于自身的时延要求，不符合GTS共享要求，所以，节点A、B和C不能同时共享该GTS。

但是，如果节点A原来所分配的GTS包括两个时隙，那么这种情况下，根据公式(6)计算出的节点A、B以及C的服务时延就相应的变为：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{ABC}}=2\mathrm{BI}-{2T}_{\mathrm{slot}}=59.52\mathrm{ms}\\ D_A=\frac{b_A}{C}+T_{\mathrm{ABC}}=59.92\mathrm{ms}<D_{\max }^A,0\&le;b_A\&le;{\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_A}\\ D_B=\frac{b_B}{C}+T_{\mathrm{ABC}}+2(\mathrm{BI}-T_{\mathrm{data}\_B})=121.408\mathrm{ms}>D_{\max }^B,2{\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_B}\&le;b_B\&le;{3\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_B}\\ D_C=\frac{b_C}{C}+T_{\mathrm{ABC}}+5(\mathrm{BI}-T_{\mathrm{data}\_C})=213.44\mathrm{ms}<D_{\max }^C,5{\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_C}\&le;b_C\&le;{6\mathrm{CT}}_{\mathrm{data}\_C}\end{array}\right.---\left(6\right)$

可见，若节点A所分配的GTS包括两个时隙，则节点A、B以及C的服务时延就能够满足要求，而且，三个节点的数据到达速率之和为9kbps，小于GTS相对带宽，所以，这种情况下，三个节点可共享同一个GTS。图3D为三个节点共享同一个GTS示意图，如图3D所示，三个节点可轮流使用所分配的GTS。

由之前的介绍可以看出，采用本发明所述改进的GTS分配方式后，网络协调器可根据实际情况，灵活地选择当前发送GTS请求的节点与哪个/哪几个已经分配到了GTS的节点进行GTS共享，而且，可以灵活地确定几个节点共享同一个GTS，只要满足共享要求即可。

图4为现有GTS分配方式以及本发明改进后的GTS分配方式，即共享GTS分配方式下GTS利用率的对比情况示意图。图4所示数据是在占空比等于0.5，SO等于0的条件下获得的。该图中GTS的利用率定义为数据传输时间和GTS持续时间之比： $\mathrm{\&lambda;}=\frac{T_{\mathrm{data}}}{T_{\mathrm{GTS}}};$ 当一个超帧中包含有多个GTS时，所求GTS利用率为各个GTS利用率的平均值： $\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&lambda;}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_i}{k}$ k≤7。

如图4所示，直线401表示现有GTS分配方式下GTS利用率情况，曲线402表示本发明改进后的GTS分配方式下GTS利用率情况，显然，本发明改进后的GTS分配方式能够显著地提高GTS的利用率。

基于上述方法，图5为本发明设备实施例结构示意图，如图5所示，该设备至少包括：第一判断模块501以及共享GTS分配模块502；

第一判断模块501，用于接收来自请求节点的GTS请求，判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否满足该GTS请求要求；

共享GTS分配模块502，用于在所述第一判断模块501的判断结果为当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙不能满足该GTS请求要求的情况下，按照共享GTS分配方式为请求节点分配GTS时隙。

其中，共享GTS分配模块502具体包括选择模块5021、第二判断模块5022以及分配模块5023；

选择模块5021，用于在所述第一判断模块501的判断结果为当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙不能满足该GTS请求要求的情况下，从当前已经分配GTS时隙的节点中选择将要与请求节点进行GTS共享的共享节点；

第二判断模块5022，用于判断请求节点与选择模块5021选定的共享节点是否满足GTS共享要求；

分配模块5023，用于在第二判断模块5022的判断结果为请求节点与共享节点满足GTS共享要求的情况下，按照共享方式将共享节点的GTS分配给该发起GTS请求的节点；否则，拒绝该GTS请求。

或者，共享GTS分配模块502具体包括第三判断模块5024、选择模块5021、第二判断模块5022以及分配模块5023；

第三判断模块5024，用于在第一判断模块501的判断结果为当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙不能满足该GTS请求要求的情况下，根据该GTS请求判断请求节点是否允许网络协调器按照共享GTS分配方式为其分配GTS时隙，若允许，则通知选择模块5021选择共享节点；否则，拒绝该GTS请求；

选择模块5021，用于从当前已经分配GTS时隙的节点中选择将要与请求节点进行GTS共享的共享节点；

第二判断模块5022以及分配模块5023的作用与之前介绍的相同，不再赘述。

可见，采用本发明实施例的技术方案，网络协调器在接收到各节点发来的GTS请求后，综合考虑网络流量以及时延等因素，自适应地选择不同的GTS分配方式，从而实现了高效、合理地分配网络资源，既保证了各节点中数据的及时传送，又较大地提高了GTS的利用率，优化了网络性能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1. 一种时隙保障机制GTS时隙分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

接收来自请求节点的GTS请求，判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否满足所述GTS请求要求，若不满足，则按照共享GTS分配方式为所述请求节点分配GTS时隙。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否满足所述GTS请求要求的方法为：

判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否大于或等于所述GTS请求中所请求分配的时隙个数。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照共享GTS分配方式为所述请求节点分配GTS时隙的方法为：

从当前已经分配GTS时隙的节点中按照GTS利用率由低到高的顺序选择一个或一个以上节点作为将要与所述请求节点进行GTS共享的共享节点；

判断所述请求节点与所述共享节点是否满足GTS共享要求，若满足，则分配所述请求节点与所述共享节点共享所述共享节点分配到的GTS；否则，拒绝所述GTS请求。

4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述按照GTS利用率由低到高的顺序选择一个或一个以上节点作为共享节点的方法为：

计算当前已经分配GTS时隙的各节点的GTS利用率，并判断GTS利用率最低的节点所分配的GTS中包含的时隙数是否满足所述GTS请求要求；

若满足，则选择所述节点作为共享节点；否则，判断GTS利用率次低的节点与所述GTS利用率最低的节点所分配到的时隙数之和是否满足所述GTS请求要求，若仍不满足，则继续按照GTS利用率由低到高的顺序增加节点数目，直至满足所述GTS请求要求。

5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，

所述GTS请求中携带有所述请求节点业务的突发长度、数据到达速率以及时延要求信息；

所述判断所述请求节点与所述共享节点是否满足GTS共享要求的方法为：

提取所述GTS请求中的突发长度、数据到达速率以及时延要求信息；

根据所述突发长度信息获取所述请求节点以及共享节点的服务时延，并分别判断所述请求节点以及共享节点的服务时延是否小于或等于各自的时延要求；

若所述请求节点以及共享节点的服务时延均小于或等于各自的时延要求，则进一步判断所述请求节点以及共享节点的数据到达速率之和是否小于共享节点已分配的GTS相对带宽，若小于，则所述请求节点与所述共享节点满足GTS共享要求。

6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述GTS请求中携带有分配类型信息；所述按照共享GTS分配方式为所述请求节点分配GTS时隙之前，该方法进一步包括：

根据所述GTS请求中的分配类型信息，确定允许按照共享GTS分配方式为所述请求节点分配GTS时隙。

7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述判断所述请求节点与所述共享节点是否满足GTS共享要求之前，该方法进一步包括；

判断所述共享节点是否允许所述请求节点共享所述共享节点分配的GTS，若不允许，则重新选择共享节点。

8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述GTS请求包括：媒体访问控制MAC帧头MHR域、命令帧标识域以及GTS特征域；

所述GTS特征域包括分配类型字段、突发长度字段、数据到达速率字段以及时延要求字段；

所述突发长度字段、数据达到速率字段以及时延要求字段，分别用于标识所述请求节点业务的突发长度、数据到达速率以及时延要求信息；

所述分配类型字段，用于标识是否允许按照共享GTS分配方式为所述请求节点分配GTS时隙。

9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

若所述分配类型字段标识为允许按照共享GTS分配方式为请求节点分配GTS时隙，则所述突发长度字段、数据到达速率字段以及时延要求字段分别设置有所述请求节点业务的突发长度、数据到达速率以及时延要求信息；

否则，所述突发长度字段、数据到达速率字段以及时延要求字段设置为空。

10. 一种GTS分配设备，其特征在于，该设备包括：

第一判断模块，用于接收来自请求节点的GTS请求，判断当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙是否满足所述GTS请求要求；

共享GTS分配模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙不能满足所述GTS请求要求的情况下，按照共享GTS分配方式为所述请求节点分配GTS时隙。

11. 根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述共享GTS分配模块具体包括：

选择模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙不能满足所述GTS请求要求的情况下，从当前已经分配GTS时隙的节点中选择将要与所述请求节点进行GTS共享的共享节点；

第二判断模块，用于判断所述请求节点与所述选择模块选定的共享节点是否满足GTS共享要求；

分配模块，用于在所述第二判断模块的判断结果为所述请求节点与所述共享节点满足GTS共享要求的情况下，分配所述发起GTS请求的节点与所述共享节点共享所述共享节点分配到的GTS；否则，拒绝所述GTS请求。

12. 根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述共享GTS分配模块具体包括：

第三判断模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为当前超帧中能够用于GTS分配的剩余时隙不能满足所述GTS请求要求的情况下，根据所述GTS请求判断所述请求节点是否允许按照共享GTS分配方式为其分配GTS时隙，若允许，则通知选择模块选择共享节点；否则，拒绝所述GTS请求；

选择模块，用于从当前已经分配GTS时隙的节点中选择将要与所述请求节点进行GTS共享的共享节点；

第二判断模块，用于判断所述请求节点与所述选择模块选定的共享节点是否满足GTS共享要求；

分配模块，用于在所述第二判断模块的判断结果为所述请求节点与所述共享节点满足GTS共享要求的情况下，分配所述发起GTS请求的节点与所述共享节点共享所述共享节点分配到的GTS；否则，拒绝所述GTS请求。

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