CN102104975B - 一种减小等待时延的无线mesh网络的业务调度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对于被服务完成的业务流等待被发送时，采用经业务传输指示器引导立即离开和受无线mesh网络业务调度指示器控制离开相结合的调度方法。本发明的显著效果是：提出了一种满足无线mesh网络信息传输和服务质量要求的交叉业务高效调度方法，在传输过程中有效降低了业务在网络节点中的等待时延，降低了对无线mesh网络缓存资源的要求。

Description

一种减小等待时延的无线mesh网络的业务调度的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域和网络控制领域，特别是涉及无线mesh网络和队列调度机制。

背景技术

在无线通信领域，无线mesh网络(WMN)已经被设想为构建宽带大范围无线通用网络较为经济的可选方案。对于工业界而言，无线mesh网络具备诸多的特征。无线mesh网络是一种多层次的网络架构，主要由无线路由节点(WirelessRouter，WR)，接入点(Access Point，AP)、和用户节点(Client)组成。其中，AP也称无线接入点或网络桥接器，AP的主要作用是将无线网络接入核心网，其次将各个与无线路由器相连的无线客户端连接到一起，使装有无线网卡的终端设备可以通过AP共享核心网的资源。除此之外，AP还具有网管的功能，实现对无线接入网络的控制和管理，把传统交换机的智能性分散到接入点中，大大节省骨干网络建设的成本，提高网络的可延展性。在无线mesh网络结构中，通过使用无线路由器(WR)可以实现移动终端设备与接入点间通信范围的弹性延展。终端用户/设备(Client)兼备主机和路由器两种角色。一方面，节点作为主机运行相关的应用程序；另一方面，节点作为路由器需要运行相关的路由协议，参与路由发现、路由维护等常见的路由操作。所有的WR节点构成了无线主干(Backbone)网络，它负责在无线用户和有线网关节点之间建立多跳。其主要具有以下优点：

(a)通过无线mesh网络构建主干无线网络的方法则可大大减少有线接入点的数量，从而降低网络构建的费用；

(b)适合大范围布网，可以实现无线链路的较大程度的复用，可以更快的速率支持更远距离传输；

(c)无线mesh网络为两终端节点间提供了多径链路，这大大提高了通信的可靠性，网络的冗余设计和对潜在问题(节点错误、路径阻塞、外部干扰等)的自适应能力，也可为有线网络的接入提供多个接入口和到目的节点的可选路由；

(d)采用对等网络来构建无线传输系统并具备了自组织、自治愈等优点，因而网络的建立相对于用户透明，因此，网络的扩容也相对简单。

另一方面，随着无线mesh网络的广泛应用，其传输的业务种类也越来越多，为高效利用网络资源，减轻网络负担，在满足网络的QoS支持能力条件下，需对业务采用统一高效的调度机制，满足网络资源的优化利用，适应网络元素在保证信息传输和满足服务质量方面的要求。

综上所述：有必要设计一种满足无线mesh网络信息传输和服务质量要求的业务高效调度机制，实现网络缓存资源的优化利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在满足无线mesh网络信息传输和服务质量要求条件下，提高无线mesh网络中的业务流的调度效率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：对于被服务完成的业务流等待被发送时，采用经业务传输指示器引导立即离开和受无线mesh网络业务调度控制器控制离开相结合的方法；其特征在于：通过可能延长无线mesh网络局部的业务流等待时间，达到整个网络中业务流总体调度时间的减少，实现对现有网络缓存资源的优化利用，包括以下步骤：

A、采用业务传输指示器对被服务完成业务发送周期允许离开信号；

B、基于A步骤所采用的业务传输指示器功能模块，采用两种方式对被服务完成业务进行调度：(1)采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式对被服务完成的业务进行调度，当被服务完成业务收到经信号检测器所获得的业务传输指示器产生的周期允许离开信号时，被服务完成业务立即被发送；(2)采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式对被服务完成业务进行调度，当被服务完成业务一旦收到经信号检测器所获得的业务传输指示器产生的周期允许离开信号，其发出发送请求经传输请求检测器至无线mesh网络业务调度控制器，无线mesh网络业务调度控制器根据无线mesh网络传输管理单元和业务流管理单元所获取的无线mesh网络业务状态信息，控制被服务完成业务的发送时刻，当其允许被传送时，无线mesh网络业务调度控制器对其发送传输指令；

C、采用无线mesh网络传输管理单元和业务流管理单元系统，对采用经业务传输指示器引导业务立即离开方式和采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开方式的业务的代价进行评估，每一种方式都有不同的禁止使用时间，采用基于比较最小延迟的方式选择被服务完成业务的离开方式。

所述步骤A中，当被服务完成业务等待被发送时，其等待业务传输指示器的周期允许离开信号，当此周期允许离开信号未产生时，被服务完成业务处于等待状态，当周期允许离开信号产生时，被服务完成业务有被发送资格。被服务完成业务调度系统功能组成模块如图1所示。

所述步骤A中，无线mesh网络业务调度控制器为业务传输指示器发送周期性的时钟信息使其产生周期允许离开信号。

所述步骤B中，当被服务完成业务离开方式选择经业务传输指示器引导立即离开方式时，采用经业务传输指示器引导立即离开方式下的最小延迟为 ${\mathrm{\Ω}}_I={\mathrm{\ω}}_1{k}_a^2+{\mathrm{\ω}}_2{k}_b^2+{\mathrm{\η}}_{I}G+\mathrm{\τ},$ 其中 ${\mathrm{\η}}_I=k_a+{\mathrm{\σ}}_m(\frac{{\mathrm{\λ}}_{1}D}{v_1}-1),$ 其中

G＝Dg，D为下一节点中的多业务服务时间，g为业务被服务的优先级权重值，

为无线mesh网络节点中周期允许离开信号的周期时间， ${\mathrm{\ω}}_1={\mathrm{\λ}}_1\mathrm{\γ}{c}_{d1}/2(1-\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{s}),$ ${\mathrm{\ω}}_2={\mathrm{\λ}}_2\mathrm{\γ}{c}_{d2}/2(1-\frac{{\mathrm{\λ}}_2}{s}),$ γ为每一节点中业务流类型的个数，c_d1和c_d2分别为链路1和2业务流的被服务时间延迟单位代价，λ₁和λ₂分别为链路1和2业务流到达速率，s为无线mesh网络所提供的最大传输速率，

为链路1中的业务流到达下一节点的时间，ρ为链路1中的业务流离开上一节点的时间，C为上一节点到下一节点的传输距离，τ为链路1中的业务流被传送至下一节点时处于等待状态的代价，v₁为链路1的传输速率，如图2所示。

所述步骤B中，采用无线mesh网络业务调度控制器控制被服务完成业务的离开方式时，最小延迟为 ${\mathrm{\Ω}}_C={\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\φ}}_a^2+{\mathrm{\ω}}_2{\mathrm{\φ}}_b^2+{\mathrm{\η}}_{c}G,$ 其中 ${\mathrm{\φ}}_a\≥(\frac{C}{{\mathrm{\δ}}_1}+\mathrm{\ρ})/({\mathrm{\ω}}_A+1),$

ω_A＝d(λ₁+δ₁)/(δ₁-λ₁d)，

其中δ₁为链路1业务流的离开速率，C为上一节点到下一节点的传输距离，λ₁为链路1业务流的到达速率，ρ为链路1中的业务流离开上一节点的时间，d为链路1中的业务流的平均长度，其余相关参数定义与前述相同。

所述步骤C中，如果采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式下最小延迟大于采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式下的最小延迟，则采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式进行被服务完成业务的发送；如果采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式下最小延迟小于采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式下的最小延迟，则采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式进行被服务完成业务的发送。

本发明的有益效果为：提出了一种满足无线mesh网络信息传输和服务质量要求的交叉业务高效调度方法，在传输过程中有效降低了业务在网络节点中的等待时延，降低了对无线mesh网络缓存资源的要求。

附图说明

图1为待发送业务调度功能模块组成示意图

图2为交叉业务传输状态示意图

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明的基本思路如下：通过采用经业务传输指示器引导立即离开和受无线mesh网络业务调度指示器控制离开相结合的方式，实现对待发送的业务高效的调度。

1.采用业务传输指示器对被服务完成业务发送周期允许离开信号。当被服务完成业务等待被发送时，其等待业务传输指示器的周期允许离开信号，当此周期允许离开信号未产生时，被服务完成业务处于等待状态，当周期允许离开信号产生时，被服务完成业务有被发送资格。被服务完成业务调度系统功能组成模块如图1所示，无线mesh网络业务调度控制器为业务传输指示器发送周期性的时钟信息使其产生周期允许离开信号。

2.采用两种方式对被服务完成业务进行调度：(1)采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式对被服务完成的业务进行调度，当被服务完成业务收到经信号检测器所获得的业务传输指示器产生的周期允许离开信号时，被服务完成业务立即被发送；(2)采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式对被服务完成业务进行调度，当被服务完成业务一旦收到经信号检测器所获得的业务传输指示器产生的周期允许离开信号，其发出发送请求经传输请求检测器至无线mesh网络业务调度控制器，无线mesh网络业务调度控制器根据无线me sh网络传输管理单元和业务流管理单元所获取的无线mesh网络业务状态信息，控制被服务完成业务的发送时刻，当其允许被传送时，无线mesh网络业务调度控制器对其发送传输指令。

3.被服务完成业务离开方式选择经业务传输指示器引导立即离开和受无线mesh网络业务调度控制器控制相结合的方式。无线mesh网络传输管理单元和业务流管理单元系统对采用立即离开和控制离开方式的业务流的代价ET＝Ω_C-Ω_I进行计算评估，每一种方式都有不同的禁止时间，我们采用基于代价比较来决定使用哪一种离开方式。如果控制离开方式条件下最小延迟大于立即离开情况下的最小延迟，则采用立即离开方式进行业务流的发送，如果控制离开条件下最小延迟小于立即离开情况下的最小延迟，则采用控制离开方式进行业务流的发送。

4.当被服务完成业务离开方式选择经业务传输指示器引导立即离开方式时，采用经业务传输指示器引导立即离开方式下的最小延迟为 ${\mathrm{\Ω}}_I={\mathrm{\ω}}_1{k}_a^2+{\mathrm{\ω}}_2{k}_b^2+{\mathrm{\η}}_{I}G+\mathrm{\τ},$ 其中

${\mathrm{\η}}_I=k_a+{\mathrm{\σ}}_m(\frac{{\mathrm{\λ}}_{1}D}{v_1}-1),$ 其中G＝Dg，D为下一节点中的多业务服务时间，g为业务被服务的优先级权重值，

为无线mesh网络节点中周期允许离开信号的周期时间， ${\mathrm{\ω}}_1={\mathrm{\λ}}_1\mathrm{\γ}{c}_{d1}/2(1-\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{s}),$ ${\mathrm{\ω}}_2={\mathrm{\λ}}_2\mathrm{\γ}{c}_{d2}/2(1-\frac{{\mathrm{\λ}}_2}{s}),$ γ为每一节点中业务流类型的个数，c_d1和c_d2分别为链路1和2业务流的被服务时间延迟单位代价，λ₁和λ₂分别为链路1和2业务流到达速率，s为无线mesh网络所提供的最大传输速率，为链路1中的业务流到达下一节点的时间，ρ为链路1中的业务流离开上一节点的时间，C为上一节点到下一节点的传输距离，τ为链路1中的业务流被传送至下一节点时处于等待状态的代价，v₁为链路1的传输速率，如图2所示。

5.采用无线mesh网络业务调度控制器控制被服务完成业务的离开方式时，最小延迟为 ${\mathrm{\Ω}}_C={\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\φ}}_a^2+{\mathrm{\ω}}_2{\mathrm{\φ}}_b^2+{\mathrm{\η}}_{c}G,$ 其中 ${\mathrm{\φ}}_a\≥(\frac{C}{{\mathrm{\δ}}_1}+\mathrm{\ρ})/({\mathrm{\ω}}_A+1),$

${\mathrm{\ω}}_A=d({\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\δ}}_1)/({\mathrm{\δ}}_1-{\mathrm{\λ}}_{1}d),$

其中δ₁为链路1业务流的离开速率，C为上一节点到下一节点的传输距离，λ₁为链路1业务流的到达速率，ρ为链路1中的业务流离开上一节点的时间，d为链路1中的业务流的平均长度，其余相关参数定义与前述相同。

6.采用无线mesh网络传输管理单元和业务流管理单元系统，对采用经业务传输指示器引导业务立即离开方式和采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开方式的业务的代价进行评估，每一种方式都有不同的禁止使用时间，采用基于比较最小延迟的方式选择被服务完成业务的离开方式。如果采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式下最小延迟大于采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式下的最小延迟，则采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式进行被服务完成业务的发送；如果采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式下最小延迟小于采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式下的最小延迟，则采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式进行被服务完成业务的发送。

本发明提供了一种混合调度的方法，通过采用经业务传输指示器引导立即离开和受无线mesh网络业务调度指示器控制离开相结合的方式，实现了网络缓存资源的高效利用。

Claims (6)

1.一种减小等待时延的无线mesh网络的业务调度的方法，采用针对无线mesh网络的业务混合调度机制，实现对现有网络缓存资源的优化利用，包括如下步骤：

A、采用业务传输指示器对被服务完成业务发送周期允许离开信号；

B、基于A步骤所采用的业务传输指示器功能模块，采用两种方式对被服务完成业务进行调度：(1)采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式对被服务完成的业务进行调度，当被服务完成业务收到经信号检测器所获得的业务传输指示器产生的周期允许离开信号时，被服务完成业务立即被发送；(2)采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式对被服务完成业务进行调度，当被服务完成业务一旦收到经信号检测器所获得的业务传输指示器产生的周期允许离开信号，其发出发送请求经传输请求检测器至无线mesh网络业务调度控制器，无线mesh网络业务调度控制器根据无线mesh网络传输管理单元和业务流管理单元所获取的无线mesh网络业务状态信息，控制被服务完成业务的发送时刻，当其允许被传送时，无线mesh网络业务调度控制器对其发送传输指令；

C、采用无线mesh网络传输管理单元和业务流管理单元系统，对采用经业务传输指示器引导业务立即离开方式和采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开方式的业务的代价进行评估，每一种方式都有不同的禁止使用时间，采用基于比较最小延迟的方式选择被服务完成业务的离开方式。

2.根据权利要求1的方法，对于所述步骤A其特征在于：当被服务完成业务等待被发送时，其等待业务传输指示器的周期允许离开信号，当此周期允许离开信号未产生时，被服务完成业务处于等待状态，当周期允许离开信号产生时，被服务完成业务有被发送资格。

3.根据权利要求1的方法，对于所述步骤A其特征在于：无线mesh网络业务调度控制器为业务传输指示器发送周期性的时钟信息使其产生周期允许离开信号。

4.根据权利要求1的方法，对于所述步骤B其特征在于：当被服务完成业务离开方式选择经业务传输指示器引导立即离开方式时，采用经业务传输指示器引导立即离开方式下的最小延迟为

其中 ${\mathrm{\η}}_I=k_a+{\mathrm{\σ}}_m(\frac{{\mathrm{\λ}}_{1}D}{v_1}-1),$ 其中

G＝Dg，D为下一节点中的多业务服务时间，g为业务被服务的优先级权重值，

为无线mesh网络节点中周期允许离开信号的周期时间， ${\mathrm{\ω}}_1={\mathrm{\λ}}_1\mathrm{\γ}{c}_{d1}/2\left(\frac{1-{\mathrm{\λ}}_1}{s}\right),$ ${\mathrm{\ω}}_2={\mathrm{\λ}}_2\mathrm{\γ}{c}_{d2}/2(1-\frac{{\mathrm{\λ}}_2}{s}),$ γ为每一节点中业务流类型的个数，c_d1和c_d2分别为链路1和2业务流的被服务时间延迟单位代价，λ₁和λ₂分别为链路1和2业务流到达速率，s为无线mesh网络所提供的最大传输速率，

为链路1中的业务流到达下一节点的时间，ρ为链路1中的业务流离开上一节点的时间，C为上一节点到下一节点的传输距离，τ为链路1中的业务流被传送至下一节点时处于等待状态的代价，v₁为链路1的传输速率。

5.根据权利要求1的方法，对于所述步骤B其特征在于：采用无线mesh网络业务调度控制器控制被服务完成业务的离开方式时，最小延迟为 ${\mathrm{\Ω}}_C={\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\φ}}_a^2+{\mathrm{\ω}}_2{\mathrm{\φ}}_b^2+{\mathrm{\η}}_{c}G,$ 其中 ${\mathrm{\φ}}_a\≥(\frac{C}{{\mathrm{\δ}}_1}+\mathrm{\ρ})/({\mathrm{\ω}}_A+1),$

${\mathrm{\ω}}_A=d({\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\δ}}_1)/({\mathrm{\δ}}_1-{\mathrm{\λ}}_{1}d),$ ${\mathrm{\η}}_c=({\mathrm{\ω}}_A+1){\mathrm{\φ}}_a-\frac{C}{{\mathrm{\λ}}_1}-\mathrm{\ρ},$ 其中δ₁为链路1业务流的离开速率，C为上一节点到下一节点的传输距离，λ₁为链路1业务流的到达速率，ρ为链路1中的业务流离开上一节点的时间，d为链路1中的业务流的平均长度，其余相关参数定义与权利要求4相同。

6.根据权利要求1的方法，对于所述步骤C其特征在于：如果采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式下最小延迟大于采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式下的最小延迟，则采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式进行被服务完成业务的发送；如果采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式下最小延迟小于采用经业务传输指示器引导业务立即离开的方式下的最小延迟，则采用无线mesh网络业务调度控制器控制离开的方式进行被服务完成业务的发送。

Images