CN104302008B - 一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，包括如下步骤：对竞争带宽的多用户数据流通过共享转发节点w时，进行动态的信道时间占用比例分配；依据MAC限制和当前该共享转发节点的缓存空闲比例计算各数据流的传输速率，依此向前计算转发节点对通过的数据流传输速率的更新值；数据源对反馈的相同数据流的传输速率值取最小值作为下次发送的速率，从而实现有效的带宽分配，本发明在动态时间比例的带宽分配基础上加上了共享节点的缓存处理能力，既考虑了延迟、转发节点数据吞吐量等服务质量方面，又顾及了整个无线多跳网络转发节点给数据传输速率带来的影响，从而实现全网的有效带宽分配。

Description

一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法
技术领域
本发明涉及无线多跳Ad Hoc网络的带宽分配领域，特别是涉及一种无线多跳AdHoc网络中满足不同用户数据传输要求的综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法。
背景技术
当前移动Ad Hoc网络应用逐渐兴起，各种智能手机、移动电脑、智能阅读器、无线路由器等支持无线应用的移动终端或节点可以自动组织成应用网络，提供移动环境下的资源共享和各类应用服务。在这种环境下，各移动终端相互之间可以发送消息、传送普通文本、甚至传送和在线共享多媒体数据(视频、语音等)。无线多跳Ad Hoc网络包含一组由无线链路连接的可移动节点。当这些节点彼此在一定的范围之内的时候，能够直接通信。否则，当它们距离较远的时候需要通过中间节点的多跳转发来实现通信。这种多跳无线网络的特点决定了数据流之间要竞争共享的信道带宽。在无线多跳Ad Hoc网络中，如何在多个竞争用户间有效分配共享的带宽资源是一个重要问题。现有技术中，有无线局域网分配带宽资源中的基于代价的信道时间分配方法；基于价格的Ad Hoc网络带宽分配机制；基于代价的完全分布式的速率控制机制来达到用户间的公平资源分配；基于动态时间的带宽分配机制在多跳数据流中公平地分配带宽。
然而，基于代价的信道时间分配方法使用一种载入控制和动态带宽管理机制来满足每个用户的服务质量需求，但是这些方法主要是针对单跳结构的无线网络,而不是多跳无线网络。基于价格的Ad Hoc网络带宽分配机制在构建价格机制时，各节点在转发其他节点所传数据时对其进行收费，并最大化其网络收益，从而实现基于价格的最优带宽分配，然而要计算全网络的收益开销太大。基于代价的完全分布式的速率控制机制将Ad Hoc网络带宽分配转为一个在MAC约束(或团约束)下最大化用户效用函数的问题，通过建立一种代价更新规则实现带宽的最大最小公平分配，但该方法对延迟等服务质量无保障、而且效用函数难确定。基于动态时间的带宽分配机制能确保在无线多跳ad hoc网络模型中的各个用户分配到公平带宽，然而该方法没有考虑到带宽分配过程中每个节点的缓存处理能力。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，考量无线多跳Ad Hoc网络每个共享转发节点的MAC限制和节点的缓存能力，对不同用户数据传输速率进行有效地控制，从而实现带宽的有效分配，同时又兼顾了各转发节点的最大处理能力。
为达上述及其它目的，本发明提出一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，包括如下步骤：
步骤一，对竞争带宽的多用户数据流通过共享转发节点w时，进行动态的信道时间占用比例分配；
步骤二，依据MAC限制和当前该共享节点的缓存空闲比例计算各数据流的传输速率，依此向前计算转发节点对通过的数据流传输速率的更新值；
步骤三，数据源对反馈的相同数据流的传输速率值取最小值作为下次发送的速率，从而实现有效的带宽分配。
进一步地，于步骤一中，根据该共享转发节点w上当前信道时间空闲情况分配给每个通过的数据流f一个时间占用比例。
进一步地，假定该共享节点w的总时间因子τ＝1，所有通过共享转发节点w的数据 流都被分配小于1的一个时间比例，在时间τ内到达共享转发节点w但尚未转发的数据流总 数为m(w)，当前数据流转发时间总占用比例为T(w),则当前分配给任意到达该共享转发节 点w但尚未转发的数据流f的时间占比计算为
进一步地，步骤二进一步包括如下步骤：
考虑时间占比和MAC限制，计算经过该共享转发节点w的数据流f的传输速度为其中，Cli(w,f)和Clo(w,f)分别指数据流f通过共享转发节点w时的流入与流出所占带宽资源，对源节点来说有Cli(w,f)＝∞，对目的节点来说有Clo(w,f)＝∞；
综合考虑时分和缓存占比，计算经过该共享转发节点w的数据流f的传输速度的更 新值其中，指当前共享转发节点w已 被占用的缓存比例，M(w)是节点w总的缓存大小，Mc(w)是当前已占用的缓存大小。
进一步地，步骤二后还包括如下步骤：
该共享转发节点w记录数据流f更新的速率xf的数据项信息在转发数据包头部控制字段中，并反馈到该数据流的发送源端；
该数据流f继续向前到达新的多跳转发节点；
计算出下一个数据传输速率xf'，并记录相关信息，反馈到数据流f的发送源端，以此类推，直到目的节点为止。
进一步地，于步骤五中，该数据流f的发送源端接收到来自不同转发节点的数据流f不同传输速率，然后取最小的传输速率值min{xf,xf'}作为下一时刻的数据发送速率。
与现有技术相比，本发明一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法首先对竞争带宽的多用户数据流通过共享节点时，进行动态的信道时间占用比例分配，然后依据MAC限制和当前该共享节点的缓存空闲比例计算各数据流的传输速率，依此向前计算转发节点对通过的数据流传输速率的更新值，最后数据源对反馈的相同数据流的传输速率值取最小值作为下次发送的速率，本发明在动态时间比例的带宽分配基础上加上了共享节点的缓存处理能力，既考虑了延迟、转发节点数据吞吐量等服务质量方面，又顾及了整个无线多跳网络转发节点给数据传输速率带来的影响，从而实现全网的有效带宽分配。
附图说明
图1为本发明一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法的网络结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法的步骤流程图。如图1所示，本发明一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，包括如下步骤：
步骤101，对竞争带宽的多用户数据流通过共享节点时，进行动态的信道时间占用比例分配；
步骤102，依据MAC限制和当前该共享节点的缓存空闲比例计算各数据流的传输速率，依此向前计算转发节点对通过的数据流传输速率的更新值；
步骤103，数据源对反馈的相同数据流的传输速率值取最小值作为下次发送的速率，从而实现有效的带宽分配。
图2为本发明实施例一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法的网络结构示意图。以下将通过一具体实施例来进一步说明本发明之综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法。
该示例网络中，节点w和y是共享转发节点，节点a,b,c,d和e为非共享节点，其中，节点a和b是源节点，节点e是目的节点。f1和f2分别是由源节点a和b发出的数据流，它们前后分别经过共享节点w和y，最后到达目的节点e。
本发明的关键是考虑无线多跳Ad Hoc网络每个共享转发节点的MAC限制和节点的缓存能力。由于在传输范围内的节点间的数据流存在相互冲突，MAC限制要求共享节点的数据流相互竞争，不能同时发送/接收数据，没有共享节点的数据流之间没有竞争，可同时发送/接收数据；同时考虑每个数据转发节点的缓存处理能力。具体来说，就是每个竞争数据流通过每个共享转发节点时，计算相应的信道时间占用比例，同时考虑MAC限制和该转发节点空缓存占比，计算出经过每一跳节点的所有数据流的更新速率，记录更新的速率数据项信息在转发数据包头部控制字段中，并反馈到每条数据流的发送源端，数据源据此调节它的发送速率来达到它应该占有的带宽份额。
在本发明较佳实施例中，本发明一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，其主要过程如下：
(1)假定无线多跳Ad Hoc网络中链路具有固定带宽，竞争带宽的多用户数据流通过共享转发节点w时,由于共享节点的数据流相互竞争，不能同时发送或接收数据，因此，需要根据共享转发节点w上当前信道时间空闲情况分配给每个通过的数据流f一个时间占用比例。
(2)假定该共享转发节点w的总时间因子τ＝1，所有通过共享转发节点w的数据流 都被分配小于1的一个时间比例。在时间τ内到达共享转发节点w但尚未转发的数据流总数 为m(w)，当前数据流转发时间总占用比例为T(w),则当前分配给任意到达共享转发节点w但 尚未转发的数据流f的时间占比计算为
(3)考虑时间占比和MAC限制，计算经过共享转发节点w的数据流f的传输速度为其中，Cli(w,f)和Clo(w,f)分别指数据流f通过共享转发节点w时的流入与流出所占带宽资源，对源节点来说有Cli(w,f)＝∞，对目的节点来说有Clo(w,f)＝∞。
(4)综合考虑时分和缓存占比，计算经过共享转发节点w的数据流f的传输速度其中，指当前共享转发节点w已被占用 的缓存比例，M(w)是节点w总的缓存大小，Mc(w)是当前已占用的缓存大小。
(5)共享转发节点w记录数据流f更新的速率xf的数据项信息在转发数据包头部控制字段中，并反馈到该数据流的发送源端(例如源节点a或b)；数据流f继续向前到达新的多跳转发节点(例如共享转发节点y)，依步骤(1)到(4)计算出下一个数据传输速率xf'，并记录相关信息，反馈到数据流f的发送源端，以此类推，直到目的节点(例如节点e)为止；数据流f的发送源端接收到来自不同转发节点(共享转发节点w和y)的数据流f不同传输速率，然后取最小的传输速率值min{xf,xf'}作为下一时刻的数据发送速率，从而实现了通过调节发送源端的数据流发送速率来达到它应该占有的带宽份额。
可见，本发明的关键是考虑无线多跳Ad Hoc网络每个共享转发节点的MAC限制和节点的缓存能力。由于在传输范围内的节点间的数据流存在相互冲突，MAC限制要求共享节点的数据流相互竞争，不能同时发送/接收数据，没有共享节点的数据流之间没有竞争，可同时发送/接收数据；同时考虑每个数据转发节点的缓存处理能力。具体来说，就是每个竞争数据流通过每个共享转发节点时，计算相应的信道时间占用比例，同时考虑MAC限制和该转发节点空缓存占比，计算出经过每一跳节点的所有数据流的更新速率，记录更新的速率数据项信息在转发数据包头部控制字段中，并反馈到每条数据流的发送源端，数据源据此调节它的发送速率来达到它应该占有的带宽份额。
综上所述，本发明一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法首先对竞争带宽的多用户数据流通过共享节点时，进行动态的信道时间占用比例分配，然后依据MAC限制和当前该共享节点的缓存空闲比例计算各数据流的传输速率，依此向前计算转发节点对通过的数据流传输速率的更新值，最后数据源对反馈的相同数据流的传输速率值取最小值作为下次发送的速率，从而实现有效的带宽分配，本发明在动态时间比例的带宽分配基础上加上了共享节点的缓存处理能力，既考虑了延迟、转发节点数据吞吐量等服务质量方面，又顾及了整个无线多跳网络转发节点给数据传输速率带来的影响，从而实现全网的有效带宽分配。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (6)

1.一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，包括如下步骤：
步骤一，对竞争带宽的多用户数据流通过共享转发节点w时，进行动态的信道时间占用比例分配；
步骤二，依据MAC限制和当前该共享转发节点的缓存空闲比例计算各数据流的传输速率，依此向前计算转发节点对通过的数据流传输速率的更新值其中，Tf(w)表示分配到达共享转发节点w但尚未转发的数据流f的时间占比，Cli(w,f)和Clo(w,f)分别指数据流f通过共享转发节点w时的流入与流出所占带宽资源，指共享转发节点w已被占用的缓存比例，M(w)是节点w总的缓存大小，Mc(w)是当前已占用的缓存大小；
步骤三，数据源对反馈的相同数据流的传输速率值取最小值作为下次发送的速率，从而实现有效的带宽分配。
2.如权利要求1所述的一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，其特征在于，于步骤一中，根据该共享转发节点w上当前信道时间空闲情况分配给每个通过的数据流f一个时间占用比例。
3.如权利要求2所述的一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，其特征在于：假定该共享转发节点w的总时间因子τ＝1，所有通过共享转发节点w的数据流都被分配小于1的一个时间比例，在时间τ内到达共享转发节点w但尚未转发的数据流总数为m(w)，当前数据流转发时间总占用比例为T(w),则当前分配给任意到达该共享转发节点w但尚未转发的数据流f的时间占比计算为
4.如权利要求3所述的一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，其特征在于，步骤二进一步包括如下步骤：
考虑时间占比和MAC限制，计算经过该共享转发节点w的数据流f的传输速度为对源节点来说有Cli(w,f)＝∞，对目的节点来说有Clo(w,f)＝∞；
综合考虑时分和缓存占比，计算经过该共享转发节点w的数据流f的传输速度的更新值xf，其中，M(w)是节点w总的缓存大小，Mc(w)是当前已占用的缓存大小。
5.如权利要求4所述的一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，其特征在于，步骤二后还包括如下步骤：
该共享转发节点w记录数据流f更新的速率xf的数据项信息在转发数据包头部控制字段中，并反馈到该数据流的发送源端；
该数据流f继续向前到达新的多跳转发节点；
计算出下一个数据传输速率xf'，并记录相关信息，反馈到数据流f的发送源端，以此类推，直到目的节点为止。
6.如权利要求5所述的一种综合时分和缓存占比的无线多跳网络带宽分配方法，其特征在于：该数据流f的发送源端接收到来自不同转发节点的数据流f不同传输速率，然后取最小的传输速率值min{xf,xf'}作为下一时刻的数据发送速率。
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