CN104640159B - 半静态调度方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种半静态调度方法，包括：当需要对无线体域网的终端节点进行调度时，中心节点为终端节点的每个业务分配独立的调度周期和调度时长，并利用连接配置帧将所述终端节点的调度信息通知给所述终端节点，其中，所述连接配置帧中的上行分配信元、下行分配信元和双向分配信元里的每个资源配置字段携带对应业务的所述调度周期和所述调度时长；对于每个所述业务，所述终端节点根据所述调度信息，按照该业务的所述调度周期和所述调度时长与所述中心节点进行数据交互。采用本发明可以满足无线体域网终端节点的各业务的QoS需要，并且可以有效避免调度资源的浪费。

Description

半静态调度方法

技术领域

本发明涉及无线体域网通信技术，特别是涉及一种无线体域网的半静态调度方法。

背景技术

随着我国城市化进程与人口老龄化的加剧，老年病和慢性病越来越普遍，除了给患者和社会带来沉重的经济负担外，还严重影响了患者的生活品质和家庭幸福。无线体域网(Wireless Body Area Network，WBAN)的出现，为老年病和慢性病的居家健康监测提供了一种简单、低成本的短距离通信手段。基于WBAN技术，通过在人体体表或者体内布置相应的感知设备自动采集人体心电、脑电、肌电、体温、血压、血糖、血氧等生命体征参数，支持实时、方便、全天候的人体生命体征监测。WBAN技术已经成为提升医疗诊断效率、提高医疗服务质量，开展新型远程医疗、居家健康监护重要技术手段。

面对无线体域网技术的重要作用和庞大的市场需求，无线体域网技术迫切需要开展标准化工作，实现人体体征健康信息规范化管理，推动体域网技术的大规模应用。作为“人体”传感网，WBAN已经成为国际医疗保健界和通信业界一个战略合作科研攻关方向。IEEE 802.15于2007年成立了TG6小组，开展WBAN的标准化研究，并于2012年3发布了世界上首个WBAN标准——IEEE 802.15.6，成为目前已经发布的唯一的无线体域网国际标准。IEEE802.15.6标准定义了无线体域网传输的物理(PHY)层和媒质接入控制(MAC)层协议，基本满足了无线体域网的要求。在国内，中国通信标准化协会(CCSA)也于2012年11月通过了研究立项“适用于医疗健康应用的无线体域网通信技术要求”，目标是制定适用于我国医疗健康应用频段、应用需求的无线体域网标准。从国内外的研究来看，目前WBAN还有很大的研究空间和价值，未来WBAN标准的实用化和产业化的研究还有大量工作要做。

一种典型的无线体域网网络拓扑结构如图1所示。无线体域网具有星型网络拓扑结构，其中有且只有一个中心节点，负责管理多个终端节点的接入，协调无线资源的分配。无线体域网中终端节点的数目可以是0个或多个，IEEE 802.15.6标准规定一个体域网中的终端节点数目的最大值是256。中心节点和终端节点之间以1跳(1-Hop)链路直接进行帧传输。

无线体域网中的业务主要是上行业务，终端节点上的传感器采集人体生命体征数据，通过终端节点上的射频单元发送到中心节点。并且，上行业务一般都呈现周期性的特点，例如体温、脉搏、血氧饱和度等生理参数只需要间隔一段时间测量一次即可，并且每次的数据量大小恒定。为了适应不同周期特性的业务，在超帧(Beacon Period)工作模式下，IEEE 802.15.6协议定义了1周期(1-periodic)和m周期(m-periodic，m≠1)两种半静态调度方式，这两种调度方式的区别在于调度周期不同，前者的调度周期是1个超帧，后者的调度周期是m个超帧。

如图2所示，在1-periodic调度方式下，每个超帧中存在一个用于半静态调度的时间资源(即调度时长)。如图3所示，在m-periodic调度方式下，每m个超帧中存在一个用于半静态调度的时间资源。IEEE 802.15.6标准中，不支持对一个终端节点同时进行1-periodic调度和m-periodic(m≠1)调度。

对于1-periodic或m-periodic(m≠1)调度来说，如果在连续k(可配置，最大值是32)个半静态调度内都没有帧传输，那么中心节点和终端节点会认为该半静态调度失效，双方都不会再使用该半静态调度资源。为了维持半静态调度的有效性，终端节点或者中心节点需要在每个调度时长内发送至少1个数据帧，并且该数据帧需要接收端发送确认。发送该数据帧的目的仅仅是为了使半静态调度继续有效，该数据帧中可以不包含任何有效载荷。

在实际应用中，一个终端节点上往往带有多个传感单元，分别用于采集不同的人体生命体征参数。例如，无线健康监测腕表可以同时具有体表温度、脉搏检测功能。当多个具有不同周期特性的业务混合在一起时，使得终端节点的混合业务呈现出非周期的特性。

IEEE 802.15.6中的半静态调度是基于终端节点的，即每个终端节点只有1个1-periodic调度或m-periodic(m≠1)调度。当一个终端节点存在多个业务时，目前的半静态调度方法是选取所有业务的最小调度周期作为m-periodic调度方式下的调度周期，每个调度周期内所分配的调度资源大小是恒定的，将根据所有业务的业务量确定，以满足所有业务的调度需要。例如，对于图4(a)和(b)中两个业务的场景，m值取2，半静态调度过程见图4(c)。

根据IEEE 802.15.6标准，调度信令将包含在连接分配(Connection Assignment)帧中，利用该帧中的Connection Assignment帧的格式如图5所示。这里只介绍与本发明相关的字段内容。

唤醒周期(Assigned Wakeup Period)字段表示调度的类型：如果RequestedWakeup Period＝1，表示1-periodic调度；如果Requested Wakeup Period≠1，表示m-periodic调度。

唤醒时机(Assigned Wakeup Phase)字段用于指示终端节点下一个激活超帧的序列号。假设Assigned Wakeup Phase字段的值是D，那么下一个激活超帧编号的为：(S+D)模216，其中S是当前超帧的编号，D表示终端节点在接收到Connection Assignment帧后的第D个超帧激活。

上行分配信元(Uplink Assignment IE)字段用于指示上行资源分配，其格式如图6所示，其中J是Uplink Assignment IE中包含的Allocation Assignment字段的数量。每个Allocation Assignment字段对应一项业务的半静态资源分配。Interval Start表示这个半静态资源的起始时隙编号，Interval End表示这个半静态资源的结束时隙编号，起始编号和结束编号之间的时隙即为调度的资源。

Downlink Assignment IE字段用于指示下行资源分配，格式与UplinkAssignment IE完全相同，不同点是表示下行资源分配。

Bilink Assignment IE字段用于指示双向资源分配，格式与Uplink AssignmentIE完全相同，不同点是表示双向资源分配。

上述半静态调度方法，无论是采用周期性特性的1-periodic调度还是m-periodic(m≠1)调度，都无法适配混合业务特性。在这种情况下，中心节点强制对终端节点进行周期性调度(1-periodic调度或m-periodic(m≠1)调度)，而终端节点的不同业务具有不同的业务特性，不同超帧内实际需要传输的数据量不同，由于半静态调度中每次分配的资源量恒定，在业务量较少的超帧内，中心节点所分配的调度资源将会有大量资源无法有效利用，从而造成资源被浪费，影响其他终端节点的帧传输。同时，为了确定最佳的调度周期值和每个调度周期中所分配的调度资源，中心节点需要进行复杂的计算过程，不利于降低无线体域网系统的实现复杂度。下面以图4为例对此进行说明。

在图4(c)所示的半静态调度中，超帧n+2中实际需要传输的数据量较小，因此会存在资源浪费的问题(如图4(c)中的超帧n+2中无图案标识的调度资源部分)。另外，由于分配的资源无法与业务特性完全匹配，图4(c)中的调度方式还会导致传输时延，不利于业务的服务质量(QoS)保障(如图4(c)中的超帧n+4中的黑色调度资源)。按照图4(c)的调度方法，业务2在超帧n+3内产生的数据需要等到超帧n+4才能发送，数据传输时延增加了一个超帧。

由此可见，对于存在混合业务的终端节点而言，目前的无线体域网的调度方法无法满足各业务的QoS需要，并且会存在大量的资源浪费问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种半静态调度方法，该方法可以满足无线体域网终端节点的各业务的QoS需要，并且可以有效避免调度资源的浪费。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种半静态调度方法，包括：

当需要对无线体域网的终端节点进行调度时，中心节点为终端节点的每个业务分配独立的调度周期和调度时长，并利用连接配置帧将所述终端节点的调度信息通知给所述终端节点，其中，所述连接配置帧中的上行分配信元、下行分配信元和双向分配信元里的每个资源配置字段携带对应业务的所述调度周期和所述调度时长；

对于每个所述业务，所述终端节点根据所述调度信息，按照该业务的所述调度周期和所述调度时长与所述中心节点进行数据交互。

综上所述，本发明提出的半静态调度方法，应用于无线体域网中，利用连接配置消息中的上行分配信元、下行分配信元和双向分配信元里中的每个资源配置字段为终端节点的每个业务分配独立的调度周期，从而可以避免为所有业务分配相同调度周期所导致的资源浪费和传输时延问题，进而可以有效确保各业务的QoS需要、节约系统资源。

附图说明

图1为星型无线体域网拓扑结构示意图；

图2为1-periodic调度示意图；

图3为m-periodic(m≠1)调度示意图；

图4为现有的无线体域网半静态调度示意图；

图5为现有的无线体域网中Connection Assignment帧格式；

图6为现有的无线体域网中Uplink Assignment IE格式；

图7为本发明实施例一的流程示意图；

图8为本发明Uplink Assignment IE格式；

图9为本发明的半静态调度示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心思想是：为终端节点的每个业务分配独立的调度周期，以有效确保各业务的QoS需要、节约系统资源。

图7为本发明实施例一的流程示意图，如图7所示，该实施例主要包括：

步骤701、当需要对无线体域网的终端节点进行调度时，中心节点为终端节点的每个业务分配独立的调度周期和调度时长，并利用连接配置帧将所述终端节点的调度信息通知给所述终端节点，其中，所述连接配置帧中的上行分配信元、下行分配信元和双向分配信元里的每个资源配置字段携带对应业务的所述调度周期和所述调度时长。

本步骤用于在对终端节点进行调度时，将调度信息通知给终端节点。这里与现有系统所不同的是：为每个业务分配独立的调度周期和调度时长，即根据各业务的QoS需要，确定各业务的调度周期和调度时长，如此，可以确保各业务的QoS，避免由于调度周期的不合理所致的资源浪费以及传输时延的问题。

较佳的，每个所述上行分配信元、下行分配信元和双向分配信元中利用唤醒时机Assigned Wakeup Phase字段和唤醒时长Assigned Wakeup Period字段携带对应业务的所述调度周期。也就是说，在上行分配信元、下行分配信元和双向分配信元中的每个资源配置字段中增加Assigned Wakeup Phase字段和Assigned Wakeup Period字段来携带对应业务的调度周期。例如对于上行分配信元，其具体格式如图8所示。从图8中可以看出每个资源配置字段中都将包含Assigned Wakeup Phase字段和Assigned Wakeup Period字段，以指示该资源配置字段对应业务的调度周期。

所述Assigned Wakeup Phase字段和Assigned Wakeup Period字段携带所述调度周期的方法同现有系统，即所述Assigned Wakeup Phase字段用于指示调度类型，所述Assigned Wakeup Period字段用于指示下一个激活超帧的序列号。

这里与现有系统所不同的是Assigned Wakeup Phase字段和Assigned WakeupPeriod字段不是直接包含在连接配置帧中，而是包含在连接配置帧中上行分配信元、下行分配信元和双向分配信元中的每个资源配置字段中，并且本发明中的Assigned WakeupPhase字段和Assigned Wakeup Period字段也不是指示所有业务共用的调度周期，而是指示某个业务专用的调度周期，从而可以实现每个业务的调度周期的独立配置。

这里，各业务的调度时长的具体通知方法同现有系统，在此不再赘述。

步骤702、对于每个所述业务，所述终端节点根据所述调度信息，按照该业务的所述调度周期和所述调度时长与所述中心节点进行数据交互。

本步骤，与现有系统所不同的是：终端节点的各业务根据自身的调度周期和调度时长进行业务数据的交互。这样，系统可以针对每个业务的需要进行调度周期的配置，从而可以避免为所有业务分配相同调度周期所导致的资源浪费和传输时延问题，进而可以有效确保各业务的QoS需要、节约系统资源。

图9为本发明的半静态调度示意图。图中给出了当采用本发明的半静态调度方法对终端节点的两个业务进行调度时，各业务的调度时机和调度时长，从图中可以看出不存在上述资源浪费和传输时延问题。

现有系统中，在每个超帧都要在终端节点与中心节点之间进行帧传输，以维持调度资源的有效性。这种维持调度资源有效性的方法存在帧开销过大的问题，因为通过仿真研究发现，在实际应用中，间隔若干超帧不进行帧传输，不影响调度的有效性。只需要保持未进行数据交互的间隔不大于32个调度时长即可。基于此，中心节点为分配半静态调度资源后，如果需要维持调度资源的有效性，较佳地，可以采用下述方法实现这一目的：

当所述终端节点与所述中心节点之间在连续a个调度时长内未进行数据交互时，根据维持半静态调度的有效性的需要，在第a+1个调度时长内，所述中心节点和所述终端节点之间交互一个需要反馈确认信息的帧，其中，所述a为预设的调整系数，0<a<31。

上述方法中，终端节点与所述中心节点之间在连续经历a个调度时长未进行数据交互时，将根据维持半静态调度的有效性的需要(即在需要维持半静态调度的有效性的情况下)，通过发送需要反馈确认信息的帧，来维持半静态调度的有效性。在实际应用中，为了节约开销，该需要反馈确认信息的帧可以是空帧。

这里，由于不需要每个超帧都发送用于维持半静态调度的有效性的帧，而只是在连续经历a个调度时长未进行数据交互时才考虑通过发送帧，维持调度的有效性。因此，可以有效减少帧的传输开销，节约系统资源。

在实际应用中，可以采用定时器或计数器的方式，实现对终端节点与中心节点之间在连续a个调度时长内未进行数据交互的监测，具体方法为本领域技术人员所掌握，在此不再赘述。

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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种半静态调度方法，其特征在于，包括：

当需要对无线体域网的终端节点进行调度时，中心节点为终端节点的每个业务分配独立的调度周期和调度时长，并利用连接配置帧将所述终端节点的调度信息通知给所述终端节点，其中，所述连接配置帧中的上行分配信元、下行分配信元和双向分配信元里的每个资源配置字段携带对应业务的所述调度周期和所述调度时长；

对于每个所述业务，所述终端节点根据所述调度信息，按照该业务的所述调度周期和所述调度时长与所述中心节点进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述上行分配信元、下行分配信元和双向分配信元中利用唤醒时机Assigned Wakeup Phase字段和唤醒时长Assigned WakeupPeriod字段携带对应业务的所述调度周期。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当所述终端节点与所述中心节点之间在连续a个调度时长内未进行数据交互时，根据维持半静态调度的有效性的需要，在第a+1个调度时长内，所述中心节点和所述终端节点之间交互一个需要反馈确认信息的帧，其中，所述a为预设的调整系数，0<a<31。