CN105208666A - 一种ad hoc网络系统的联合调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明的ad？hoc网络系统的联合调度方法通过计算各跳跃节点执行数据传输的延迟等待时间，为跳跃节点匹配适合的载波资源，计算各跳跃节点的最佳能量匹配权值，同时考虑了载波资源、系统承载和功率的调配，有效的提高了系统吞吐量，并节约了能源。

Description

一种ad hoc网络系统的联合调度方法

技术领域

本发明涉及无线网络通信领域，尤其涉及一种adhoc网络系统的联合调度方法。

背景技术

无线通信技术是近些年来通信领域内发展最快、应用最广的通信技术。在无线通信中，由于信道衰落和路径损耗，接收到的信号质量会比有线信道中的有较大下降。为此，目前已经提出了各种抗干扰、抗噪声的无线通信技术。自组织adhoc网络就是其中一种利用空间分集来极大地提高信号质量的方法，其可以有效地降低路径损耗所造成的功率资源的浪费，提高载波利用率，并可利用多跳连通思想提高网络的抗毁性能。

但是随着跳跃节点个数的增加，系统的计算量和复杂度也会随之增加，节点之间的冲突也会增多，载波资源的调配、系统承载和功率的调配都会变得越来越复杂，因此，如何联合考虑上述问题变得极为重要。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出一种adhoc网络系统的联合调度方法，所述方法包括：

S1、计算各跳跃节点执行数据传输的延迟等待时间；

S2、为跳跃节点匹配适合的载波资源；

S3、计算各跳跃节点的最佳能量匹配权值；以及

S4、接收始发节点发送的数据指示，并以第二数据传输率、延迟等待时间、匹配的载波资源和能量转发所述数据指示给目的节点。

根据本发明的实施方式，所述S1的计算各跳跃节点执行数据传输的延迟等待时间具体包括：

S1-1、若获取到的始发节点到跳跃节点的第一数据传输率R_SR、所述跳跃节点到目的节点的第二数据传输率R_RD和所述始发节点到所述目的节点的第三数据传输率R_SD满足公式 $\begin{array}{c}{R}_{SR}\≥2R_{SD}\\ R_{RD}\≥2R_{SD}\end{array},$ 则根据公式

$T_{AW}=\frac{\mathrm{\λ}}{\frac{1}{R_{SD}}-(\frac{1}{R_{SR}}+\frac{1}{R_{RD}})}-T_{CW}*N_{CA},$

计算得出延迟时间T_AW，其中，λ为预先设定的一个常数；N_CA为接收到所述目的节点发送的优先接入指示的次数；T_CW为优先窗口时间；

S1-2、若没有监测到其他跳跃节点发送多点合作计划，则根据所述延迟时间T_AW，分别给所述始发节点和目的节点发送多点合作计划，所述多点合作计划包括所述第一数据传输率R_SR和第二数据传输率R_RD；

S1-3、接收所述目的节点返回的多点合作确认指令。

根据本发明的实施方式，所述S2的为跳跃节点匹配适合的载波资源具体包括：

S2-1、为跳跃节点调配载波资源时，确定初始调配给跳跃节点的载波资源是否能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求；

S2-2、判定初始调配给跳跃节点的载波资源能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求时，从初始调配给跳跃节点的载波资源中调配第一数量的可用频谱区段给所述跳跃节点，以及将剩余的可用频谱区段调配给无需跳跃节点的链路，其中，所述第一数量的可用频谱区段为能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求的最少频谱区段；以及判定初始调配给跳跃节点的载波资源不能支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求时，从初始调配给无需跳跃节点的链路的载波资源中调配第二数量的可用频谱区段给所述跳跃节点，其中，所述第二数量的可用频谱区段与初始调配给跳跃节点的载波资源中的全部频谱区段之和，为能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求的最少频谱区段。

根据本发明的实施方式，所述S3的计算各跳跃节点的最佳能量匹配权值具体包括：

S3-1、对节点能量计算执行初始化操作；

S3-2、计算从始发节点到跳跃节点之间的传输空间的特征矩阵；

S3-3、计算从始发节点到跳跃节点之间的链路承载；

S3-4、计算从跳跃节点到目的节点的链路承载；

S3-5、计算从始发节点到跳跃节点，再从跳跃节点到目的节点之间的端到端的承载的最小值为跳跃节点两侧的全链路承载值；

S3-6、计算跳跃节点的最佳能量匹配权值。

本发明的adhoc网络系统的联合调度方法通过计算各跳跃节点执行数据传输的延迟等待时间，为跳跃节点匹配适合的载波资源，计算各跳跃节点的最佳能量匹配权值，同时考虑了载波资源、系统承载和功率的调配，有效的提高了系统吞吐量，并节约了能源。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的adhoc网络系统的联合调度方法流程图；

附图2示出了根据本发明实施方式的步骤S1流程图；

附图3示出了根据本发明实施方式的步骤S2流程图；

附图4示出了根据本发明实施方式的步骤S3流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种adhoc网络系统的联合调度方法，所述adhoc网络系统包括始发节点、目的节点、多个跳跃节点，所述跳跃节点可以是，但不限于，例如，一跳、两跳或多跳节点，如附图1所示，所述方法包括：

S1、计算各跳跃节点执行数据传输的延迟等待时间；

S2、为跳跃节点匹配适合的载波资源；

S3、计算各跳跃节点的最佳能量匹配权值；以及

S4、接收所述始发节点发送的数据指示，并以第二数据传输率、延迟等待时间、匹配的载波资源和能量转发所述数据指示给所述目的节点。

根据本发明的实施方式，如附图2所示，所述S1的计算各跳跃节点执行数据传输的延迟等待时间具体包括：

S1-1、若获取到的始发节点到跳跃节点的第一数据传输率R_SR、所述跳跃节点到目的节点的第二数据传输率R_RD和所述始发节点到所述目的节点的第三数据传输率R_SD满足公式 $\begin{array}{c}{R}_{SR}\≥2R_{SD}\\ R_{RD}\≥2R_{SD}\end{array},$ 则根据公式

$T_{AW}=\frac{\mathrm{\λ}}{\frac{1}{R_{SD}}-(\frac{1}{R_{SR}}+\frac{1}{R_{RD}})}-T_{CW}*N_{CA},$

计算得出延迟时间T_AW，其中，λ为预先设定的一个常数；N_CA为接收到所述目的节点发送的优先接入指示的次数；T_CW为优先窗口时间；

S1-2、若没有监测到其他跳跃节点发送多点合作计划，则根据所述延迟时间T_AW，分别给所述始发节点和目的节点发送多点合作计划，所述多点合作计划包括所述第一数据传输率R_SR和第二数据传输率R_RD；

S1-3、接收所述目的节点返回的多点合作确认指令。

根据本发明的实施方式，所述步骤S1还包括：

S1-4、接收所述目的节点在没有监测到所述多点合作计划时发送的优先接入指示，并根据所述优先接入指示，调整所述接收到所述目的节点发送的优先接入指示的次数；

S1-5、若所述优先接入指示的次数小于等于预设的上限值时，则根据调整后的所述优先接入指示的次数，以公式

$T_{AW}=\frac{\mathrm{\λ}}{\frac{1}{R_{SD}}-(\frac{1}{R_{SR}}+\frac{1}{R_{RD}})}-T_{CW}*N_{CA},$

计算调整后的延迟时间T_AE。

根据本发明的实施方式，如附图3所示，所述S2的为跳跃节点匹配适合的载波资源具体包括：

S2-1、为跳跃节点调配载波资源时，确定初始调配给跳跃节点的载波资源是否能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求；

S2-2、判定初始调配给跳跃节点的载波资源能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求时，从初始调配给跳跃节点的载波资源中调配第一数量的可用频谱区段给所述跳跃节点，以及将剩余的可用频谱区段调配给无需跳跃节点的链路，其中，所述第一数量的可用频谱区段为能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求的最少频谱区段；以及判定初始调配给跳跃节点的载波资源不能支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求时，从初始调配给无需跳跃节点的链路的载波资源中调配第二数量的可用频谱区段给所述跳跃节点，其中，所述第二数量的可用频谱区段与初始调配给跳跃节点的载波资源中的全部频谱区段之和，为能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求的最少频谱区段。

根据本发明的实施方式，所述确定初始调配给跳跃节点的载波资源是否能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求具体包括：

确定跳跃节点的平均传输频谱需求是否小于跳跃节点的最大传输能力；

若是，则初始调配给跳跃节点的载波资源能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求；

否则，初始调配给跳跃节点的载波资源不能支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求。

根据本发明的实施方式，所述将剩余的可用频谱区段调配给无需跳跃节点的链路具体包括：

将剩余的可用频谱区段全部调配给无需跳跃节点的链路；或者

从剩余的可用频谱区段中调配能够支持所述无需跳跃节点的链路的平均传输频谱需求的最少频谱区段给所述无需跳跃节点的链路。

根据本发明的实施方式，所述从初始调配给无需跳跃节点的链路的载波资源中调配第二数量的可用频谱区段给所述跳跃节点后，还包括：

将初始调配给无需跳跃节点的链路的载波资源中剩余的可用频谱区段调配给无需跳跃节点的链路；或者，从初始调配给无需跳跃节点的链路的载波资源内剩余的可用资源中调配能够支持所述无需跳跃节点的链路的平均传输频谱需求的最少频谱区段给无需跳跃节点的链路。

根据本发明的实施方式，采用以下公式得出所述跳跃节点的最大传输能力：

$R_{max}=\frac{B_{size}\×m}{T},$

其中，R_max表示所述跳跃节点的最大传输能力，B_size表示预设的最大传输比特数，m表示前向和反向转换时段中调配给跳跃节点的子帧数量，T表示前向和反向转换时段。

根据本发明的实施方式，采用以下公式得出能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求的最少频谱区段：

其中，N表示能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求的最少频谱区段数量，N_RB表示初始调配给跳跃节点的载波资源中的全部频谱区段数量，B_w表示跳跃节点的平均传输频谱需求。

根据本发明的实施方式，如附图4所示，所述S3的计算各跳跃节点的最佳能量匹配权值具体包括：

S3-1、对节点能量计算执行初始化操作；

S3-2、计算从始发节点到跳跃节点之间的传输空间的特征矩阵Λ，

表示从始发节点到跳跃节点的特征矩阵系数；

S3-3、计算从始发节点到跳跃节点之间的链路承载C_SR：

M为跳跃节点的个数，m表示第m个跳跃节点；C_SR，m为等效链路承载，

$C_{SR,m}={\log }_2(1+{\mathrm{\λ}}_{SR,m}^2{p}_{SR,m}^2),$

其中，λ_SR，m表示特征矩阵Λ的特征值，1≤m≤M，p_sR，m为始发节点S到所述跳跃节点R_m的匹配能量；

S3-4、计算从跳跃节点到目的节点的链路承载C_RD；

$C_{RD}=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{C}_{RD,m},1\≤m\≤M,$

$C_{RD.m}={\log }_2(1+{\mathrm{\λ}}_{RD,m}^2{p}_{RD,m}^2),$

其中，C_RD，m为跳跃节点到目的节点的每个跳跃链路在单位频谱下的承载，p_RD，m为第m个跳跃节点R_m到目的节点D的匹配能量，λ_RD，m为第m个跳跃节点R_m到目的节点D的传输空间特征矩阵的特征值；

S3-5、计算从始发节点S到跳跃节点R_m，再从跳跃节点R_m到目的节点D之间的端到端的承载的最小值为跳跃节点两侧的全链路承载值：

$C=\underset{1\≤m\≤M}{min}(C_{SR},C_{RD});$

S3-6、计算跳跃节点R_m的最佳能量匹配权值w_m：

$w_m=\frac{1}{\mathrm{\λ}1n2}+\frac{\sqrt{\frac{p_{RD,m}^2{s}_n^2}{{\left(\mathrm{\λ}1n2\right)}^2}-{\mathrm{\δ}}^2}}{p_{RD,m}{s}_n},$

$\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{w}_m=1,0\≤w_m\≤1,$

其中，δ表示噪声能量，s_n为第m个跳跃节点m对第n个接收天线所对应信道的匹配能量系数，λ为对应拉格朗日乘数，以保证跳跃承载最大化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种adhoc网络系统的联合调度方法，所述方法包括：

S1、计算各跳跃节点执行数据传输的延迟等待时间；

S2、为跳跃节点匹配适合的载波资源；

S3、计算各跳跃节点的最佳能量匹配权值；以及

S4、接收始发节点发送的数据指示，并以第二数据传输率、延迟等待时间、匹配的载波资源和能量转发所述数据指示给目的节点。

2.一种如权利要求1所述的方法，所述S1的计算各跳跃节点执行数据传输的延迟等待时间具体包括：

S1-1、若获取到的始发节点到跳跃节点的第一数据传输率R_SR、所述跳跃节点到目的节点的第二数据传输率R_RD和所述始发节点到所述目的节点的第三数据传输率R_SD满足公式 $\begin{array}{c}{R}_{SR}\≥2R_{SD}\\ R_{RD}\≥2R_{SD}\end{array},$ 则根据公式

$T_{AW}=\frac{\mathrm{\λ}}{\frac{1}{R_{SD}}-(\frac{1}{R_{SR}}+\frac{1}{R_{RD}})}-T_{CW}*N_{CA},$

计算得出延迟时间T_AW，其中，λ为预先设定的一个常数；N_CA为接收到所述目的节点发送的优先接入指示的次数；T_CW为优先窗口时间；

S1-2、若没有监测到其他跳跃节点发送多点合作计划，则根据所述延迟时间T_AW，分别给所述始发节点和目的节点发送多点合作计划，所述多点合作计划包括所述第一数据传输率R_SR和第二数据传输率R_RD；

S1-3、接收所述目的节点返回的多点合作确认指令。

3.一种如权利要求2所述的方法，所述S2的为跳跃节点匹配适合的载波资源具体包括：

S2-1、为跳跃节点调配载波资源时，确定初始调配给跳跃节点的载波资源是否能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求；

S2-2、判定初始调配给跳跃节点的载波资源能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求时，从初始调配给跳跃节点的载波资源中调配第一数量的可用频谱区段给所述跳跃节点，以及将剩余的可用频谱区段调配给无需跳跃节点的链路，其中，所述第一数量的可用频谱区段为能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求的最少频谱区段；以及判定初始调配给跳跃节点的载波资源不能支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求时，从初始调配给无需跳跃节点的链路的载波资源中调配第二数量的可用频谱区段给所述跳跃节点，其中，所述第二数量的可用频谱区段与初始调配给跳跃节点的载波资源中的全部频谱区段之和，为能够支持所述跳跃节点的平均传输频谱需求的最少频谱区段。

4.一种如权利要求3所述的方法，所述S3的计算各跳跃节点的最佳能量匹配权值具体包括：

S3-1、对节点能量计算执行初始化操作；

S3-2、计算从始发节点到跳跃节点之间的传输空间的特征矩阵；

S3-3、计算从始发节点到跳跃节点之间的链路承载；

S3-4、计算从跳跃节点到目的节点的链路承载；

S3-5、计算从始发节点到跳跃节点，再从跳跃节点到目的节点之间的端到端的承载的最小值为跳跃节点两侧的全链路承载值；

S3-6、计算跳跃节点的最佳能量匹配权值。