CN105828446A - 一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法，根据各数据包的优先级权重值进行数据包调度；数据包的优先级权重值计算综合考虑了数据包传输截止时间要求、当前系统所处时隙、链路丢包率以及路径丢包率；在同一时隙内调度的数据包不会导致彼此传输的失效，可认为彼此无干扰。仿真测试表明，与典型的EDF算法相比，本发明方法具有较高的包交付率。本发明实现简单，适用于有实时性要求的不可靠无线网络应用场景。

Description

一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法
技术领域
本发明涉及无线网络中的资源分配技术领域，尤其是涉及一种工业应用场景中数据传输有实时性要求的数据包调度方法。
背景技术
由于无线网络组网的灵活性，以及在网络布设时降低了对有线电缆的需求，其在工业现场的应用越来越广泛。与传统应用场景相比，工业现场对数据包传输提出了实时性要求[文献1]，即源节点产生的数据包只有在相应的截止时间前到达目的节点才有效。
然而，与有线网络相比，无线网络中的无线传输受到阴影效应、信号衰落以及其他无线传输的干扰影响，导致无线链路不稳定，数据包传输容易失败。在这种场景下，保证数据包传输的实时性存在挑战([文献1、2])。目前，针对工业控制中实时性应用的三种无线工业标准为WirelessHart([文献3])，ISA100.11a([文献4])和WIA-PA(WirelessNetworksforIndustrialAutomation-ProcessAutomation)([文献5])，这三种标准均旨在通过MAC层的数据包调度提供通信实时性。在数据包传输有实时性要求的应用场景中，MAC层采用TDMA机制优于数据包随机接入的CSMA/CA机制，因为在TDMA机制下，数据包端到端时延可预测([文献6])。因此，本发明提出的数据包调度方法也基于TDMA机制。
无线网络中数据包调度问题已得到了广泛的关注。从[文献7]针对无线Mesh网络中资源调度方法的综述研究来看，现阶段的研究大多以优化网络吞吐量为目标，考虑数据包时延约束以及无线通信链路不稳定特征的研究相对较少。在以数据包传输实时性保证为目标的研究中，[文献1]中作者首先给出了对于特定的周期性数据流集合可调度的必要条件，指出可通过分支定界法得到最优解。然而分支定界法在最差情况下需要遍历所有的可行解，算法计算时间复杂度高，不适合在实际应用场景中采用。基于此，该文献进一步提出了启发式的冲突感知最小空闲时间优先调度策略C-LLF。对于给定的有实时性要求的数据流，[文献8]中作者认为路径长的数据包更容易遭遇长时延，故先让路径长的数据包选择资源。[文献9]中研究了无线传感器网络中数据汇集的问题，总体目标是在提升网络寿命的同时最小化传输所有数据包的总时隙数。[文献10]中作者提出了多信道多功率数据聚集调度算法MPMC，其主要目标是最小化无线传感器网络中数据聚集时延。
上述研究要么只考虑数据包截止时间要求，要么仅考虑了无线链路的不稳定性对资源分配的影响，并没有综合考虑二者。文献[2、11-14]中的研究同时考虑了数据包传输的截止时间要求以及无线链路的不稳定性，但是这些研究针对的是星形网络拓扑，并不适用于工业现场布设一般网络拓扑结构的情形。
由于实时性调度问题也是实时性操作系统中的关键问题，而在抢占式单处理器调度问题中，EDF算法是最优的。因而，在网络数据包调度问题研究中，相关作者研究了基于EDF的调度策略。[文献15]提出了CEDF(COORDINATEDEARLIESTDEADLINEFIRST)协议，并分析了此协议的端到端最差时延。[文献16]中考虑了实时排队系统，目标是使得尽量多的数据包能在规定的截止时间前从源节点到达目的节点。针对此目标，该文献证明对于非抢占式M/D/1单队列排队系统，STE(shortesttimetoextinction)调度策略是最优的。根据[文献17]所述，即使在无线链路信道状态能预知的情况下，EDF以及STE调度策略也并不总是最优的。
参考文献：
[文献1]SaifullahA,YouX,ChenyangL,etal.Real-TimeSchedulingforWirelessHARTNetworks[C].2010.
[文献2]HouIH,KumarP.Asurveyofrecentresultsonreal-timewirelessnetworking[J].ProceedingsofReal-TimeWirelessforIndustrialApplications.2011.
[文献3]SongJ,HanS,MokAK,etal.WirelessHARTApplyingWirelessTechnologyinReal-TimeIndustrialProcessControl[Z].2008.
[文献4]NixonM.AComparisonofWirelessHARTandISA100.11a[J].Whitepaper.2012.
[文献5]http://www.wia.org.cn/.
[文献6]SaifullahA,YouX,ChenyangL,etal.End-to-EndDelayAnalysisforFixedPrioritySchedulinginWirelessHARTNetworks[C].2011.
[文献7]GabaleV,RamanB,DuttaP,etal.AClassificationFrameworkforSchedulingAlgorithmsinWirelessMeshNetworks[J].CommunicationsSurveys&Tutorials,IEEE.2013,15(1):199-222.
[文献8]JunZ,DongmeiZ.Connection-BasedSchedulingforSupportingReal-TimeTrafficinWirelessMeshNetworks[C].2008.
[文献9]刘安丰，徐娟，陈志刚.无线传感器网络能量均衡消耗的TDMA调度算法[J].计算机研究与发展.2010(02):245-254.
[文献10]范文彬，郭龙江，李金宝，等.MPMC:一种无线传感器网络多信道多功率数据聚集调度算法[J].计算机研究与发展.2012(07):1568-1578.
[文献11]I-HongH,BorkarV,KumarPR.ATheoryofQoSforWireless[C].INFOCOM2009.2009:486-494.
[文献12]HouIH,KumarP.AdmissioncontrolandschedulingforQoSguaranteesforvariable-bit-rateapplicationsonwirelesschannels[C].MobiHoc'09.2009:175-184.
[文献13]I-HongH,KumarPR.SchedulingHeterogeneousReal-TimeTrafficoverFadingWirelessChannels[C].INFOCOM2010.2010:1-9.
[文献14]HouI.Providingend-to-enddelayguaranteesformulti-hopwirelesssensornetworks[C].GlobeCom2013.2013:414-419.
[文献15]AndrewsM,ZhangL.Minimizingend-to-enddelayinhigh-speednetworkswithasimplecoordinatedschedule[C].INFOCOM'99.1999:380-388.
[文献16]ZhaoZX,PanwarSS,TowsleyD.Queueingperformancewithimpatientcustomers[C].INFOCOM'91.1991:400-409.
[文献17]ShakkottaiS,SrikantR.SchedulingReal-TimeTrafficWithDeadlinesoveraWirelessChannel[J].WirelessNetworks.2002,8(1):13-26.
[文献18]YiS,HouYT,JiaL,etal.BridgingtheGapbetweenProtocolandPhysicalModelsforWirelessNetworks[J].MobileComputing,IEEETransactionson.2013,12(7):1404-1416.
[文献19]ShiY,HouYT,LiuJ,etal.Howtocorrectlyusetheprotocolinterferencemodelformulti-hopwirelessnetworks[C].ProceedingsofthetenthACMinternationalsymposiumonMobileadhocnetworkingandcomputing.2009:239-248.
[文献20]GuptaP,KumarPR.Thecapacityofwirelessnetworks[J].InformationTheory,IEEETransactionson.2000,46(2):388-404.
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法(DynamicDividingLoss-awareEarliestDeadlineFirst，DDL-EDF)。该方法能感知无线链路的丢包率，根据数据包的截止时间、采用的传输路径、路径上所有链路的平均丢包率以及当前时隙为数据包分配优先级，然后结合各数据包请求传输链路的干扰情况以及各数据包优先级进行调度。
本发明所采用的技术方案是：一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法，令集合Pt为时隙t等待被调度的数据包，集合St记录时隙t调度的数据包集合；其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：初始化等待被调度的数据包集合Pt、时隙t、集合St；Pt＝{1,2,…,N}，t＝0，St初始时为空集；其中N为数据包总数；
步骤2：根据Dijkstra’s算法得到Pt中各数据包的传输路径；
步骤3：判断Pt是否为空；
若是，则本流程结果；
若否，则继续执行下述步骤4；
步骤4：对于Pt中的每一个数据包，计算各数据包优先级权重值；
步骤5：对Pt中所有数据包按照优先级权重值从小到大排序，权重值越小优先级越高；假设k表示Pt中第k个数据包，初始时令k＝0；
步骤6：按照优先级高低选择一组无干扰的数据包St；
步骤7：将St中成功到达目的节点的数据包从Pt中移除，根据路径更新数据包请求传输的链路；
步骤8：令t＝t+1，回转执行所述步骤3。
作为优选，步骤4中所述计算各数据包优先级权重值，其具体实现包括以下子步骤：
步骤4.1：计算动态相对截止时间；数据包i在时隙t的相对截止时间为Di-t；
步骤4.2：计算优先级权重；
对于数据包i，其传输路径为一系列链路的集合，总共包含hi条链路，用ei,j(j＝1,…,hi)表示该路径上的第j条链路，其可靠度表示为r(ei,j)；则时隙t时，数据包i请求在链路ei,j上传输时，其平均需要的传输时隙为：
n i , j = 1 r ( e i , j ) ;
从当前节点到达目的节点需要的总平均传输时隙数为：
n i = Σ k = j h i 1 r ( e i , k ) ;
在时隙t，数据包在链路ei,j上的优先级权重值根据如下式子计算：
其中表示不大于x的整数值。
作为优选，步骤7中所述根据路径更新数据包请求传输的链路，其具体实现过程是：当k请求的链路不与St中数据包请求链路干扰时，令St←St∪k；当数据包k在当前时隙成功传输：若数据包k请求链路的下一跳为空或者t>Dk，将数据包k从集合Pt中移除，即Pt←Pt\k；否则，根据步骤2中得到的数据包k的传输路径更新该数据包在下一时隙请求传输的链路为当前请求链路的下一跳。
算法时间复杂度是分析算法性能的重要方面，本说明分析单个时隙内算法复杂度和完成N个数据包调度的算法时间复杂度。
(1)在DDL-EDF算法中，单个时隙调度数据包的时间复杂度为O(N)，其中N为网络中需要传输的数据包数目。
在DDL-EDF算法中，单个时隙内需要更新各数据包的优先级权重值，最多需要对N个数据包更新优先级权重值。对数据包i而言，更新其优先级权重值最多需要访问其路径pi上的所有链路，即时间复杂度为O(|pi|)，由于|pi|<n。集合P中数据包排序可在时间复杂度O(NlogN)内完成。表1中第7行到第11行的while循环时间复杂度为O(N2)。故DDL-EDF算法单个时隙的调度时间复杂度为O(Nn+NlogN+N2)。
(2)DDL-EDF算法的时间复杂度为其中N为数据包个数，n为网络中节点数。
由于无线链路上丢包率的不确定因素，难以估计最差情况下一个数据包从源节点传输到目的节点实际消耗的时隙数目。但是，由于每个数据包只有在截止时间内到达目的节点才有效，当数据包失效后还没到达目的节点时，即丢弃该包(见表1中第11、12行)，故数据包i最多消耗Di个时隙。则在最差情况下，N个数据包最多消耗的时隙数目为当一个网络中所有链路都在一个冲突域时，即任一时隙，都只能传输单个数据包时，完成N个数据包的调度需要的时隙数不大于结合定理1给出的单个时隙调度算法的复杂度，可知DDL-EDF算法的时间复杂度为
本发明针对一般网络拓扑中实时性数据包的调度问题，考虑链路平均丢包率已知的无线网络，提出了一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法(DynamicDividingLoss-awareEarliestDeadlineFirst，DDL-EDF)，该方法考虑了无线链路间的干扰，数据包调度的优先级由其截止时间、路径、路径上链路平均丢包率和当前时隙共同决定。DDL-EDF调度方法使尽量多的数据包能在规定截止时间之前到达目的节点。
附图说明
图1是本发明提出的DDL-EDF数据包调度方法流程图。
图2是本发明实施例的链路丢包率测量示意图。
图3是本发明实施例的无线网络干扰情况图。
图4是本发明实施例的数据包调度方法实施示例图。
图5是本发明实施例的格形网络拓扑和随机网络拓扑示例图，其中(a)表示格形网络拓扑，(b)表示随机网络拓扑。
图6是本发明实施例的格形网络拓扑仿真结果图，其中(a)表示5×5格形网络中产生150个数据包情况下的包交付率结果图；(b)表示7×7格形网络中产生588个数据包情况下的包交付率结果图。
图7是本发明实施例的随机网络拓扑仿真结果图，其中(a)表示随机网络拓扑中产生100个数据包情况下的交付率结果图；(b)表示随机网络拓扑中产生150个数据包情况下交付率结果图。
图8是本发明实施例的包交付率随数据包个数变化规律图，其中(a)表示7×7格形网络拓扑下包交付率随着包数目变化趋势图；(b)表示30个节点的随机网络拓扑中包交付率随着包数目变化趋势图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
假设本发明针对的一般网络用G＝(V,E)表示，其中V表示网络中所有的节点集合，E表示网络中所有链路的集合。网络中的链路为不稳定链路，对于链路e∈E，其平均丢包率为re(0≤re<1)。单个数据包在链路e上成功传输所需要的平均传输次数为也即平均需要消耗个时隙才能保证单个数据包在链路e上成功传输。链路平均丢包率可通过在一段固定的时间内发送探测数据包进行测量。本发明认为时间被划分为离散的时隙，在单个时隙获得发送权限的数据包可尝试在相应路径上进行传输，该数据包在链路e上传输失效的概率为1-re。
假设有N个数据包均具有实时性要求，任一数据包i可由五元组<si,ti,pi,ai,Di>表示。其中si表示数据包i的源节点，ti表示数据包i的目的节点，pi表示数据包从源节点到目的节点的路径，ai为数据包i在源节点提出发送请求的时隙，Di为数据包i的相对截止时间。对于每一个数据包，其源节点和目的节点需不同，即si≠ti。本文约定在时隙0，每个数据包在其源节点提出发送请求，即ai＝0(i＝1,…,N)。
针对无线网络中数据包调度问题，需要考虑链路间的干扰，相互干扰的链路不能在同一时隙内传输数据。干扰模型对调度算法的性能有很大影响，常用的干扰模型有基本干扰模型(PrimaryInterferenceModel)([文献18])、协议干扰模型(ProtocolInterferenceModel)([文献19])和物理干扰模型(PhysicalInterferenceModel)([文献20])。
本发明提出的DDL-EDF数据包调度算法可兼容不同的干扰模型，在不同的干扰模型下，判断链路集是否可同时调度的方法不一样。只有当干扰模型确定后，判断所选择的链路集合是否能被同时调度的判别方法才确定。
请见图1，本发明提供的一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法，令集合Pt为时隙等待被调度的数据包，集合St记录时隙t调度的数据包集合；包括以下步骤：
步骤1：初始化等待被调度的数据包集合Pt、时隙t、集合St；Pt＝{1,2,…,N}，t＝0，St初始时为空集；其中N为数据包总数；
步骤2：根据Dijkstra’s算法得到Pt中各数据包的传输路径；
步骤3：判断Pt是否为空；
若是，则本流程结果；
若否，则继续执行下述步骤4；
步骤4：对于Pt中的每一个数据包，计算各数据包优先级权重值；，其具体实现包括以下子步骤：
步骤4.1：计算动态相对截止时间；数据包i在时隙t的相对截止时间为Di-t；
步骤4.2：计算优先级权重；
对于数据包i，其传输路径为一系列链路的集合，总共包含hi条链路，用ei,j(j＝1,…,hi)表示该路径上的第j条链路，其可靠度表示为r(ei,j)；则时隙t时，数据包i请求在链路ei,j上传输时，其平均需要的传输时隙为：
n i , j = 1 r ( e i , j ) ;
从当前节点到达目的节点需要的总平均传输时隙数为：
n i = &Sigma; k = j h i 1 r ( e i , k ) ;
在时隙t，数据包在链路ei,j上的优先级权重值根据如下式子计算：
其中表示不大于x的整数值。
步骤5：对Pt中所有数据包按照优先级权重值从小到大排序，权重值越小优先级越高；假设k表示Pt中第k个数据包，初始时令k＝0；
步骤6：按照优先级高低选择一组无干扰的数据包St；
步骤7：将St中成功到达目的节点的数据包从Pt中移除，根据路径更新数据包请求传输的链路；
当k请求的链路不与St中数据包请求链路干扰时，令St←St∪k；当数据包k在当前时隙成功传输：若数据包k请求链路的下一跳为空或者t>Dk，将数据包k从集合Pt中移除，即Pt←Pt\k；否则，根据步骤2中得到的数据包k的传输路径更新该数据包在下一时隙请求传输的链路为当前请求链路的下一跳。
步骤8：令t＝t+1，回转执行所述步骤3。
以下进一步结合其余附图和实施例详细说明本发明技术方案。
1.确定链路平均丢包率；
图2给出的为单条链路丢包率示意图。在每个时隙t的开始，其中节点0向节点1发送nt个探测数据包，节点1向节点0回馈mt个确认包，则时隙t该条链路的平均丢包率可通过如下表达式进行估计：
r t = m t n t ;
2.确定无线链路干扰情况；
常用的干扰模型有基本干扰模型、协议干扰模型和物理干扰模型。确定两条链路是否干扰的具体方法介绍如下：
(1)在基本干扰模型中，当两条链路至少共用一个节点时，这两条链路彼此干扰；
(2)在协议干扰模型中，对于k-跳协议干扰模型，单个节点k跳通信范围内的所有节点都会受到干扰；
(3)在物理干扰模型中，干扰是累加的。当节点u1向节点v1发送数据包时，只有当v1上信噪比值大于特定的阈值时，数据包才能被成功接收，其SINR值表示如下：
S I N R ( u 1 , v 1 ) = P u 1 , v 1 &Sigma; u &Element; V \ u 1 P u , v 1 + N . - - - ( 1 ) ;
其中，N表示环境噪声，Pu,v表示节点u发送的信号到达节点v的功率值，该值可根据相应的信道衰减模型确定。
当SINR(u1,v1)≥β时，节点u1向节点v1发送的数据包能被成功接收，其中β为阈值。
在图3所示的网络中，节点集合为V＝{v1,v2,v3,v4,v5,v6}，链路集合为E＝{(v1,v2),(v1,v4),(v2,v3),(v2,v5),(v3,v6),(v4,v5),(v5,v6)}，虚线圆形分别为节点v1和节点v4的干扰范围。考虑链路(v1,v4)，在基本干扰模型下，其干扰链路为(v1,v2)和(v4,v5)；在2跳协议干扰模型下，除了链路(v3,v6)，其余所有链路都为链路(v1,v4)的干扰链路；在物理干扰模型下，若节点v1为发送节点，节点v4为接收节点，集合V′＝{v5,v6}中的节点也在发送数据，则节点v4能成功接收到节点v1发送的数据包需满足的条件为
3.确定数据包的传输路径；
本发明方法不针对数据包的传输路径，在发明案例实施过程中采用典型的Dijkstra’s算法获得各数据流源目节点对间的最短跳数路径。Dijkstra’s算法核心思想是维持两个集合，一个保存已确定了最短路径的节点，另一个保存待确定最短路径的节点。算法运行过程中从待确定最短路径的节点集合中选取一个节点，与其它节点相比，通过当前已确定最短路径的节点到该节点的路径最短。
假设集合S记录已确定最短路径的节点，而集合U记录的为未确定最短路径的节点，令s为源节点，而t为目的节点，则Dijkstra’s该算法可用来计算节点s到节点t的最短路径，具体步骤如下：
步骤1：初始状态下，集合S仅包含源点，即S＝{s}，s的距离为0。U包含除s外的其他节点；若s与U中节点u之间有链路相连，设置其权重为1，否则设置<u,s>权重为∞；
步骤2：从U中选取一个距离s最小的顶点k，把k加入集合S中；若k为目的节点，则算法结束，否则进入step3；
步骤3：以k为新考虑的中间点，修改U中各顶点的距离；若从源点s到节点u的距离比原来距离短，则修改节点u的距离值，修改后的距离值为源节点到节点k的最短距离加上边(k,u)的权重值，进入step2。
4.数据包调度方法实施步骤；
本发明提出的数据包调度方法DDL-EDF的具体实施步骤如下：
步骤1：确定网络中请求发送的数据包集合P，并令起始时隙为t＝0；
步骤2：根据Dijkstra’s算法确定各数据包的路径；
步骤3：计算数据包优先级权重值，并根据优先级权重进行调度，调度过程中需在每个时隙根据平均丢包率的估计方法估计链路丢包率，并根据链路干扰模型避免同一时隙调度的数据包彼此干扰；
以图4所示网络拓扑为例，详细说明本发明方法的实施方式。
步骤1：需要传输的数据包为P＝{p1，p2}，数据包p1的相对截止时间为2个时隙，数据包p2的相对截止时间为3个时隙，初始时隙t为0；
步骤2：根据Dijkstra’s算法计算出两个数据包的最少跳数路由，计算得到数据包p1采用的传输路径为0->1->2；数据包p2采用的传输路径为5->4->3；
步骤3：在当前时隙t＝0时，数据包p1请求传输的链路为0->1，数据包p2请求传输的链路为5->4；根据2-跳协议干扰模型，链路0->1与链路5->4彼此不干扰，因此可以同时在时隙t传输相应数据包，因此该时隙有St＝{p1,p2}.
步骤4：在时隙t＝1，需要传输的数据包集合依然为P＝{p1，p2}，此时数据包p1请求传输的链路为1->2，数据包p2请求传输的链路为4->2。根据2-跳协议干扰模型，链路1->2与链路4->3不能再同一时隙同时发送数据包，因此需根据DDL-EDF算法计算数据包的优先级权重，分别为：w1,1以及w2,1，具体计算过程为：
(1)计算数据包p1和数据包p2的动态相对截止时间，分别为d1,1＝2-1＝1个时隙；d2,1＝3-1＝2；
(2)在当前时隙即t＝1时，通过发送探测包以及接受确认包的方法，得到链路1->2以及链路4->3的平均丢包率分别为0.6以及0.8，则得到n1->2＝1/0.6并且n4->3＝1/0.8；
(3)由于链路1->2与链路4->3分别为数据包p1与数据包p2的最后一跳链路，故n1＝1/0.6并且n2＝1/0.8；
(4)根据数据包优先级权重的计算公式，可得到w1,1＝1并且w2,1＝2；
(5)按照各数据包权重对优先级进行排序，可知数据包p1优先级高于数据包p2优先级，故在时隙t＝1优先发送数据包1，假设该时隙数据包p1成功到达目的节点。
步骤5：根据上一步传输情况，可知在时隙t＝2，仅有数据包p2请求在路径4->3上传输。由于没有其他数据包竞争，数据包p2获得该时隙的发送权限。
5.数据包调度方法性能评估；
为验证本发明方法的有效性，通过仿真实现了DDL-EDF调度方法以及EDF调度方法。并且，在不同场景下以数据包的交付率为指标，对比了两种方法的性能。数据包交付率的描述为：若网络中总共需要发送k个数据包，有k′个数据包能在截止时间内到达目的节点，则数据包交付率为k′/k。仿真中，对于任一数据包，产生随机数r(0.5≤r<2)，数据包的截止时间选择为rn，其中n为网络中节点数。
考虑两种网络拓扑模型：格形网络拓扑和随机网络拓扑。格形网络拓扑为一种规则网络拓扑，除了边界节点，其余所有节点度为4。在随机网络拓扑模型中，设置节点平均度为δ，假设有n个节点，则产生的随机网络拓扑中，边数为δn/2。图5(a)为3×3格形网络拓扑，图5(b)为一种随机网络拓扑，在5个点的随机网络拓扑中，有7条边。
假设网络中节点数为n，数据流数目设置为各链路丢包率为[0,0.4)内随机取值。图6中给出了5×5以及7×7两种网络规模下的数据包交付率数值。实验中，对于数据包i，设置其基准截止时间Di为rn(0.5≤r<2)，仿真中，变化其绝对截止时间为βDi，其中β值从0.1增加到1，增加间隔为0.1。从图6中可以看出，在DDL-EDF和EDF两种调度算法下，数据包交付率随着β值的增加而增加。在5×5和7×7两种规模的网络拓扑下，DDL-EDF调度算法得到的数据包交付率均高于EDF调度算法得到的数据包交付率。
图7给出的为随机网络拓扑情况下的仿真结果图。在产生的随机网络拓扑中，有30个节点，节点平均度为3，链路的平均丢包率在范围[0,0.4)内随机取值。实验中，数据包截止时间的设置方法与格形网络拓扑中一致。本实施例测试全网随机产生100个和150个数据包的情况。从图7中看出，随着截止时间的增长，数据包交付率增高。对比EDF和DDL-EDF算法在数据包数目为100和150情况下的交付率，DDL-EDF算法高于EDF算法。该结果说明本发明提出的考虑链路不稳定性的算法DDL-EDF能取得更好的性能。
在考虑了DDL-EDF调度算法在不同网络拓扑模型下的性能之后，本实施例以7×7的格形网络拓扑和30个节点的随机网络拓扑为例，测试数据包交付率与网络中数据包个数的关系。仿真中，将数据包的个数从100增加到1000，增加的间隔为100。链路平均丢包率依然为从[0,0.4)中随机选择。数据包截止时间的选取规则与前述一致，但是β值始终设置为1。仿真结果如图8所示，当数据包个数增多时，网络变得更加拥塞，从源节点到达目的节点需要的时间可能更长，导致大部分的数据包不能在截止时间之前到达目的节点。故如图8所示，当数据包数目增加时，包交付率下降。对比DDL-EDF和EDF调度算法，DDL-EDF调度算法得到的包交付率高于EDF，故即使包数目增加，DDL-EDF调度算法始终能保证其优越性。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法，令集合Pt为时隙t等待被调度的数据包，集合St记录时隙t调度的数据包集合；其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：初始化等待被调度的数据包集合Pt、时隙t、集合St；Pt＝{1,2,…,N}，t＝0，St初始时为空集；其中N为数据包总数；
步骤2：根据Dijkstra’s算法得到Pt中各数据包的传输路径；
步骤3：判断Pt是否为空；
若是，则本流程结果；
若否，则继续执行下述步骤4；
步骤4：对于Pt中的每一个数据包，计算各数据包优先级权重值；
步骤5：对Pt中所有数据包按照优先级权重值从小到大排序，权重值越小优先级越高；假设k表示Pt中第k个数据包，初始时令k＝0；
步骤6：按照优先级高低选择一组无干扰的数据包St；
步骤7：将St中成功到达目的节点的数据包从Pt中移除，根据路径更新数据包请求传输的链路；
步骤8：令t＝t+1，回转执行所述步骤3。
2.根据权利要求1所述的无线网络丢包感知的实时数据包调度方法，其特征在于，步骤4中所述计算各数据包优先级权重值，其具体实现包括以下子步骤：
步骤4.1：计算动态相对截止时间；数据包i在时隙t的相对截止时间为Di-t；
步骤4.2：计算优先级权重；
对于数据包i，其传输路径为一系列链路的集合，总共包含hi条链路，用ei,j(j＝1,…,hi)表示该路径上的第j条链路，其可靠度表示为r(ei,j)；则时隙t时，数据包i请求在链路ei,j上传输时，其平均需要的传输时隙为：
n i , j = 1 r ( e i , j ) ;
从当前节点到达目的节点需要的总平均传输时隙数为：
n i = &Sigma; k = j h i 1 r ( e i , k ) ;
在时隙t，数据包在链路ei,j上的优先级权重值根据如下式子计算：
其中表示不大于x的整数值。
3.根据权利要求1所述的无线网络丢包感知的实时数据包调度方法，其特征在于，步骤7中所述根据路径更新数据包请求传输的链路，其具体实现过程是：当k请求的链路不与St中数据包请求链路干扰时，令St←St∪k；当数据包k在当前时隙成功传输：若数据包k请求链路的下一跳为空或者t>Dk，将数据包k从集合Pt中移除，即Pt←Pt\k；否则，根据步骤2中得到的数据包k的传输路径更新该数据包在下一时隙请求传输的链路为当前请求链路的下一跳。
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