CN109526060B - 基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法,主要解决无线分布式网络中时隙资源预约和分配问题。本发明利用预约时隙RS发起数据时隙预约请求,利用回复时隙PS对预约请求进行基于调度分数值的排序,并回复预约请求,利用确认时隙AS进行时隙预约确认,从而完成承载普通业务的的时隙预约与分配,对于突发流式业务,采用时隙锁定机制进行快速时隙占用。本发明在降低业务数据端到端时延的同时,保证了不同节点和业务之间的时隙分配的公平性。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域,更进一步涉及无线通信技术领域中的一种基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法。本发明可以应用于移动自组织网络中用户业务数据传输的时隙资源的预约和分配。
背景技术
移动自组织网络是一种特殊的无线移动通信网络,它由一系列带有无线收发装置的可移动节点形成一个多跳的自治系统。在这种网络中不存在中心节点,网络中的每个节点的地位都是平等的,都能进行业务发起和转发。因此它能满足野外活动、救灾以及战场的通信需求,广泛用于救灾工作系统之间、单个士兵之间、以及其它需要临时快速建立通信网络的场合,具有广泛的应用前景。基于时分多址TDMA(Time Division Multiple Acess)的移动自组织网络通过时分复用将信道分给不同的节点进行数据传输,然而由于节点的移动特性和业务的多样性,时隙资源通常需要进行动态分配和调度,来适应不同业务的需求。所以如何高效地进行时隙的动态分配,降低时隙预约时延,提高时隙分配成功率,提升时隙分配对业务响应速度成为设计时隙预约和链路调度方案的关键因素。
南京航空航天大学在其申请的专利文献“一种自组织时分多址接入协议时隙利用率的提高方法”(申请号:201310028333.0申请公开号:CN 103051410 A)中公开了一种基于TDMA的时隙预约和分配方法。该方法将自组织时分多址接入协议中的时隙划分为首次分配、二次分配、数据传输和收方应答四个阶段。在首次分配阶段,预先选定当前时隙的节点通过RTR/CTR帧交互预约当前时隙。在二次分配阶段,节点采用基于竞争的时隙二次分配策略。节点通过求解网络吞吐量最大值,获知在二次分配阶段竞争预约时隙的最佳概率,并以该概率竞争预约首次分配阶段产生冲突或保持空闲的时隙。成功预约当前时隙的节点在数据传输阶段传输数据包。接收节点接收到数据包后,在收方应答阶段向发送节点应答ACK帧完成传输。该方法存在的不足之处在于,在二次分配阶段节点需要求解网络最大吞吐量,计算复杂,且对突发业务的响应能力差。
西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于优先时隙的分布式动态时隙预约方法”(申请号:201710269005.8申请公开号:CN 107172661 A)中公开了一种基于优先时隙的无线分布式动态时隙预约方法。该方法实现步骤为:(1)为每个节点划分优先占用的动态时隙;2.根据收到的勤务帧计算每个动态时隙的冲突概率;3.节点需要预约动态时隙时,先查看自己的优先时隙,若优先时隙未被占用则直接将其占用,无需进行预约过程;若优先时隙已经被占用,则启动时隙预约过程,由预约节点指定特定的空闲时隙发起预约。该方法的不足之处在于,由于该方法是由预约节点来指定所要占用的空闲时隙,在网络负载较高时,未考虑网络中其他节点对该空闲时隙的请求,时隙预约的灵活性和公平性差。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足,提出一种基于请求排序的无线分布式网络时隙预约及分配方法。本发明利用预约时隙RS、回复时隙PS、时隙AS阶段三个短帧阶段进行时隙预约、分配和确认,对于突发流式业务,采用时隙锁定机制进行快速时隙占用。在降低业务数据端到端时延的同时,保证了不同节点和业务之间的时隙预约公平性。
实现本发明目的思路是:在网节点通过预约时隙RS阶段发送时隙预约请求,通过回复时隙PS阶段对预约请求进行基于调度分数的排序,回复预约请求,通过确认时隙AS阶段对预约时隙进行确认。在数据传输阶段,在网节点检测突发流式业务,并通过时隙锁定机制快速占用时隙来传输突发流式业务。在降低业务数据端到端时延,提高数据时隙利用率的同时,保证了不同节点和业务之间的时隙预约公平性。
本发明的具体步骤如下:
(1)节点入网:
(1a)采用时分多址TDMA接入方式,每个待入网的节点选择自己的广播时隙;
(1b)每个待入网节点,按照下式选取自己对应的预约时隙RS、回复时隙PS、确认时隙AS分别在各自阶段中的位置:
Is=(Nb+Ic)%Nn
其中,Is表示第s个待入网节点对应的预约时隙RS、回复时隙PS、确认时隙AS分别在各自阶段中的位置序号,所述的三个时隙在各自阶段中的位置序号是相同的,Nb表示待入网节点占据的广播时隙号,Ic表示当前复帧的循环移位系数,%表示算数取模操作,Nn表示当前网络中所能容纳的最多节点数;
(1c)每个待入网的节点记录其广播时隙位置和预约时隙RS、回复时隙PS、确认时隙AS分别在各自阶段中的位置,完成广播时隙和短帧时隙分配;
(1d)将所有完成广播时隙和短帧时隙分配节点中的每个节点作为在网节点,对每个在网节点分别执行步骤2、3、4、5、6、7、8、9的操作;
(2)在网节点进入预约时隙RS阶段:
(2a)在网节点清空本地时隙表;
(2b)在网节点设置预约时隙阶段计时器,保持静默并侦听来自其他节点的预约请求帧;
(2c)在网节点记录预约请求块中接收节点地址为多播地址或自身节点地址的预约请求块,形成请求记录;
(2d)在网节点对应的预约时隙RS起始时刻,在网节点检查所有业务子队列非空时,将业务队列中数据包的接收地址、优先级、排队等待时延信息写入预约请求块;
(2e)在网节点将多个预约请求块组成预约请求帧,在对应的预约时隙RS广播预约请求帧;
(2f)在网节点判断预约时隙阶段计时器是否到期,若是,则执行步骤(3),否则,执行步骤(2b);
(3)在网节点进入回复时隙PS阶段:
(3a)在网节点设置回复时隙阶段计时器,保持静默并侦听来自其他节点的回复时隙帧;
(3b)节点在收到回复时隙帧后,在本地时隙表中找到与回复时隙帧中的每个预约回复块的时隙位置对应的时隙位置,在所找到的时隙位置的占用链路集合中加入由请求节点和回复节点组成的链路;
(3c)在网节点检查预约回复帧中请求节点地址为本节点地址时,根据预约回复块中的时隙号构建时隙确认块,存储时隙确认块形成时隙确认记录;
(3d)在网节点在对应的回复时隙PS起始时刻,按照下式,计算预约记录中每个预约请求块的调度分数值:
其中,Sh表示预约记录中第h个预约请求块的调度分数值,α表示取值为0.5的等待时间系数,th表示第h个预约请求块中的等待时间,Wh表示第h个预约请求块对应的等待时间阈值,β表示取值为0.5的队列长度系数,qh表示第h个预约请求块中的队列长度,L表示取值为120的节点队列容量;
(3e)在网节点将请求记录中所有预约请求块,按照各自的调度分数值进行从大到小排序;
(3f)在网节点从请求记录中选取调度分值最高的预约请求块,扫描自己本地时隙表中当前复帧部分;
(3g)判断当前复帧部分中是否存在可分配的时隙位置,若是,则执行步骤(3h),否则,从请求记录中删除该预约请求块后执行步骤(3f);
(3h)在网节点在本地时隙表中可分配的时隙位置的占用链路集合中,加入由调度分值最高的预约请求块中请求节点地址和本节点地址构成的链路;
(3i)在网节点将调度分值最高的预约请求块的请求节点地址和可分配的时隙位置组成预约回复块,从请求记录中删除该预约请求块;
(3j)判断请求记录是否为空,若是,执行步骤(3k),否则,执行步骤(3f);
(3k)将所有的预约回复块组成回复时隙帧,在网节点于对应的回复时隙PS广播回复时隙帧;
(3l)判断回复时隙阶段计时器是否到期,若是,执行步骤(4),否则,执行步骤(3a);
(4)在网节点进入确认时隙AS阶段:
(4a)在网节点设置确认时隙阶段计时器,保持静默并侦听来自其他节点的确认时隙帧;
(4b)在网节点在收到确认时隙帧后,将由确认时隙帧中每个时隙确认块里的确认节点地址、回复节点地址组成的链路加入到在网节点本地时隙表中对应时隙位置的占用链路集合中;
(4c)在网节点在本节点对应的确认时隙AS起始时刻,将时隙确认记录中的时隙确认块组合成为时隙确认帧,并广播时隙确认帧;
(4d)判断确认时隙阶段计时器是否到期,若是,执行步骤(5),否则,执行步骤(4a);
(5)在网节点进入数据时隙DS阶段:
(5a)在网节点设置数据时隙阶段计时器,按照自己本地时隙表中占用链路集合进行数据传输;
(5b)判断一个复帧周期内上层进入业务队列的相同接收地址的业务数据包数目是否超过设置为6的流阈值,若是,则将进入业务队列的相同接收地址的业务数据包的接收地址作为流目的地址;
(6)判断当前复帧在本地时隙表中对应位置中是否存在可用时隙,若存在,则执行步骤(7);否则,执行步骤(5);
(7)利用时隙锁定方法,在网节点预约时隙资源:
(7a)将可用时隙加入到锁定时隙集合中,并将在网节点的地址赋值给流源地址;
(7b)将赋值后的流源地址、锁定时隙集合、流目的地址组成时隙锁定SL帧;
(7c)按照下式,计算下一个可用时隙在网节点发送时隙锁定SL帧的概率:
其中,P表示下一个可用时隙在网节点发送时隙锁定SL帧的概率,e表示以自然对数e为底的指数操作,K表示取值为2的系数,Nc表示已入网的节点总数,Nn表示取值为32的所能容纳最多已入网节点数,Ds表示在网节点发送时隙与该在网节点上一次发送时隙的距离,且满足1≤Ds≤Dt,Dt表示的时隙距离阈值;
(7d)在下一个可用时隙的数据部分中的时隙锁定部分,以概率P发送时隙锁定SL帧;
(7e)在网节点收到来自其他已入网节点的时隙锁定SL帧时,从收到的时隙锁定SL帧中取出锁定时隙集合和流目的地址,对锁定时隙集合中的每一个时隙位置,在本地时隙表中相应位置的占用链路集合中添加由时隙锁定SL帧中流源地址和流目的地址组成的链路;
(7f)流目的地址不是在网节点地址时,在网节点在数据时隙中回复部分中的时隙锁定回复部分转发时隙锁定SL帧;
(8)判断数据时隙阶段计时器是否到期,若是,则执行步骤(9),否则,执行步骤(5);
(9)在网节点更新短帧时隙位置和循环移位系数:
(9a)在网节点将对应的RS时隙,PS时隙以及AS时隙位置在各自阶段中的位置向右循环移位一次;
(9b)按照下式,在网节点更新循环移位系数:
Ic=(Ic+1)%Nn
其中,Ic表示在网节点的循环移位系数,%表示算数取模操作,Nn表示当前网络中所能容纳的最多节点数;
(10)完成在网节点复帧时隙的预约和分配。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
第一,由于本发明利用时隙锁定方法,在网节点预约时隙资源,对网络负载较大时的突发业务采取激进的预约和分配策略,克服了现有技术需要求解网络最大吞吐量,计算复杂,且对突发业务的响应能力差的问题,使得本发明具有能够及时响应突发业务,业务数据端到端时延小的优点。
第二,在网节点进入回复时隙PS阶段,对预约请求进行基于调度分值的排序分配和在网节点更新短帧时隙位置和循环移位系数的方法,由接收节点来进行时隙分配,充分考虑了网络负载较重时不同业务的特点和需求,克服了现有技术由预约节点来指定所要占用的空闲时隙,在网络负载较高时,未考虑网络中其他节点对该空闲时隙的请求,时隙预约的灵活性和公平性差的缺点,使得本发明具有了在网节点时隙预约在不同复帧之间和同一复帧内的公平性和灵活性的提高的优点。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为本发明时分多址TDMA超帧图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参照附图1,对本发明的具体步骤做进一步的详细描述。
步骤1,节点入网。
采用时分多址TDMA接入方式,每个待入网的节点选择自己的广播时隙。
所述时分多址TDMA接入方式的具体步骤如下。
第1步:每个待入网节点侦听一个超帧长度的时间,记录这段时间内该待入网节点收到的一跳邻居节点广播消息;所述的广播消息包含发送一跳邻居节点广播消息的节点的广播时隙占用信息、该节点一跳邻居节点的广播时隙占用信息、当前复帧的循环移位系数。
第2步,判断待入网节点是否收到广播消息,若是,则执行本步骤的第3步,否则,执行本步骤的第5步。
第3步,判断所收到广播消息中是否存在空闲广播时隙,若存在,则执行本步骤的第4步,否则,待入网节点入网失败。
第4步,待入网节点在所收到广播消息的空闲广播时隙中随机选择一个空闲广播时隙,作为该节点的广播时隙。
第5步,待入网节点在所有可用的广播时隙中随机选择一个作为自己的广播时隙。
复帧0、复帧1到复帧N中每个复帧中预约时隙阶段,回复时隙阶段,确认时隙阶段的位置如图2所示。
按照下式,每个待入网节点选取自己对应的预约时隙RS、回复时隙PS、确认时隙AS分别在每个复帧中各自阶段中的位置。
Is=(Nb+Ic)%Nn
其中,Is表示第s个待入网节点对应的预约时隙RS、回复时隙PS、确认时隙AS分别在每个复帧中各自阶段中的位置,所述的三个时隙在各自阶段中的位置是相同的,Nb表示待入网节点占据的广播时隙号,Ic表示当前复帧的循环移位系数,Nn表示当前网络中所能容纳的最多节点数。
每个待入网的节点记录其广播时隙位置和预约时隙RS、回复时隙PS、确认时隙AS分别在各自阶段中的位置,完成广播时隙和短帧时隙分配。
将所有完成广播时隙和短帧时隙分配节点中的每个节点作为在网节点,对每个在网节点分别执行步骤2、3、4、5、6、7、8、9的操作。
步骤2,在网节点进入预约时隙RS阶段。
(2.1)在网节点清空本地时隙表。
(2.2)在网节点设置预约时隙阶段计时器,保持静默并侦听来自其他节点的预约请求帧。
(2.3)在网节点记录预约请求块中接收节点地址为多播地址或自身节点地址的预约请求块,形成请求记录。
(2.4)在网节点对应的预约时隙RS起始时刻,在网节点检查所有业务子队列非空时,将业务队列中数据包的接收地址、优先级、排队等待时延信息写入预约请求块。
(2.5)在网节点将多个预约请求块组成预约请求帧,在对应的预约时隙RS广播预约请求帧。
(2.6)在网节点判断是否出现预约时隙阶段计时器到期,若是,执行步骤3,否则,执行步骤(2.2)。
步骤3,在网节点进入回复时隙PS阶段。
(3.1)在网节点设置回复时隙阶段计时器,保持静默并侦听来自其他节点的回复时隙帧。
(3.2)节点在收到回复时隙帧后,在本地时隙表中找到与回复时隙帧中的每个预约回复块的时隙位置对应的时隙位置,在所找到的时隙位置的占用链路集合中加入由请求节点和回复节点组成的链路。
(3.3)所述占用链路集合是指,节点的本地时隙表中每个时隙位置中用来存储占用该时隙位置全部链路的数据结构。
(3.4)在网节点检查预约回复帧中请求节点地址为本节点地址时,根据预约回复块中的时隙号构建时隙确认块,存储时隙确认块形成时隙确认记录。
(3.4)在网节点在对应的回复时隙PS起始时刻,按照下式,计算预约记录中每个预约请求块的调度分数值。
其中,Sh表示预约记录中第h个预约请求块的调度分数值,α表示取值为0.5的等待时间系数,β表示取值为0.5的队列长度系数,th表示第h个预约请求块中的等待时间,Th表示第h个预约请求块对应的等待时间阈值,qh表示第h个预约请求块中的队列长度,Q表示取值为120的节点队列最大长度。
所述等待时间阈值是指,将每个预约请求块中的优先级对应的最长等待时间,作为与该预约请求块对应的等待时间阈值。
(3.5)在网节点将请求记录中所有预约请求块,按照各自的调度分数值进行从大到小排序。
(3.6)在网节点从请求记录中选取调度分值最高的预约请求块,扫描自己本地时隙表中当前复帧部分。
(3.7)判断当前复帧部分中是否存在可分配的时隙位置,若是,则执行步骤(3.8),否则,从请求记录中删除该预约请求块后执行步骤(3.6)。
(3.8)所述存在可分配的时隙位置是指,在网节点本地时隙表中时隙位置的占用链路集合为空,或者时隙位置的占用链路集合中的所有发送节点都不是自己的一跳邻居节点的时隙位置,作为可分配的时隙位置。
(3.9)在网节点在本地时隙表中可分配的时隙位置的占用链路集合中,加入由调度分值最高的预约请求块中请求节点地址和本节点地址构成的链路。
(3.10)在网节点将调度分值最高的预约请求块的请求节点地址和可分配的时隙位置组成预约回复块,从请求记录中删除该预约请求块。
(3.11)判断请求记录是否为空,若是,执行步骤(3.12),否则,执行步骤(3.6)。
(3.12)将所有的预约回复块组成回复时隙帧,在网节点对应的回复时隙PS广播回复时隙帧。
(3.13)判断回复时隙阶段计时器是否到期,若是,执行步骤4,否则执行步骤(3.1)。
步骤4,在网节点进入确认时隙AS阶段对预约时隙进行确认。
在网节点设置确认时隙阶段计时器,保持静默并侦听来自其他节点的确认时隙帧。
在网节点在收到确认时隙帧后,将由确认时隙帧中每个时隙确认块里的确认节点地址、回复节点地址组成的链路加入到在网节点本地时隙表中对应时隙位置的占用链路集合中。
在网节点在本节点对应的确认时隙AS起始时刻,将时隙确认记录中的时隙确认块组合成为时隙确认帧,并广播时隙确认帧。
判断判断确认时隙阶段计时器是否到期,若是,执行步骤5,否则,执行步骤4。
步骤5,在网节点进入数据时隙DS阶段,传输业务数据,检测突发流式业务。
在网节点设置数据时隙阶段计时器,按照自己本地时隙表中占用链路集合进行数据传输。
判断一个复帧周期内上层进入业务队列的相同接收地址的业务数据包数目是否超过设置为6的流阈值,若是,则将进入业务队列的相同接收地址的业务数据包的接收地址作为流目的地址。
步骤6,判断当前复帧在本地时隙表中对应位置中是否存在可用时隙,若存在,则执行步骤7;否则,执行步骤5。
所述的可用时隙是指满足以下条件的时隙:
其中,Ss表示本地时隙表中可用时隙位置占用链路集合中发送节点的集合,∩表示交集符号,Or为流目的地址一跳节点集合,表示空集符号,Sr表示本地时隙表中可用时隙位置占用链路集合中接收节点的集合,Os表示本节点一跳节点集合。
步骤7,在网节点使用时隙锁定方法,为在网节点突发流业务预约时隙资源。
将可用时隙加入到锁定时隙集合中,并将在网节点的地址赋值给流源地址。
所述的锁定时隙集合是指,用于记录在网节点所有找到的可用时隙的集合的数据结构。
将赋值后的流源地址、锁定时隙集合、流目的地址组成时隙锁定SL帧。
按照下式,计算下一个可用时隙在网节点发送时隙锁定SL帧的概率。
其中,P表示下一个可用时隙在网节点发送时隙锁定SL帧的概率,e表示以自然对数e为底的指数操作,K表示取值为2的系数,Nc表示已入网的节点总数,Nn表示取值为32的所能容纳最多已入网节点数,Ds表示在网节点发送时隙与该在网节点上一次发送时隙的距离,且满足1≤Ds≤Dt,Dt表示的时隙距离阈值。
所述的时隙距离阈值等于复帧中所包含的所有数据时隙DS数目的一半。
在下一个可用时隙的数据部分中的时隙锁定部分,以概率P发送时隙锁定SL帧。
所述的可用时隙,是指满足以下条件的时隙:
其中,Ss表示本地时隙表中可用时隙位置占用链路集合中发送节点的集合,∩表示交集符号,Or为流目的地址一跳节点集合,表示空集符号,Sr表示本地时隙表中可用时隙位置占用链路集合中接收节点的集合,Os表示本节点一跳节点集合。
在网节点收到来自其他已入网节点的时隙锁定SL帧时,从收到的时隙锁定SL帧中取出锁定时隙集合和流目的地址,对锁定时隙集合中的每一个时隙位置,在本地时隙表中相应位置的占用链路集合中添加由时隙锁定SL帧中流源地址和流目的地址组成的链路。
流目的地址不是在网节点地址时,在网节点在数据时隙中回复部分中的时隙锁定回复部分转发时隙锁定SL帧。
步骤8,判断数据时隙阶段计时器是否到期,若是,则执行步骤9,否则,执行步骤5。
步骤9,在网节点更新短帧时隙位置和循环移位系数。
在网节点将对应的RS时隙,PS时隙以及AS时隙位置在各自阶段中的位置进行一次向右的循环移位
在网节点按下式更新循环移位系数:
Ic=(Ic+1)%Nn
其中,Ic表示在网节点的循环移位系数,Nn表示当前网络中所能容纳的最多节点数。
步骤10,完成在网节点复帧时隙的预约和分配。
Claims (8)
1.一种基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法,其特征在于,在网节点进入预约时隙RS阶段,记录并发起预约请求,在网节点进入回复时隙PS阶段,对预约请求进行基于调度分值的排序分配,并回复预约请求,在网节点进入确认时隙AS阶段对预约时隙进行确认,在网节点使用时隙锁定方法,为在网节点突发流业务预约时隙资源;在网节点更新短帧时隙位置和循环移位系数,该方法具体步骤包括如下:
(1)节点入网:
(1a)采用时分多址TDMA接入方式,每个待入网的节点选择自己的广播时隙;
(1b)每个待入网节点,按照下式选取自己对应的预约时隙RS、回复时隙PS、确认时隙AS分别在各自阶段中的位置:
Is=(Nb+Ic)%Nn
其中,Is表示第s个待入网节点对应的预约时隙RS、回复时隙PS、确认时隙AS分别在各自阶段中的位置序号,所述的三个时隙在各自阶段中的位置序号是相同的,Nb表示待入网节点占据的广播时隙号,Ic表示当前复帧的循环移位系数,%表示算数取模操作,Nn表示当前网络中所能容纳的最多节点数;
(1c)每个待入网的节点记录其广播时隙位置和预约时隙RS、回复时隙PS、确认时隙AS分别在各自阶段中的位置,完成广播时隙和短帧时隙分配;
(1d)将所有完成广播时隙和短帧时隙分配节点中的每个节点作为在网节点,对每个在网节点分别执行步骤(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)的操作;
(2)在网节点进入预约时隙RS阶段:
(2a)在网节点清空本地时隙表;
(2b)在网节点设置预约时隙阶段计时器,保持静默并侦听来自其他节点的预约请求帧;
(2c)在网节点记录预约请求块中接收节点地址为多播地址或自身节点地址的预约请求块,形成请求记录;
(2d)在网节点对应的预约时隙RS起始时刻,在网节点检查所有业务子队列非空时,将业务队列中数据包的接收地址、优先级、排队等待时延信息写入预约请求块;
(2e)在网节点将多个预约请求块组成预约请求帧,在对应的预约时隙RS广播预约请求帧;
(2f)在网节点判断预约时隙阶段计时器是否到期,若是,则执行步骤(3),否则,执行步骤(2b);
(3)在网节点进入回复时隙PS阶段:
(3a)在网节点设置回复时隙阶段计时器,保持静默并侦听来自其他节点的回复时隙帧;
(3b)节点在收到回复时隙帧后,在本地时隙表中找到与回复时隙帧中的每个预约回复块的时隙位置对应的时隙位置,在所找到的时隙位置的占用链路集合中加入由请求节点和回复节点组成的链路;
(3c)在网节点检查预约回复帧中请求节点地址为本节点地址时,根据预约回复块中的时隙号构建时隙确认块,存储时隙确认块形成时隙确认记录;
(3d)在网节点在对应的回复时隙PS起始时刻,按照下式,计算预约记录中每个预约请求块的调度分数值:
其中,Sh表示预约记录中第h个预约请求块的调度分数值,α表示取值为0.5的等待时间系数,th表示第h个预约请求块中的等待时间,Wh表示第h个预约请求块对应的等待时间阈值,β表示取值为0.5的队列长度系数,qh表示第h个预约请求块中的队列长度,L表示取值为120的节点队列容量;
(3e)在网节点将请求记录中所有预约请求块,按照各自的调度分数值进行从大到小排序;
(3f)在网节点从请求记录中选取调度分值最高的预约请求块,扫描自己本地时隙表中当前复帧部分;
(3g)判断当前复帧部分中是否存在可分配的时隙位置,若是,则执行步骤(3h),否则,从请求记录中删除该预约请求块后执行步骤(3f);
(3h)在网节点在本地时隙表中可分配的时隙位置的占用链路集合中,加入由调度分值最高的预约请求块中请求节点地址和本节点地址构成的链路;
(3i)在网节点将调度分值最高的预约请求块的请求节点地址和可分配的时隙位置组成预约回复块,从请求记录中删除该预约请求块;
(3j)判断请求记录是否为空,若是,执行步骤(3k),否则,执行步骤(3f);
(3k)将所有的预约回复块组成回复时隙帧,在网节点于对应的回复时隙PS广播回复时隙帧;
(3l)判断回复时隙阶段计时器是否到期,若是,执行步骤(4),否则,执行步骤(3a);
(4)在网节点进入确认时隙AS阶段:
(4a)在网节点设置确认时隙阶段计时器,保持静默并侦听来自其他节点的确认时隙帧;
(4b)在网节点在收到确认时隙帧后,将由确认时隙帧中每个时隙确认块里的确认节点地址、回复节点地址组成的链路加入到在网节点本地时隙表中对应时隙位置的占用链路集合中;
(4c)在网节点在本节点对应的确认时隙AS起始时刻,将时隙确认记录中的时隙确认块组合成为时隙确认帧,并广播时隙确认帧;
(4d)判断确认时隙阶段计时器是否到期,若是,执行步骤(5),否则,执行步骤(4a);
(5)在网节点进入数据时隙DS阶段:
(5a)在网节点设置数据时隙阶段计时器,按照自己本地时隙表中占用链路集合进行数据传输;
(5b)判断一个复帧周期内上层进入业务队列的相同接收地址的业务数据包数目是否超过设置为6的流阈值,若是,则将进入业务队列的相同接收地址的业务数据包的接收地址作为流目的地址;
(6)判断当前复帧在本地时隙表中对应位置中是否存在可用时隙,若存在,则执行步骤(7);否则,执行步骤(5);
(7)利用时隙锁定方法,在网节点预约时隙资源:
(7a)将可用时隙加入到锁定时隙集合中,并将在网节点的地址赋值给流源地址;
(7b)将赋值后的流源地址、锁定时隙集合、流目的地址组成时隙锁定SL帧;
(7c)按照下式,计算下一个可用时隙在网节点发送时隙锁定SL帧的概率:
其中,P表示下一个可用时隙在网节点发送时隙锁定SL帧的概率,e表示以自然对数e为底的指数操作,K表示取值为2的系数,Nc表示已入网的节点总数,Nn表示取值为32的所能容纳最多已入网节点数,Ds表示在网节点发送时隙与该在网节点上一次发送时隙的距离,且满足1≤Ds≤Dt,Dt表示的时隙距离阈值;
(7d)在下一个可用时隙的数据部分中的时隙锁定部分,以概率P发送时隙锁定SL帧;
(7e)在网节点收到来自其他已入网节点的时隙锁定SL帧时,从收到的时隙锁定SL帧中取出锁定时隙集合和流目的地址,对锁定时隙集合中的每一个时隙位置,在本地时隙表中相应位置的占用链路集合中添加由时隙锁定SL帧中流源地址和流目的地址组成的链路;
(7f)流目的地址不是在网节点地址时,在网节点在数据时隙中回复部分中的时隙锁定回复部分转发时隙锁定SL帧;
(8)判断数据时隙阶段计时器是否到期,若是,则执行步骤(9),否则,执行步骤(5);
(9)在网节点更新短帧时隙位置和循环移位系数:
(9a)在网节点将对应的RS时隙,PS时隙以及AS时隙位置在各自阶段中的位置向右循环移位一次;
(9b)按照下式,在网节点更新循环移位系数:
Ic=(Ic+1)%Nn
其中,Ic表示在网节点的循环移位系数,%表示算数取模操作,Nn表示当前网络中所能容纳的最多节点数;
(10)完成在网节点复帧时隙的预约和分配。
2.根据权利要求1所述的基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法,其特征在于,步骤(1a)中所述时分多址TDMA接入方式的具体步骤如下:
第一步:每个待入网节点侦听一个超帧长度的时间,记录这段时间内该待入网节点收到的一跳邻居节点广播消息;所述的广播消息包含发送一跳邻居节点广播消息的节点的广播时隙占用信息、该节点一跳邻居节点的广播时隙占用信息、当前复帧的循环移位系数;
第二步,判断待入网节点是否收到广播消息,若是,则执行第三步,否则,执行第五步;
第三步,判断所收到广播消息中是否存在空闲广播时隙,若存在,则执行第四步,若不存在,则待入网节点入网失败;
第四步,待入网节点在所收到广播消息的空闲广播时隙中随机选择一个空闲广播时隙,作为该节点的广播时隙;
第五步,待入网节点在所有可用的广播时隙中随机选择一个作为自己的广播时隙。
3.根据权利要求1所述的基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法,其特征在于,步骤(3b)中所述占用链路集合是指,节点的本地时隙表中每个时隙位置中用来存储占用该时隙位置全部链路的数据结构。
4.根据权利要求1所述的基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法,其特征在于,步骤(3d)中所述等待时间阈值是指,将每个预约请求块中的优先级对应的最长等待时间,作为与该预约请求块对应的等待时间阈值。
5.根据权利要求1所述的基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法,其特征在于,步骤(3g)中所述存在可分配的时隙位置是指,在网节点本地时隙表中时隙位置的占用链路集合为空,或者时隙位置的占用链路集合中的所有发送节点都不是自己的一跳邻居节点的时隙位置,作为可分配的时隙位置。
6.根据权利要求1所述的基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法,其特征在于,步骤(7a)中所述的锁定时隙集合是指,用于记录在网节点所有找到的可用时隙的集合的数据结构。
8.根据权利要求1所述的基于请求排序的无线分布式网络时隙预约和分配方法,其特征在于,步骤(7c)所述的时隙距离阈值等于复帧中所包含的所有数据时隙DS数目的一半。
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