CN110191500A - 支持资源碎片消减的自组织网络时频资源调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持资源碎片消减的自组织网络时频资源调度方法，主要解决现有统一时隙分配协议USAP自组织网络资源分配时，产生资源碎片，影响时频资源的充分利用，造成资源浪费的问题。其实现方案是：利用节点间的信息交互获取二跳内节点的资源占用信息以及节点间的资源需求信息；利用获取的资源占用信息与资源需求信息，为自组织网络中的每个节点，建立一张资源信息表；发送端预约时隙并进行检测；接收端确认时隙并进行检测。本发明消减了资源碎片的产生，能充分利用链路资源，提高了信道复用率，可用于多信道自组织网络中节点之间链路的资源分配。

Description

支持资源碎片消减的自组织网络时频资源调度方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种自组织网络时频资源调度方法，可用于多信道自组织网络中节点之间链路的资源分配。

背景技术

统一时隙分配协议USAP是一种动态分布式的支持多跳多信道的时分多址MAC协议。USAP是一种面向链路的时隙分配协议，它允许传输节点从还未被占有的时隙中选择若干个时隙用于与邻居节点间的通信，并协调两跳内节点的时隙预约与确认方式，来保证节点间的传输没有冲突，但是现有的USAP协议只能保证无冲突的传输数据，不能保证资源被最大化利用。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于信道映射的多信道分配方法的MAC协议”(专利申请号：CN201610207355.7，申请公开号：CN105704821A)中提出了一种基于信道映射的多信道分配方法的MAC协议，该协议用于解决多信道分配的MAC协议中存在的接入时延大和节点能耗严重的技术问题。该方法将信道状态域与信道编号进行映射，当节点有业务到达并解析信道状态后，首先随机选择可用信道并切换至该信道；然后载波侦听，若所切换信道仍然空闲，则开始通信；否则继续停留在所切换信道退避等待或重新随机选择信道，直至消息成功传输。该方法存在的不足之处是，节点选择信道的随机性，不能保证资源被充分利用。

大连理工大学在其申请的专利文献“一种Ad Hoc网络的MAC层信道动态分配方法”(专利申请号：CN201310000568.9，申请公开号：CN103096483A)中公开了一种无线MAC层多信道动态分配方法，该方法将参与通信的各节点与其邻居节点形成一个小区，小区内部通过博弈论的逆向归纳方法计算通信节点选择每条信道的收益，然后选择收益最大的信道进行传输，直到小区中各节点状态实现纳什均衡。该方法存在的不足之处是，虽然在一定程度上提高了网络的吞吐量，降低了丢包率和时延，但是选择收益最大的信道进行传输，不能保证选择的该信道是否会对将来资源分配造成影响，会出现资源不能被合理利用的情形。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种支持资源碎片消减的自组织网络时频资源调度方法，以在原有USAP协议的基础上，改进其资源调度算法，消减资源碎片，提高链路利用率。

实现本发明目的的技术方案是，首先，进行节点间的信息交互，获取二跳内节点的资源占用信息以及节点间的资源需求信息；然后，在原有预约条件的基础上，对即将预约的时隙进行发送端检测，如果满足发送端检测条件，则可以进行预约，否则，拒绝预约；最后，接收端接收到预约信息后，进行接收端检测，如果满足接收端检测条件，则返回确认信息，否则，返回拒绝信息。具体步骤包括如下：

(1)利用节点间的信息交互获取二跳内节点的资源占用信息：

(1a)根据本节点的发送时隙和接收时隙，得到本节点的时隙占用信息；

(1b)发送节点将时隙占用信息经过网络管理操作NMOP帧进行广播，接收节点从收到的NMOP帧中获取发送节点时隙占用信息，并根据接收节点与发送节点之间为一跳邻居节点的关系，从获取的发送节点的时隙占用信息中记录一跳邻居节点的时隙占用信息；

(1c)接收节点将本节点与其一跳邻居节点的时隙占用信息经过NMOP帧再次进行广播，收到该广播帧的节点从中获取并记录二跳内节点的资源占用信息；

(2)利用节点间的信息交互获取二跳内节点间的资源需求信息：

(2a)自组织网络中的每个节点都记录了本节点到其一跳邻居节点的资源需求信息；

(2b)发送节点将本节点到其一跳邻居节点的资源需求信息经过网络管理操作NMOP帧进行广播，接收节点从收到的NMOP帧中得到发送节点到本节点的资源需求数，并且根据已经记录的接收节点到发送节点的资源需求，得到本节点与一跳邻居节点之间的资源需求信息；

(2c)接收节点将该节点与一跳邻居节点之间的资源需求信息经过NMOP帧再次进行广播，收到该广播帧的节点即可得到发送节点与其一跳邻居节点间的资源需求信息；

(3)为自组织网络中的每个节点，建立一张资源信息表，每个节点的资源信息表中包含有如下五种资源信息：

该节点与其所有一跳邻居节点的时隙占用信息，

该节点的一跳邻居节点与该邻居节点除本节点外的其余一跳邻居节点的时隙占用信息，

该节点到所有一跳邻居节点的资源需求，

该节点与其所有一跳邻居节点间的资源需求，

该节点的一跳邻居节点与该邻居节点除本节点外的其余一跳邻居节点间的资源需求；

(4)发送端预约时隙并进行检测：

(4a)自组织网络中的一个节点向该节点的某一个一跳邻居节点预约资源块(s,f)，在满足原有预约条件blocked(i,j,s,f)的基础上，进行发送端检测；

(4b)发送节点根据自己记录的资源信息表，得到二跳内节点间可用时隙数；

(4c)发送节点根据自己记录的资源信息表，得到与某一个一跳邻居节点之间的资源需求数以及可用时隙数，该一跳邻居节点不能是被预约节点，如果资源需求数大于可用时隙数，则执行(4g)，否则，执行(4d)；

(4d)发送节点检测该一跳邻居节点与除发送节点之外的其它一跳邻居节点之间资源需求数以及可用时隙数，如果资源需求数大于可用时隙数，则执行(4g)，否则，执行(4e)；

(4e)发送节点检测该一跳邻居节点与其所有一跳邻居节点之间资源需求总数以及可用时隙数，如果资源需求总数大于可用时隙数，执行(4g)，否则，执行(4f)；

(4f)发送节点为其余的一跳邻居节点执行上述步骤(4b)-(4e)，如果所有的条件均满足，则通过了发送端检测，可向被预约节点预约资源块(s,f)发送预约帧，执行(5)，否则，执行(4g)；

(4g)发送节点没有通过发送端检测，不能向被预约节点预约该资源块(s,f)；

(5)接收端确认时隙并进行检测：

(5a)接收节点收到预约帧后，进行接收端检测；

(5b)根据发送节点的预约帧中的时隙信息，以及接收节点记录的资源信息表，接收节点得到二跳内节点间的可用时隙数；

(5c)接收节点根据自己记录的资源信息表，得到与除发送节点之外的某一个一跳邻居节点之间的资源需求数以及可用时隙数，如果资源需求数大于可用时隙数，执行(5g)，否则，执行(5d)；

(5d)接收节点检测该一跳邻居节点与除接收节点之外的其它一跳邻居节点之间资源需求数以及可用时隙数，如果资源需求数大于可用时隙数，执行(5g)，否则，执行(5e)；

(5e)接收节点检测该一跳邻居节点与其所有一跳邻居节点之间资源需求总数以及可用时隙数，如果资源需求总数大于可用时隙数，执行(5g)，否则，执行(5f)；

(5f)接收节点为其余一跳邻居节点执行上述步骤(5b)-(5e)，如果所有的条件均满足，则通过了接收端检测，可向发送节点返回预约确认信息，否则，执行(5g)；

(5g)接收节点没有通过接收端检测，向发送节点返回预约拒绝信息。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，由于在本发明中预约节点对本次预约的时隙进行发送端检测，被预约节点对本次收到的预约的时隙信息进行接收端检测，达到消减资源碎片的目的，克服了现有技术中因产生时隙冲突而无法分配时隙，导致时频资源被浪费的问题，使得本发明可以消减资源碎片，具有提高信道复用率，充分利用链路资源的优点。

第二，由于本发明对所需传输的二跳内邻居节点的资源占用信息与资源需求信息数据进行了集中发送，克服了现有技术中获取资源需求信息及资源占用信息需要多次交互的问题，使得本发明利用较少次的数据交互便可获取需要的信息，具有低开销、交互少的优点。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是本发明资源调度使用的拓扑图；

图3是本发明实施例的发送端检测节点示意图；

图4是本发明实施例的接收端检测节点示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步的详细描述。

现有技术中，发送节点对即将预约的时频资源块没有进行本发明中的发送端检测，接收节点返回的时隙确认信息前没有进行接收端检测，并且由于资源分配的随机性，在自组织网络资源分配时，会产生资源碎片，影响时频资源的充分利用，造成浪费资源。所述资源碎片是指在USAP链路资源分配时，会出现由于资源分配不合理而导致的有空闲时频资源但却因为时隙冲突无法分配使用的情形，这些空闲不可用时频资源即称为资源碎片。本发明正是提出了一种支持资源碎片消减的自组织网络时频资源调度方法。

参照图1，对本发明的实现步骤如下：

步骤1，利用节点间的信息交互获取二跳内节点的资源占用信息。

参照图2，本步骤的具体实现如下：

(1a)根据本节点E的发送时隙ST_i和接收时隙SR_i，得到本节点E的时隙占用信息SLOT_i＝ST_i∪SR_i；

(1b)发送节点E将时隙占用信息SLOT_i经过网络管理操作NMOP帧进行广播，接收节点D从收到的NMOP帧中获取发送节点E的时隙占用信息，并根据接收节点D与发送节点E之间为一跳邻居节点的关系，因此节点D可以记录一跳邻居节点E的时隙占用信息；

(1c)接收节点D将本节点与其一跳邻居节点E的时隙占用信息经过NMOP帧再次进行广播，收到该广播帧的节点A从中获取并记录二跳范围内的节点D与节点E的资源占用信息。

步骤2，利用节点间的信息交互获取二跳内节点间的资源需求信息。

参照图2，本步骤的具体实现如下：

(2a)自组织网络中的每个节点都记录了本节点到其一跳邻居节点的资源需求信息，该资源需求信息，是指在端到端的业务流中，在给定负载的情况下，当满足端到端业务的发送需求时，其节点间还需要预约的链路资源数量；

(2b)发送节点E将到其一跳邻居节点D的资源需求信息经过NMOP帧进行广播，接收节点D从收到的NMOP帧中得到节点E到本节点D的资源需求数，并根据本节点D记录的到节点E的资源需求信息，得到本节点D与一跳邻居节点E之间的资源需求信息；

(2c)接收节点D将本节点与一跳邻居节点E之间的资源需求信息经过NMOP帧再次进行广播，收到该广播帧的节点A即可得到发送节点D与其一跳邻居节点E间的资源需求信息。

步骤3，为自组织网络中的每个节点，建立一张资源信息表。

根据步骤1与步骤2所得到的二跳内节点的资源占用信息与资源需求信息，为每个节点建立一张资源信息表，每个节点的资源信息表中包含有如下五种资源信息：

第一种资源信息，为节点与其所有一跳邻居节点的时隙占用信息，如表1所示，表1中记录了本节点的一跳邻居节点的数目N，一个复帧中的时隙的数目S，以及时隙占用情况，若表1中数据为0x0000，则代表没有占用该时隙，若表中数据为0x0001，则代表是本节点占用的时隙；若表中数据为0x0010，则代表是邻节点占用的时隙，若表中数据为0x0011，则代表本节点与邻节点共同占用的时隙；

表1节点与其所有一跳邻居节点的时隙占用信息表

第二种资源信息，为节点的一跳邻居节点与该邻居节点除本节点外的其余一跳邻居节点的时隙占用信息，如表2所示，表2中两跳邻居节点指节点的一跳邻居节点的除本节点外的其余一跳邻居节点，N表示本节点的一跳邻居节点数，M表示该一跳邻居节点除本节点外的一跳邻居节点数，表2中的信息S[i]表示表示第i个时隙的占用情况，其中0＜＝i＜S，如果S[i]为0，表示没有占用第i个时隙，如果S[i]为1，表示占用了第i个时隙；

表2节点的一跳邻居节点与两跳邻居节点的时隙占用信息表

第三种资源信息，为节点到所有一跳邻居节点的资源需求；

第四种资源信息，为节点与其所有一跳邻居节点间的资源需求；

第五种资源信息，为节点的一跳邻居节点与该邻居节点除本节点外的其余一跳邻居节点间的资源需求。

步骤4，发送端预约时隙进行发送端检测。

参照图3，本步骤的具体实现如下：

(4a)自组织网络中的一个节点A向一跳邻居节点B预约资源块(s₀,f₀)，在满足原有预约条件blocked(i,j,s,f)的基础上，进行发送端检测；

(4b)发送节点A根据自己记录的资源信息表，得到二跳内节点间可用时隙数；

(4c)发送节点A根据自己记录的资源信息表，得到与一跳邻居节点D之间的资源需求数以及可用时隙数，该一跳邻居节点不能是被预约节点B，如果资源需求数大于可用时隙数，则执行(4g)，否则，执行(4d)；

(4d)发送节点A检测该一跳邻居节点D与除发送节点之外的其它一跳邻居节点之间资源需求数以及可用时隙数，即分别检测节点D、E之间与节点D、F之间可用的时隙数以及资源需求数，如果资源需求数大于可用时隙数，则执行(4g)，否则，执行(4e)；

(4e)发送节点A检测该一跳邻居节点D与其所有一跳邻居节点之间资源需求总数以及可用时隙数，即检测一跳邻居节点D与其所有一跳邻居节点之间的资源需求总数以及节点D的可用时隙数，如果资源需求总数大于可用时隙数，执行(4g)，否则，执行(4f)；

(4f)发送节点A为其余的一跳邻居节点执行上述步骤(4b)-(4e)，如果所有的条件均满足，则通过了发送端检测，可向被预约节点预约资源块(s₀,f₀)发送预约帧，执行(5)，否则，执行(4g)；

(4g)发送节点A没有通过发送端检测，不能向被预约节点预约该资源块(s₀,f₀)。

步骤5，接收端进行检测确认时隙是否可以被预约。

参照图4，本步骤的具体实现如下：

(5a)接收节点B收到预约帧后，进行接收端检测；

(5b)根据发送节点A的预约帧中的时隙信息，以及接收节点B记录的资源信息表，接收节点B得到二跳内节点间的可用时隙数；

(5c)接收节点B根据自己记录的资源信息表，得到与除发送节点之外的一跳邻居节点G之间的资源需求数以及可用时隙数，如果资源需求数大于可用时隙数，则执行(5g)，否则，执行(5d)；

(5d)接收节点B检测该一跳邻居节点G与除接收节点之外的其它一跳邻居节点J、节点H、节点I之间资源需求数以及可用时隙数，即分别检测G、J节点之间，G、H节点之间，G、I节点之间可用的时隙数以及资源需求数，如果资源需求数大于可用时隙数，则执行(5g)，否则，执行(5e)；

(5e)接收节点B检测该一跳邻居节点G与其所有一跳邻居节点之间资源需求总数以及可用时隙数，如果资源需求总数大于可用时隙数，则执行(5g)，否则，执行(5f)；

(5f)接收节点B为其余一跳邻居节点执行上述步骤(5b)-(5e)，如果所有的条件均满足，则通过了接收端检测，可向发送节点返回预约确认信息，否则，执行(5g)；

(5g)接收节点B没有通过接收端检测，向发送节点A返回预约拒绝信息。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种支持资源碎片消减的自组织网络时频资源调度方法，其特征在于，包括如下：

(1)利用节点间的信息交互获取二跳内节点的资源占用信息：

(1a)根据本节点的发送时隙和接收时隙，得到本节点的时隙占用信息；

(1b)发送节点将时隙占用信息经过网络管理操作NMOP帧进行广播，接收节点从收到的NMOP帧中获取发送节点时隙占用信息，并根据接收节点与发送节点之间为一跳邻居节点的关系，从获取的发送节点的时隙占用信息中记录一跳邻居节点的时隙占用信息；

(1c)接收节点将本节点与其一跳邻居节点的时隙占用信息经过NMOP帧再次进行广播，收到该广播帧的节点从中获取并记录二跳内节点的资源占用信息；

(2)利用节点间的信息交互获取二跳内节点间的资源需求信息：

(2a)自组织网络中的每个节点都记录了本节点到其一跳邻居节点的资源需求信息；

(2b)发送节点将本节点到其一跳邻居节点的资源需求信息经过网络管理操作NMOP帧进行广播，接收节点从收到的NMOP帧中得到发送节点到本节点的资源需求数，并且根据已经记录的接收节点到发送节点的资源需求信息，得到本节点与一跳邻居节点之间的资源需求信息；

(2c)接收节点将该节点与一跳邻居节点之间的资源需求信息经过NMOP帧再次进行广播，收到该广播帧的节点即可得到发送节点与其一跳邻居节点间的资源需求信息；

(3)为自组织网络中的每个节点，建立一张资源信息表，每个节点的资源信息表中包含有如下五种资源信息：

该节点与其所有一跳邻居节点的时隙占用信息，

该节点的一跳邻居节点与该邻居节点除本节点外的其余一跳邻居节点的时隙占用信息，

该节点到所有一跳邻居节点的资源需求，

该节点与其所有一跳邻居节点间的资源需求，

该节点的一跳邻居节点与该邻居节点除本节点外的其余一跳邻居节点间的资源需求；

(4)发送端预约时隙并进行检测：

(4a)自组织网络中的一个节点向该节点的某一个一跳邻居节点预约资源块(s,f)，在满足原有预约条件blocked(i,j,s,f)的基础上，进行发送端检测；

(4b)发送节点根据自己记录的资源信息表，得到二跳内节点间可用时隙数；

(4c)发送节点根据自己记录的资源信息表，得到与某一个一跳邻居节点之间的资源需求数以及可用时隙数，该一跳邻居节点不能是被预约节点，如果资源需求数大于可用时隙数，则执行(4g)，否则，执行(4d)；

(4d)发送节点检测该一跳邻居节点与除发送节点之外的其它一跳邻居节点之间资源需求数以及可用时隙数，如果资源需求数大于可用时隙数，则执行(4g)，否则，执行(4e)；

(4e)发送节点检测该一跳邻居节点与其所有一跳邻居节点之间资源需求总数以及可用时隙数，如果资源需求总数大于可用时隙数，执行(4g)，否则，执行(4f)；

(4f)发送节点为其余的一跳邻居节点执行上述步骤(4b)-(4e)，如果所有的条件均满足，则通过了发送端检测，可向被预约节点预约资源块(s,f)发送预约帧，执行(5)，否则，执行(4g)；

(4g)发送节点没有通过发送端检测，不能向被预约节点预约该资源块(s,f)；

(5)接收端确认时隙并进行检测：

(5a)接收节点收到预约帧后，进行接收端检测；

(5b)根据发送节点的预约帧中的时隙信息，以及接收节点记录的资源信息表，接收节点得到二跳内节点间的可用时隙数；

(5c)接收节点根据自己记录的资源信息表，得到与除发送节点之外的某一个一跳邻居节点之间的资源需求数以及可用时隙数，如果资源需求数大于可用时隙数，执行(5g)，否则，执行(5d)；

(5d)接收节点检测该一跳邻居节点与除接收节点之外的其它一跳邻居节点之间资源需求数以及可用时隙数，如果资源需求数大于可用时隙数，执行(5g)，否则，执行(5e)；

(5e)接收节点检测该一跳邻居节点与其所有一跳邻居节点之间资源需求总数以及可用时隙数，如果资源需求总数大于可用时隙数，执行(5g)，否则，执行(5f)；

(5f)接收节点为其余一跳邻居节点执行上述步骤(5b)-(5e)，如果所有的条件均满足，则通过了接收端检测，可向发送节点返回预约确认信息，否则，执行(5g)；

(5g)接收节点没有通过接收端检测，向发送节点返回预约拒绝信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的资源碎片信息指的是在USAP链路资源分配时，会出现由于资源分配不合理而导致的有空闲时频资源但却因为时隙冲突无法分配使用的情形，这些空闲不可用时频资源即称为资源碎片。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2a)中所述的资源需求信息，是指在端到端的业务流中，在给定负载的情况下，当满足端到端业务的发送需求时，其节点间还需要预约的链路资源数量。