CN113766653B - 一种面向业务需求的tdma时隙分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向业务需求的TDMA时隙分配方法，包括以下步骤：S1：基本优先级；S2：Qos需求；S3：业务量需求；S4：业务的接入成功率；S5：用户公平性；S6：综合考虑。本发明针对TDMA协议中存在的无法根据不同的业务需求动态调整时隙分配的问题，综合考虑业务的重要性与QOS需求、业务量需求，对业务的优先级进行动态调整，从而在时隙申请时通过业务优先级高的节点优先申请时隙的方式，达到业务相对公平，避免低优先级业务始终无法申请到时隙的问题。

Description

一种面向业务需求的TDMA时隙分配方法

技术领域

本发明涉及TDMA时隙分配技术领域，具体涉及一种面向业务需求的TDMA时隙分配方法。

背景技术

TDMA(Timedivisionmultipleaccess)是一种实现共享传输介质(一般是无线电领域)或者网络的通信技术。它允许多个用户在不同的时隙使用相同的介质，每个用户相继在自己的时隙传输信息。

QoS(QualityofService，服务质量)指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，QoS需求一般指对一些服务参数(吞吐量、时延等)的要求。

业务优先级是一种区分不同业务重要性的关键指标，通过区分不同业务的优先级，可以有效提高网络效率，缩短业务的交付时延。在制定业务的优先级时，业务QoS需求，业务量以及业务接入成功率是其主要考虑因素。本方案针对传统静态优先级制定策略进行改进，通过综合考虑业务QoS需求，业务量以及业务接入成功率，在为节点分配时隙时，动态调整业务的优先级，实现时隙分配的优化。

现有的技术方案，一类直接针对业务QoS要求，例如时延，固定分配业务优先级，一类基于网络结构，针对节点设定优先级，例HD-MAC:A throughput enhancing TDMA-basedprotocol in high dynamic environments中提供了一种节点优先级计算方法，根据节点ID来计算每个节点的优先级，不同优先级节点在占用时隙时，高优先级的节点有权占用非分配的空闲时隙。

目前，现有的各类TDMA算法，由于有的网络结构有主节点或者其他因素，使用节点优先级而非业务优先级，可能会出现优先级高的节点所需要传输的业务优先级比较低或者相对不迫切，从而造成时隙的不合理分配，使得低优先级节点的迫切业务无法传输，有的算法考虑了业务的优先级，但是仅仅是固定分配的业务优先级，不能根据业务情况和网络情况进行动态调整，可能会导致低优先级业务始终无法传输等问题。

为此，我们提出一种面向业务需求的TDMA时隙分配方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种面向业务需求的TDMA时隙分配方法，针对业务进行优先级优化，通过基于业务的TDMA时隙分配方案，综合考率业务的Qos需求以及接入成功率与网络情况，充分利用时隙资源以解决上述问题。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种面向业务需求的TDMA时隙分配方法，包括以下步骤：

S1：基本优先级；

S2：Qos需求；

S3：业务量需求；

S4：业务的接入成功率；

S5：用户公平性；

S6：综合考虑。

优选地，步骤S1中，首先根据业务类型有一个基本的业务优先级划分，其中业务优化级的数字越大，优先级越高。

优选地，步骤S2中，考虑到Qos的需求，我们将根据业务的剩余时间动态调整其优先级；

定义与QoS需求相关的优先级函数如下：

其中delay_i为业务i的时延需求，t_wait,i/t_remain,i为业务i的等待时间或剩余时间；

当业务的等待时间超过时延需求的1/3时，P_i(QoS)＞1，当超过时延需求的2/3时，P_i(QoS)＞2；注意当业务的等待时间过长，即使给其分配时隙资源也无法满足时延需求时，需要将此业务放弃，也就无需再计算此业务的优先级。

优选地，步骤S3中，考虑到同一种业务也会有业务量差异，并且一般情况下，业务量小的业务优先级应该更高，因此定义与业务量需求相关的优先级函数如下：

其中Slot_i为业务i根据其业务量、传输速率和时延需求计算而得到的当前时隙请求数目，Toral_Free_Slot为当前帧里面所有的空闲时隙数目；

对同一种业务而言，其需求的时隙数目越小，我们认为其优先级越高。

优选地，步骤S4中，当时延需求小、业务量小的业务优先级较高时，可能会导致视频和文件这类业务的接入成功率较低，因此我们考虑根据当前每种业务的接入成功率动态调整每种业务的优先级；

定义与业务接入成功率相关的优先级函数如下：

其中为此种业务在时间T内成功接入的个数，而Num_i为此种业务在时间T内申请的个数；

当某种业务的接入成功率小于相应的成功率要求时，需要考虑将此种业务的优先级大大增加。

优选地，步骤S5中，由于上述的几种优先级调整方案都是针对业务而言，因此很大可能造成不同用户之间业务接入率不公平的现象；

为了改善此情况，定义与用户公平性相关的业务优先级调整函数如下：

其中为申请业务i的用户在时间T内对此种业务接入成功的个数，而user_i为此用户对此种业务在时间T内申请的总个数；

当用户在某种业务上的接入成功率较低时，考虑将此用户在此种业务上的优先级增加。

优选地，步骤S6中，综合上述考虑，节点在时隙分配过程中，应该根据基本业务优先级、业务的等待时间、业务量大小、此种业务的接入成功率等动态调整申请业务的优先级，其具体表达式为：

P_i(mul)＝α₁·P_i(basic)+α₂·P_i(QoS)+α₃·P_i(load)+α₄·P_i(success)+α₅·P_i(user)

其中P_i(basic)为此业务基本的优先级级别，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅为每个部分相应的权重系数；

开始时可以考虑将α₁，α₂，α₃，α₄，α₅设为相同的数值，但当发现某种业务的接入成功率低于一个阈值时，考虑增加α₄的数值从而增加其重要程度，如有某项参数的优化不考虑，可以令其对应的权重系数为0。

为了减小控制开销，考虑优先级为最大为N的整数值，考虑优先级调整一般为向上调整，往往需要满足一定情况才有调整的必要，采用向下取整的办法；

其中P_i为该业务的最终优先级。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一：业务优先级不是传统的固定分配，而是固定分配与动态分配相结合的，从而可以根据不同的业务需求以及网络情况动态调整时隙分配方式。

第二：该时隙分配方案为基于业务的，即在时隙申请和冲突解决时将业务优先级作为判定条件，而不是根据节点优先级等其他方式来进行判定，精确到业务，避免高优先级节点优先为非迫切业务申请到时隙。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的TDMA时隙分配方案流程图；

图2为本发明的业务优先级图表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明提供一种技术方案：一种面向业务需求的TDMA时隙分配方法，包括以下步骤：

S1：基本优先级

首先根据业务类型进行一个基本的业务优先级划分，其中业务优化级的数字越大，优先级越高(如图2表1所示)。

S2：Qos需求

考虑到Qos的需求，我们将根据业务的剩余时间动态调整其优先级；

定义与QoS需求相关的优先级函数如下：

其中delay_i为业务i的时延需求，t_wait,i/t_remain,i为业务i的等待时间或剩余时间；

当业务的等待时间超过时延需求的1/3时，P_i(QoS)＞1；当超过时延需求的2/3时，P_i(QoS)＞2；注意当业务的等待时间过长，即使给其分配时隙资源也无法满足时延需求时，需要将此业务放弃，也就无需再计算此业务的优先级。

S3：业务量需求

考虑到同一种业务也会有业务量差异，并且一般情况下，业务量小的业务优先级应该更高，因此定义与业务量需求相关的优先级函数如下：

其中Slot_i为业务i根据其业务量、传输速率和时延需求计算而得到的当前时隙请求数目，Total_Free_Slot为当前帧里面所有的空闲时隙数目；

对同一种业务而言，其需求的时隙数目越小，我们认为其优先级越高。

S4：业务的接入成功率

当时延需求小、业务量小的业务优先级较高时，可能会导致视频和文件这类业务的接入成功率较低，因此我们考虑根据当前每种业务的接入成功率动态调整每种业务的优先级；

定义与业务接入成功率相关的优先级函数如下：

其中为此种业务在时间T内成功接入的个数，而Num_i为此种业务在时间T内申请的个数；

当某种业务的接入成功率小于相应的成功率要求时，需要考虑将此种业务的优先级大大增加。

S5：用户公平性

由于上述的几种优先级调整方案都是针对业务而言，因此很大可能造成不同用户之间业务接入率不公平的现象；

为了改善此情况，定义与用户公平性相关的业务优先级调整函数如下：

其中为申请业务i的用户在时间T内对此种业务接入成功的个数，而user_i为此用户对此种业务在时间T内申请的总个数。

当用户在某种业务上的接入成功率较低时，考虑将此用户在此种业务上的优先级增加。

S6：综合考虑

综合上述考虑，节点在时隙分配过程中，应该根据基本业务优先级、业务的等待时间、业务量大小、此种业务的接入成功率等动态调整申请业务的优先级，其具体表达式为：

P_i(mul)＝α₁·P_i(basic)+α₂·P_i(QoS)+α₃·P_i(load)+α₄·P_i(success)+α₅·P_i(user)

其中P_i(basic)为此业务基本的优先级级别(根据表1可得)，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅为每个部分相应的权重系数。

开始时可以考虑将α₁，α₂，α₃，α₄，α₅设为相同的数值，但当发现某种业务的接入成功率低于一个阈值时，考虑增加α₄的数值从而增加其重要程度，如有某项参数的优化不考虑，可以令其对应的权重系数为0。

为了减小控制开销，考虑优先级为最大为N的整数值，考虑优先级调整一般为向上调整，往往需要满足一定情况才有调整的必要，采用向下取整的办法。

其中P_i为该业务的最终优先级。

S7：如图1的TDMA时隙分配方案流程图所示，每个节点在自己的信令时隙到来的时候，首先进行冲突解决，即如果同时多个节点申请同一时隙，按照其节点业务优先级进行冲突解决，优先将时隙分配给业务优先级高的时隙，然后进行本节点业务的时隙分配，释放完成业务所占用的时隙，然后按照上述方案更新业务的优先级，按照业务的最终优先级的高低，优先为考虑优先级高的业务的时隙需求。

本发明设计合理，通过对传统静态优先级制定策略进行改进，通过综合考虑业务QoS需求，业务量以及业务接入成功率，在为节点分配时隙时，动态调整业务的优先级，实现时隙分配的优化。

上述实施例中，业务优先级的优化方面还可以使用其他方法进行实现，如深度强化学习算法等智能算法作为替代方案，同时业务优先级的优化参数还可以考虑业务的其他QoS需求，例如广播单播，保密性等，同时也可以将节点优先级作为其中一个参数考虑。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种面向业务需求的TDMA时隙分配方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：首先根据业务类型进行一个基本的业务优先级划分；

S2：根据业务的剩余时间动态调整其优先级；

定义与QoS需求相关的优先级函数：

其中delay_i为业务i的时延需求，t_wait,i/t_remain,i为业务i的等待时间或剩余时间；

S3：定义与业务量需求相关的优先级函数：

其中Slot_i为业务i根据其业务量、传输速率和时延需求计算而得到的当前时隙请求数目，Total_Free_Slot为当前帧里面所有的空闲时隙数目；

S4：当时延需求小、业务量小的业务优先级高时，我们根据当前每种业务的接入成功率动态调整每种业务的优先级；

定义与业务接入成功率相关的优先级函数：

其中为此种业务在时间T内成功接入的个数，而Num_i为此种业务在时间T内申请的个数；

S5：为了改善不同用户之间业务接入率不公平的现象，定义与用户公平性相关的业务优先级调整函数：

其中为申请业务i的用户在时间T内对此种业务接入成功的个数，user_i为此用户对此种业务在时间T内申请的总个数；

S6：节点在时隙分配过程中，根据基本业务优先级、业务的等待时间、业务量大小、此种业务的接入成功率动态调整申请业务的优先级，其具体表达式为：

P_i(mul)＝α₁·P_i(basic)+α₂·P_i(QoS)+α₃·P_i(load)+a₄·P_i(success)+α₅·P_i(user)

其中P_i(basic)为此业务基本的优先级级别，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅为每个部分相应的权重系数；

其中P_i为该业务的最终优先级；

S7：按照业务的最终优先级的高低，优先为优先级高的业务分配时隙。