CN115002844A - 基于动态tdma资源分配自组网的资源预留实现方法及系统 - Google Patents

基于动态tdma资源分配自组网的资源预留实现方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法及系统，方法包括以下步骤：S1、基于Dijkstra算法计算源节点到达目的节点的最佳路径；S2、根据最佳路径，源节点逐跳向链路各节点发送本节点与下一跳邻居节点的时隙预留命令，各节点收到时隙预留命令后，采用自组网链路层动态资源调度算法完成本节点与其下一跳邻居节点间的时隙预留，且预留成功的时隙不再参与链路层动态资源调度算法的动态资源调度；S3、预留源节点与目的节点间的业务在完成时隙资源预留后的最佳路径上进行传输。本发明能够在自组网中保障重点节点之间数据带宽，确保关键业务的正常传输。

Description

基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法及系统
技术领域
本发明涉及自组网通信技术领域，更具体的说是涉及一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法及系统。
背景技术
TDMA自组网资源分配算法是TDMA自组网的核心组成，是TDMA自组网能否高效利用信道资源的关键，现有的基于动态TDMA模型的自组网链路中，两跳范围内节点共享时域资源，时域资源根据节点负载情况进行协商分配，节点数据负载大则多分配时域资源，其两跳范围内邻居则少分配时域资源，节点间根据数据量进行动态的资源竞争，在此状态下关键业务较难保证QoS(服务质量)，难以满足实际应用中多种业务传输的需求。例如自组网中多节点负载较大竞争传输资源，关键点节点间数据带宽得不到保障。
因此，如何提供一种能够在自组网中保障重点节点之间数据带宽的基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法及系统是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法及系统，能够在自组网中保障重点节点之间数据带宽，确保关键业务的正常传输。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法，包括以下步骤：
S1、基于Dijkstra算法计算源节点到达目的节点的最佳路径；
S2、根据最佳路径，源节点逐跳向链路各节点发送本节点与下一跳邻居节点的时隙预留命令，各节点收到时隙预留命令后，采用自组网链路层动态资源调度算法完成本节点与其下一跳邻居节点间的时隙预留，且预留成功的时隙不再参与链路层动态资源调度算法的动态资源调度；
S3、预留源节点与目的节点间的业务在完成时隙资源预留后的最佳路径上进行传输。
进一步的，在上述一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法中，S1包括：基于Dijkstra算法，计算出源节点到达目的节点的最短路径，若同时存在多条最短路径时，根据信道质量，筛选出最佳路径。
进一步的，在上述一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法中，S1中最佳路径的筛选原则为：根据各最短路径中各跳信噪比对应的通信速率等级结合两跳范围内时域资源复用的原则，将计算出的链路通信容量最大的最短路径作为最佳路径。
进一步的，在上述一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法中，S2中，当最佳路径上所有节点的时隙均预留成功后，定时监测各节点状态和最佳路径的变化情况，若最佳路径发生变化，则重复执行S2。
进一步的，在上述一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法中，S2中，自组网链路层中的帧结构分为时隙、子帧和复帧；复帧包含16个子帧；子帧包含感知、多频广播、固定时隙、融合时隙和动态时隙；其中，动态时隙根据业务拥塞程度动态调度，预留资源只在动态时隙中分配，且在分配过程中邻居节点间需进行两次冲突检测。
进一步的，在上述一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法中，S2中，本节点与其下一跳邻居节点间的时隙预留过程为：
发端收到资源预留的申请后进行资源预留操作，并将资源预留得到的信息放入REQ消息中，接着将REQ消息发给发端的一跳邻居节点，即收端；
收端收到REQ消息后，对资源预留的信息进行冲突检测，如果未发现冲突，则将发端发送的资源预留信息进行储存，并将预留成功的信息放进RSP消息中，接着将RSP消息发给收端的一跳邻居节点，收端的一跳邻居节点包括发端；
发端收到RSP消息后，查看返回的消息中是否存在时隙冲突的情况，如果不存在，则储存RSP消息中所有与预留资源有关的消息，并将预留成功的消息传给组网链路层中的MAC层。
进一步的，在上述一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法中，S3中，在源节点到目的节点间预留时隙资源的链路上传输的业务数据中，添加数据源节点与目的节点标志，且该业务数据仅在预留时隙资源的链路各节点上逐跳传输，各节点识别该标志，并使用预留时隙资源转发该业务数据。
本发明还提供一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现系统，包括：
路由模块，用于基于Dijkstra算法计算源节点到达目的节点的最佳路径，并控制预留源节点与目的节点间的业务在最佳路径上进行传输；
资源预留控制模块，用于根据最佳路径，使源节点逐跳向链路各节点发送本节点与下一跳邻居节点的时隙预留命令；
时隙分配模块，用于在各节点收到时隙预留命令后，采用自组网链路层动态资源调度算法完成本节点与其下一跳邻居节点间的时隙预留，且预留成功的时隙不再参与链路层动态资源调度算法的动态资源调度。
进一步的，在上述一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现系统中，所述资源预留控制模块还用于在最佳路径上所有节点的时隙均预留成功后，定时监测各节点状态和最佳路径的变化情况。
进一步的，在上述一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现系统中，还包括：远程控制模块，用于将时隙分配需求远程发送至所述时隙分配模块，并传输节点状态监控消息。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法及系统，根据最佳路径逐跳在物理层预留好传输时隙，且预留成功的时隙不再参与链路层动态资源调度算法的动态资源调度，不仅避免了时隙冲突问题，且高效利用了信道资源，能够保证关键业务数据按照指定的预留链路传输，使关键节点间数据带宽得到保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法的流程图；
图2为本发明提供的自组网链路层结构示意图；
图3为本发明提供的时隙预留流程图；
图4为本发明提供的基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现系统的结构框图和数据流向示意图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法，包括以下步骤：
S1、基于Dijkstra算法计算源节点到达目的节点的最佳路径；
S2、根据最佳路径，源节点逐跳向链路各节点发送本节点与下一跳邻居节点的时隙预留命令，各节点收到时隙预留命令后，采用自组网链路层动态资源调度算法完成本节点与其下一跳邻居节点间的时隙预留，且预留成功的时隙不再参与链路层动态资源调度算法的动态资源调度；
S3、预留源节点与目的节点间的业务在完成时隙资源预留后的最佳路径上进行传输。
在基于动态TDMA模型的自组网链路中，两跳范围内节点共享时域资源，时域资源根据节点负载情况进行协商分配，节点数据负载大则多分配时域资源，其两跳范围内邻居则少分配时域资源，节点间根据数据量进行动态的资源竞争，在此状态下关键业务较难保证QoS(服务质量)。
在一个具体示例中，如图2所示，当链路1负载较大时，经过资源动态协商分配后链路2获得的时域资源较小；若链路2上存在关键业务，其服务质量将受链路1上业务的影响，难以保证持续稳定的链路质量。本发明上述方法实现了自组网中任意两节点预留固定数据带宽资源的方法，当配置链路2的1->3方向资源预留后，不论链路1的负载大小，链路2的1->3方向可保证固定的数据带宽，可保障重点节点之间数据带宽确保关键业务的服务质量。
下面，对上述各步骤进行进一步描述。
S1、基于Dijkstra算法计算源节点到达目的节点的最佳路径，具体包括：
基于Dijkstra算法，计算出源节点到目的节点的最短路径，若同时存在多条最短路径时，根据各最短路径中各跳信噪比对应的通信速率等级结合两跳范围内时域资源复用的原则进行，计算出的链路通信容量最大者,则推荐为最佳路径。该步骤能够减小系统负载，提升预留链路的可靠性、减小传输时延。
S2主要执行预留流程控制、路径节点状态监测和最佳路径变化监测。具体步骤为：
1)接收处理用户预留请求；
2)根据用户请求，向路由查询目的节点路径，选择路由推荐的最佳路径；
3)根据最佳路径，源节点逐跳向链路各节点发送本节点与其下一节点的时隙预留命令，各节点收到时隙预留命令后，采用自组网链路层动态资源调度算法完成本节点与其下一跳邻居节点间的时隙预留；
4)最佳路径上所有节点时隙预留成功后，定时监测各节点状态和最佳路径变化，若最佳路径变化，执行步骤3)，否则重复步骤4)。
具体的，自组网链路层中的帧结构分为时隙、子帧和复帧；复帧包含16个子帧；子帧包含感知、多频广播、固定时隙、融合时隙和动态时隙；其中，动态时隙根据业务拥塞程度动态调度，预留资源只在动态时隙中分配，且在分配过程中邻居节点间需进行两次冲突检测。动态时隙分配通过邻居节点间两次握手(即两次冲突检测)，避免节点两跳范围内时域冲突，同时实现两跳范围外时域复用，其有益效果是根据最佳路径逐跳在物理层预留好传输时隙，且避免了时隙冲突问题，且高效利用了信道资源。
下面，对两邻居节点间的时隙预留过程进行进一步说明，如图3所示，预留时隙资源的信令分为发端和收端，通过REQ和RSP进行消息传送。
发端收到资源预留的申请后进行资源预留操作，并将资源预留得到的信息放入REQ消息中，接着将REQ消息发给发端的一跳邻居节点，即收端；
收端收到REQ消息后，对资源预留的信息进行冲突检测，如果未发现冲突，则将发端发送的资源预留信息进行储存，并将预留成功的信息放进RSP消息中，接着将RSP消息发给收端的一跳邻居节点，收端的一跳邻居节点包括发端；
发端收到RSP消息后，查看返回的消息中是否存在时隙冲突的情况，如果不存在，则储存RSP消息中所有与预留资源有关的消息，并将预留成功的消息传给组网链路层中的MAC层。
整个时隙资源预留的信令过程中存在两次冲突避免操作，一次是发端REQ消息构建开始资源预留操作时，一次是收端进行REQ消息处理时，所以两次握手的过程(即REQ、RSP过程)就能保证其预留资源不存在时隙冲突的问题，同时为了避免没收到RSP消息错误的以为预留成功，未收到RSP消息时，用于资源预留的时隙将不被使用，且储存的资源预留时隙有效性只保留一个子帧。
S3中，在源节点到目的节点间预留时隙资源的链路上传输的业务数据中，添加数据源节点与目的节点标志，且该业务数据仅在预留时隙资源的链路各节点上逐跳传输，各节点识别该标志，并使用预留时隙资源转发该业务数据，其它数据根据时隙竞争转发。该步骤能够保证重点用户的数据按照指定的预留链路传输，保障了重点数据在预留数据带宽。
在其他实施例中，还包括步骤：远程传输时隙分配需求命令，远程监控节点状态及消息传输。
如图4所示，本发明实施例还提供一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现系统，包括：
路由模块，用于基于Dijkstra算法计算源节点到达目的节点的最佳路径，并控制预留源节点与目的节点间的业务在最佳路径上进行传输；
资源预留控制模块，用于根据最佳路径，使源节点逐跳向链路各节点发送本节点与下一跳邻居节点的时隙预留命令；
时隙分配模块，用于在各节点收到时隙预留命令后，采用自组网链路层动态资源调度算法完成本节点与其下一跳邻居节点间的时隙预留，且预留成功的时隙不再参与链路层动态资源调度算法的动态资源调度。
时隙分配模块(图4中的MAC)总体而言具备两个功能，一是时隙管理，即为各节点分配预留时隙，二是数据传送，即接收时隙预留命令，并反馈时隙分配结果至资源预留控制模块。
在一个实施例中，路由模块除提供计算最佳路径外，还提供多路径传输控制功能和全网拓扑查询功能。其中，在多路径传输控制方面，可关闭多路径传输功能，为路径配置时隙资源预留前，重点用户的数据可在多条路径上并行传输，时隙资源预留后，重点用户数据添加标志和路径，节点只能按数据帧携带的路径传输。
在全网拓扑查询方面，拓扑信息包含入网节点IP地址等参数。
在另一个实施例中，资源预留控制模块除执行时隙预留程序控制之外，还用于在最佳路径上所有节点的时隙均预留成功后，定时监测各节点状态和最佳路径的变化情况。
在一个实施例中，还包括：
远程控制模块，用于将时隙分配需求远程发送至时隙分配模块，并传输节点状态监控消息。
时隙资源预留的源节点可借助远程控制模块对链路上各节点发起控制与查询命令，该模块提供了点对点的远程控制数据传送通道。源节点对本地节点的MAC直接发送时隙分配需求，对于远端节点，通过远程控制模块将控制命令发送到远端远控模块，远端远控模块将时隙分配需求发送到MAC，除时隙分配需求命令外，还提供节点状态监控消息传输。远控通道基于UDP实现，源节点通过路由提供的拓扑信息，查询远程节点IP地址。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于Dijkstra算法计算源节点到达目的节点的最佳路径；
S2、根据最佳路径，源节点逐跳向链路各节点发送本节点与下一跳邻居节点的时隙预留命令，各节点收到时隙预留命令后，采用自组网链路层动态资源调度算法完成本节点与其下一跳邻居节点间的时隙预留，且预留成功的时隙不再参与链路层动态资源调度算法的动态资源调度；
S3、预留源节点与目的节点间的业务在完成时隙资源预留后的最佳路径上进行传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法，其特征在于，S1包括：
基于Dijkstra算法，计算出源节点到达目的节点的最短路径，若同时存在多条最短路径时，根据信道质量，筛选出最佳路径。
3.根据权利要求2所述的一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法，其特征在于，S1中最佳路径的筛选原则为：根据各最短路径中各跳信噪比对应的通信速率等级结合两跳范围内时域资源复用的原则，将计算出的链路通信容量最大的最短路径作为最佳路径。
4.根据权利要求1所述的一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法，其特征在于，S2中，当最佳路径上所有节点的时隙均预留成功后，定时监测各节点状态和最佳路径的变化情况，若最佳路径发生变化，则重复执行S2。
5.根据权利要求1所述的一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法，其特征在于，S2中，自组网链路层中的帧结构分为时隙、子帧和复帧；复帧包含16个子帧；子帧包含感知、多频广播、固定时隙、融合时隙和动态时隙；其中，动态时隙根据业务拥塞程度动态调度，预留资源只在动态时隙中分配，且在分配过程中邻居节点间需进行两次冲突检测。
6.根据权利要求1所述的一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法，其特征在于，S2中，本节点与其下一跳邻居节点间的时隙预留过程为：
发端收到资源预留的申请后进行资源预留操作，并将资源预留得到的信息放入REQ消息中，接着将REQ消息发给发端的一跳邻居节点，即收端；
收端收到REQ消息后，对资源预留的信息进行冲突检测，如果未发现冲突，则将发端发送的资源预留信息进行储存，并将预留成功的信息放进RSP消息中，接着将RSP消息发给收端的一跳邻居节点，收端的一跳邻居节点包括发端；
发端收到RSP消息后，查看返回的消息中是否存在时隙冲突的情况，如果不存在，则储存RSP消息中所有与预留资源有关的消息，并将预留成功的消息传给组网链路层中的MAC层。
7.根据权利要求1所述的一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现方法，其特征在于，S3中，在源节点到目的节点间预留时隙资源的链路上传输的业务数据中，添加数据源节点与目的节点标志，且该业务数据仅在预留时隙资源的链路各节点上逐跳传输，各节点识别该标志，并使用预留时隙资源转发该业务数据。
8.一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现系统，其特征在于，包括：
路由模块，用于基于Dijkstra算法计算源节点到达目的节点的最佳路径，并控制预留源节点与目的节点间的业务在最佳路径上进行传输；
资源预留控制模块，用于根据最佳路径，使源节点逐跳向链路各节点发送本节点与下一跳邻居节点的时隙预留命令；
时隙分配模块，用于在各节点收到时隙预留命令后，采用自组网链路层动态资源调度算法完成本节点与其下一跳邻居节点间的时隙预留，且预留成功的时隙不再参与链路层动态资源调度算法的动态资源调度。
9.根据权利要求8所述的一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现系统，其特征在于，所述资源预留控制模块还用于在最佳路径上所有节点的时隙均预留成功后，定时监测各节点状态和最佳路径的变化情况。
10.根据权利要求8所述的一种基于动态TDMA资源分配自组网的资源预留实现系统，其特征在于，还包括：
远程控制模块，用于将时隙分配需求远程发送至所述时隙分配模块，并传输节点状态监控消息。
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