CN1805370A - 无线网络中的调度方法 - Google Patents

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CN1805370A CNA2005101316089A CN200510131608A CN1805370A CN 1805370 A CN1805370 A CN 1805370A CN A2005101316089 A CNA2005101316089 A CN A2005101316089A CN 200510131608 A CN200510131608 A CN 200510131608A CN 1805370 A CN1805370 A CN 1805370A
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李玉善
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Abstract

一种用于执行对任务的调度的方法，为无线网络中的多个节点间的通信而形成该任务，该无线网络包含各节点以及用于协调节点间通信的协调者。每个节点为相应的节点参与的至少一个任务计算密切关系，并且发送计算的任务密切关系给协调者。协调者按照从节点接收的任务密切关系的等级的顺序分配优先级给任务，并且发送分配的优先级给节点。

Description

无线网络中的调度方法
技术领域
本发明一般来说涉及无线网络中的调度方法，尤其涉及用于在支持节点之间通信的无线网络中调度节点的方法。
背景技术
随着无线通信业的发展，已经提出了各种无线通信方案。当无线网络使用增加时，对在任何时间和任何地点共享数据的需求也增加。然而，为提供这样的服务，现有的无线网络必须具有必要的基本设施，如基站或接入点(AP)。因此，为接收希望的服务，节点必须限制性地位于它们能够接入基站或AP的地方。
基于时分多址(TDMA)的自组织(ad-hoc)无线网络是无线通信方案的典型例子。自组织无线网络包括支持直接链路的IEEE 802.11无线网络、支持网状(mash)网络的的IEEE 802.16d无线网络以及支持无线流的IEEE 802.15.3无线网络。802.11和802.15.3网络提出了一种用于支持位于一跳距离内的所有节点之间的直接通信的方案，而802.16d网络提出了一种用于支持位于小区边界内的节点和位于小区边界外的节点之间的直接通信的方案。
在自组织无线网络中，即使未安装基本设施如基站或AP，节点也能自主地使用数据服务。结果，自组织无线网络通信方案是适当的，因为它是替代的并且面向节点的无线网络。然而，在自组织无线网络中，没有如基站或AP的用于为节点管理和调度资源的主体，因此使资源效率下降。在现有的集中式无线网络中，即使节点的功率耗尽也不影响无线网络。在自组织无线网络中，在节点应该用作转发器的地方，节点的性能恶化导致网络的性能下降。因此，为使自组织无线网络实用，有必要提高节点的功率效率。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种调度方法，用于节省在支持节点间通信的无线网络中的节点的功率。
本发明的另一个目的是提供一种调度方法，用于提高在支持节点间通信的无线网络中的节点的吞吐量和功率效率。
本发明的另一个目的是提供一种基于密切关系(affinity)的调度方法，用于提高在支持节点间通信的无线网络中的节点的吞吐量和功率效率。
本发明的另一个目的是提供一种基于密切关系和资源数量的调度方法，用于提高在支持节点间通信的无线网络中的节点的吞吐量和功率效率。
本发明的另一个目的是提供一种用于基于节点参与通信的速率测量密切关系的方法，用于在支持节点间通信的无线网络中的调度。
本发明的另一个目的是提供一种方法，用于在支持节点间通信的无线网络中独立地调度任务，节点通过协调者参与该任务。
本发明的另一个目的是提供一种方法，用于在支持节点间通信的无线网络中，使用节点密切关系和任务密切关系独立地调度任务。
本发明的另一个目的是提供一种方法，用于在支持节点间通信的无线网络中，基于节点参与的任务的密切关系的总和获得节点的密切关系。
本发明的另一个目的是提供一种方法，用于在支持节点间通信的无线网络中，基于参与相应的任务的节点的密切关系的和获得任务密切关系。
本发明的另一个目的是提供一种调度方法，用于在支持节点间通信的无线网络中，按照低任务密切关系的顺序分别(separately)地分配优先级给任务。
本发明的另一个目的是提供一种调度方法，用于在支持节点间通信的无线网络中，当存在具有相同密切关系的多个任务时，由具有最低节点密切关系的节点分配优先级给有关的任务。
本发明的另一个目的是提供一种调度方法，用于在支持节点间通信的无线网络中，当存在具有相同任务密切关系和相同节点密切关系的多个任务时，分配更高优先级给要求资源数量较小的任务。
本发明的另一个目的是提供一种调度方法，用于在支持节点间通信的无线网络中，基于要求的资源的数量分配优先级，并且基于密切关系分配优先级给要求资源数量相同的任务。
本发明的另一个目的是提供一种方法，用于在支持节点间通信的无线网络中，当所有被节点关注的任务被全部执行时，允许节点转换到省电模式的休眠状态。
本发明的另一个目的是提供一种调度方法，用于在支持节点间通信的无线网络中，最小化不必要地浪费功率的节点的数目。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在支持节点间通信的无线网络中执行对任务的调度的方法，形成该任务用于多个节点间的通信。该方法包括：计算用于节点的密切关系；根据计算的节点密切关系计算用于任务的密切关系；以及按照计算的任务密切关系的等级的顺序分配优先级给任务。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于在无线网络中由协调者对任务执行调度的方法，在该无线网络中为多个节点间通信而形成各任务，并且节点发送关于任务的信息。该方法包括：从节点接收关于任务的信息；根据任务信息计算用于节点的密切关系；根据计算的节点密切关系计算用于任务的密切关系；按照计算的任务密切关系的等级顺序分配优先级给任务；以及发送分配的优先级给节点。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于在无线网络中由协调者对任务执行调度的方法，在该无线网络中为多个节点间通信而形成各任务，并且节点发送关于任务的信息。该方法包括：从节点接收关于任务的信息；根据从任务信息得到的任务要求的资源的数量分配优先级给任务；如果存在要求相同数量资源的任务，则根据任务信息计算用于节点的密切关系，该节点形成要求资源数量相同的任务；基于计算的节点密切关系为要求资源数量相同的任务计算密切关系；按照计算的任务密切关系的等级的顺序分配优先级给要求资源数量相同的任务；以及发送基于要求的资源的数量分配的优先级和任务密切关系给所述节点。
根据本发明的第四方面，提供一种用于在无线网络中执行对任务的调度的方法，为无线网络中多个节点间的通信而形成各任务，该无线网络包含各节点和用于协调节点间通信的协调者。该方法包括：由每个节点为相应的节点参与的至少一个任务计算密切关系，并且发送计算的任务密切关系给协调者；按照从节点接收的任务密切关系的等级的顺序，由协调者分配优先级给任务；以及发送分配的优先级给所述节点。
附图说明
本发明的上面的和其它的目的、特征和优点从下面结合附图的详细说明将变得更清楚，附图中：
图1是说明根据本发明实施例的无线网络的图；
图2是说明根据本发明第一实施例由节点执行的控制流程的图；
图3是说明根据本发明第一实施例由协调者执行的控制流程的图；
图4是说明用于在图3中说明的调度模式的子程序的控制流程的例子的图；
图5是说明用于图3中说明的调度模式的子程序的控制流程的另一个例子的图；
图6是说明根据本发明第二实施例由节点执行的控制流程的图；
图7是说明根据本发明第二实施例由协调者执行的控制流程的图；
图8是说明用于图7中说明的调度模式的子程序的控制流程的例子的图；
图9是说明用于图7中说明的调度模式的子程序的控制流程的另一个例子的图；
图10是说明无线网络中节点的数目和用于传输单元数据的功率消耗之间关系的图；
图11是说明无线网络中功率消耗和数据负载之间关系的图；
图12是说明无线网络中现有竞争方案的吞吐量和本发明实施例的吞吐量之间比较的图；
图13是说明在每个节点的服务获得速率方面，本发明的实施例和现有功率节省方案之间的比较的图；以及
图14是说明在考虑任务大小所获得的节点密切关系Qat和不考虑任务大小获得的节点密切关系Qwa之间的性能比较的图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的几个优选实施例。在下面的描述中，为简明已经省略在此并入的已知功能和配置的详细描述。
本发明的实施例提供了一种调度方法，用于在支持节点间通信的无线网络中单独地分配优先级给由节点形成的任务。考虑到任务密切关系和要求的资源的数量，确定任务的优先级。基于形成任务的节点的密切关系确定任务密切关系。因此，本发明的实施例提供了一种用于单独计算节点的密切关系(节点密切关系)以及基于节点密切关系单独计算任务的密切关系(任务密切关系)的方法。
为根据本发明的实施例计算节点密切关系和任务密切关系，构成自组织无线网络的各节点应该能够共享关于特定服务等级的信息，以便使用服务等级信息计算节点密切关系，并且基于节点密切关系计算任务密切关系。在下面的例子中，假定使用在自组织无线网络中定义的自组织业务指示图消息(ATIM)。在下面的描述中，为共享服务等级信息发送的消息将被称为“资源请求消息”。然而，本领域的技术人员显然将明白，可以由节点共享的现有消息或新定义的消息也可以使用。这里，该消息应该包括关于至少一个任务以及要由节点使用的资源数量的信息。该任务信息用于为相应的任务识别源节点和目的节点。该资源数量信息指示将要通过相应的任务发送/接收的数据分组的大小。
为了说明并提供例子，根据计算任务密切关系的主题划分本发明的实施例。在第一实施例中，由协调者(CN)计算任务密切关系，而在第二实施例中，由节点计算任务密切关系。在供替换的实施例中，节点密切关系由节点计算，而任务密切关系基于从节点提供的节点密切关系由CN计算。
存在两种不同的由CN执行的调度模式，以独立地确定任务的优先级。第一种调度模式基于密切关系分别地确定任务的优先级，然后根据它们要求的资源数量分配优先级给具有相同密切关系的任务。第二种调度模式根据它们要求的资源数量单独确定任务的优先级，然后基于密切关系分配优先级给具有要求相同数量资源的任务。
现在将参照附图对本发明的实施例进行详细描述。
A.无线网络的结构
图1是说明应用本发明的实施例的支持节点间通信的无线网络的图。在图1中假定存在九(9)个节点和十一(11)个任务。最好应该提供至少一个CN。可以指定无线网络中的节点之一为CN，或者可以为CN提供单独的CN。当指定节点之一为CN时，可以为任务从节点中选举自组织CN。在此将假定，当在无线网络中不存在CN时，每个超帧(或信标间隔)选举自组织CN。
在图1中，按字母顺序的大写字母A、B、C、D、E、F、G、H和I标识节点，并且按字母顺序的小写字母a、b、c、d、e、f、g、h、i、j和k标识任务。任务之间的连接由实线表示，而CN和各节点之间的连接由虚线表示。由实线表示的任务间的连接只在其一端具有箭头。这将在源节点(没有箭头)和目的节点(有箭头)之间区分，它们为一个任务互相连接。
参照图1，任务‘a’使用节点A作为源节点而节点B为目的节点，并且任务‘b’使用节点B作为源节点而节点A作为目的节点。任务‘c’使用节点I作为源节点而节点C为目的节点，并且任务‘d’使用节点C作为源节点而节点E作为目的节点。任务‘e’使用节点F作为源节点而节点I作为目的节点，并且任务‘f’使用节点I作为源节点而节点F作为目的节点。任务‘g’使用节点F作为源节点而节点D作为目的节点。任务‘h’使用节点D作为源节点而节点H作为目的节点。任务‘i’使用节点F作为源节点而节点H作为目的节点，而任务‘i’使用节点H作为源节点而节点F作为目的节点。最后，任务‘k’使用节点F作为源节点而节点G为目的节点。
B.第一实施例(由CN测量的任务密切关系)
现在将参照附图对根据本发明的第一实施例执行的详细操作进行描述。在第一实施例中，CN接收从所有节点发送的资源请求消息，并且使用资源请求消息单独计算任务的密切关系。
B-1.节点的操作
图2是说明根据本发明第一实施例由节点执行的控制流程的图。参照图2，在步骤210，节点确定超帧的开始时间是否已经到达。一般来说，在支持节点间通信的无线网络中，节点在一个超帧的间隔中执行通信，并且在其它间隔中转换到休眠状态，从而最小化功率消耗。在超帧开始时，无线网络中的所有节点醒来(wake up)。
如果存在要发送的分组数据，则节点在步骤212发送资源请求消息给CN和将接收分组数据的配对节点。资源请求消息包括：至少关于希望的通信服务即其希望的任务的信息，以及关于为执行每个任务要求的资源数量的信息。任务信息包括指示是否节点自身用作任务的源节点或目的节点的信息。请求的资源数量信息可以指示要发送的分组数据的长度。而且，在步骤212，节点从其它节点接收资源请求消息。节点从配对节点接收确认(ACK)消息以响应它发送的资源请求消息，并且发送ACK消息以响应接收到的资源请求消息。在接收ACK消息失败时，节点企图重新发送相应的资源请求消息。
其后，在步骤214，节点从CN接收分组调度消息。基于此消息，节点确定它将执行至少一个其希望的任务的时间。当该时间到达时，节点在步骤216对相应的任务执行分组服务。如果分组服务完成，则节点在步骤218确定用于所有其希望的任务的分组服务是否已经结束，即是否没有更多要执行的任务。如果有更多要执行的任务，则节点在步骤220确定是否超帧已经结束。如果超帧还未结束，则节点返回到步骤216，在此它执行剩余的分组服务。
然而，如果对于所有任务的分组服务已经结束或超帧已经结束，则节点前进到步骤222，在此它转换到休眠状态以最小化功率消耗。通过这么做，即使在超帧结束之前，节点在完成分组服务时也可以转换到休眠状态，因此阻止了不必要的功率消耗。
在前面的描述中，作为例子，节点在每个超帧的基础上工作。然而，当节点不在每个超帧的基础上工作时，不管超帧是否已结束，节点在完全执行分组服务之后都可以转换到休眠状态。
B-2.CN的操作
图3是说明根据本发明第一实施例由CN执行的控制流程的图。参照图3，在步骤310，CN确定是否超帧的开始时间已经到达。在超帧开始时，CN与其它节点一起醒来。在步骤312，CN从节点接收资源请求消息。基于此消息，CN确定由各节点请求的资源数量和任务。在步骤312，CN可以发送其资源请求消息。CN响应于没有接收到ACK消息，从接收的各资源请求消息移除一资源请求消息。
在资源请求消息和它们相关联的ACK消息的交换完成之后，CN执行调度模式，用于基于步骤314中接收的资源请求消息分别地分配优先级给各任务。下面将参照图4和5详细说明调度模式的操作。在步骤316，CN创建包括关于在调度模式中分别地为任务确定的优先级的信息的分组调度消息，并且发送所创建的分组调度消息到各节点。
图4是说明用于图3中说明的调度模式的子程序的控制流程的例子的图。参照图4，在步骤410，CN分别地测量节点的密切关系。这里，每个节点的密切关系可以定义为要由相应的节点执行的任务数。例如在图1中，节点A的密切关系是2(任务‘a’和‘b’)，而节点F的密切关系是6(任务‘e’、‘f’、‘g’、‘i’、‘j’和‘k’)。而且，其它节点B、C、D、E、G、H和I的密切关系也可以按照前面的规则得到。用于得到第N个节点的密切关系AkN的规则可由等式(1)定义：
A k N = Σ i M [ α · U ( N i S = k ) + β · U ( N i D = k ) ]
其中，U(x)＝1，如果x是真；................(1)
           ＝0，其它情形，
并且Ni S和Ni D是第i个任务的源和目的节点。
如等式(1)中定义的，如果x是真，则U(x)＝1，并且如果x是假，则U(x)＝0。因此，当第N个节点用作源节点时，U(Ni S)表示用于第i个任务的密切关系，而当第N个节点用作目的节点时，U(Ni D)表示用于第i个任务的密切关系。确定在特定节点用作源节点或目的节点时用于特定任务的密切关系为1或0。例如在图1中，当节点A用作源节点时，用于任务‘a’的密切关系被确定为1，而当节点A用作目的节点时，用于任务‘b’的密切关系被确定为1。用于所有其它任务的密切关系被确定为0。
根据等式(1)，为更精细地设置密切关系，为分组发送和分组接收分配不同的权重。例如，为分组发送分配较高的权重，而为分组接收分配较低的权重。在等式(1)中，α表示为源节点分配的权重，而β表示为目的节点分配的权重。然而，当不使用权重时，权重α和β设置为1。另外，可以将M定义为用于获得密切关系的节点的总数或任务的总数。
根据等式(1)获得的图1中各节点的密切关系可以如表1那样表示。
          表1
  节点   AN(节点密切关系)
  A   2
  B   2
  C   2
  D   2
  E   1
  F   6
  G   1
  H   3
  I   3
作为另一个例子，可以考虑任务的大小即数据分组的大小获得每个节点密切关系。下面的等式(2)定义了当附加地考虑等式(1)中的任务大小(或分组数据的大小)时用于获得每个节点密切关系Ak na(指示第k个节点(或移动终端)的密切关系)的规则。
A k na = Σ i M S k · [ α · U ( N i S = k ) + β · U ( N i D = k ) ] - - - ( 2 )
其中，Sk表示第k个节点的任务的大小。
在分别获得节点的密切关系之后，CN使用在步骤412中获得的节点密切关系，测量第i个任务的密切关系Ai T。对无线网络中的所有任务分别测量任务密切关系。按构成相应任务的源节点的密切关系Asrc N和目的节点的密切关系Adst N的和计算任务密切关系。这由等式(3)定义：
A i T = τ · A src N + δ · A dst N
Ai T是第i个任务的任务密切关系；
Asrc N、Adst N是源和目的节点的节点密切关系；
τ和δ是由节点QoS要求或电池状态确定的权重因子。
                     .......................(3)
在等式(3)中，假定根据相应的节点是用作源节点还是目的节点分配权重τ或权重δ。当节点用作特定任务的源节点时，分配权重τ，而当节点用作特定任务的目的节点时，分配权重δ。这里，可以为源节点分配较高的权重。然而，当不使用权重时，将权重τ或权重δ设置为1。
根据等式(3)获得的图1中各任务的密切关系可以如表2表示。
                     表2
  任务   Asrc N   Adst N   Ai T
  a   2   2   4
  b   2   2   4
  c   3   2   5
  d   2   1   3
  e   6   3   9
  f   3   6   9
  g   6   2   8
  h   2   3   5
i 6 3 9
  j   3   6   9
  k   6   1   7
在分别测量任务的密切关系之后，基于步骤414中测量的任务密切关系，CN分别分配优先级给各任务。为此，CN按照等级对任务密切关系重新排序。例如，CN可以从最低任务密切关系到最高任务密切关系对任务密切关系重新排序。任务密切关系重新排序的结果在表3中说明。
            表3
  任务   Ai T   优先级
  d   3   1
  a   4   2
  b   4   2
  c   5   3
  h   5   3
  k   7   4
  g   8   5
  e   9   6
  f   9   6
i 9   6
  j   9   6
参照表3，可以理解到，优先级按照低任务密切关系的顺序分配。结果，最高优先级分配给任务‘d’。按照低任务密切关系的顺序分配优先级的规则可以由等式(4)正规化：
Q ( A ‾ ) = arg min i A i T . . . ( 4 )
其中A是给定的密切关系集合。
在等式(4)中，i表示指示任务的索引。当只考虑任务密切关系时，将发送顺序(即，优先级)确定为(d)→(a，b)→(c，h)→(k)→(g)→(e，f，i，j)。
如在表3中说明的那样，存在具有相同任务密切关系(或相同优先级)的任务(例如，任务‘a’和‘b’)。在这种情况下，CN需要分配不同的优先级给具有相同任务密切关系的任务。因此，在步骤416，CN根据任务要求的资源分配优先级给具有相同任务密切关系的任务。要求的资源数量可以用通过相应的任务发送的分组的分组长度或者所述分组的发送时间间隔代替。要求的资源数量Ti可以由等式(5)中所示的分组长度Li和数据速率Ri计算：
T i = L i R i . . . ( 5 )
其中，假定要求的资源数量是分组的发送时间间隔。
然而，当未指定数据速率时，假定无线网络中支持的基本数据速率或平均数据速率为该数据速率。例如，当由自组织CN执行调度时，使用基本数据速率，而当由固定CN执行调度时，使用平均数据速率。
表4中说明了对每个任务获得的要求的资源数量(即，发送分组的长度或分组的发送时间间隔)。
          表4
  任务   要求的资源数量
  a   5
  b   10
  c   15
  d   5
  e   10
  f   15
  g   5
  h   10
i 15
  j   5
  k   10
在表4中，根据任务要求的资源，CN分配不同的优先级给具有相同任务密切关系的任务，要求较少数量资源的任务被分配较高的优先级。这样的规则可以由等式(6)正规化：
Q ( A ‾ ) = arg m in l Φ ( T l ) , s , t , l ∈ Ψ
其中，Ψ是 i * = arg min i A i T 的最大集合。
Tl是第l个任务：Ф(Tl)是源节点和目的节点中较小的密切关系值。
                            .....................(6)
最后，如表5所示，考虑对具有相同任务密切关系的任务所要求的资源，CN可以分别分配优先级给各任务。
                      表5
  任务   Ai T   要求的资源数量   优先级
  d   3   5   1
  a   4   5   2
  b   4   10   3
  h   5   10   4
  c   5   15   5
  k   7   10   6
  g   8   5   7
  j   9   5   8
  e   9   10   9
  f   9   15   10
i   9   15   11
在表5中，具有相同任务密切关系的任务中存在要求相同数量资源的任务(任务‘f’和‘i’)。在此情况下，CN可以任意分配优先级。
图5是说明用于图3中说明的调度模式的子程序的控制流程的另一个例子的图。参照图5，在步骤510，CN根据任务要求的资源数量分别分配优先级给任务。再次，要求的资源数量可以由通过相应任务发送的分组长度或分组的发送时间间隔代替。要求的资源数量Ti可以根据等式(5)由分组长度Li和数据速率Ri计算。然而，当未指定数据速率时，假定在无线网络中支持的基本数据速率或平均数据速率为该数据速率。例如，当由自组织CN执行调度时，使用基本数据速率，而当由固定CN执行调度时，使用平均数据速率。在表4中说明了对每个任务获得的要求的资源数量(即，发送分组的长度或分组的发送时间间隔)。
如表4中说明的，CN根据任务要求的资源数量分配优先级给任务。即，要求较少资源的任务被分配较高的优先级。这样的规则可以由等式(6)正规化。
如表6中所示，考虑到任务要求的资源数量，CN可以分别地分配优先级给各任务。
                表6
  任务   要求的资源数量   优先级
  a   5   1
  d   5   1
  g   5   1
  j   5   1
  b   10   2
  e   10   2
  h   10   2
  k   10   2
  c   15   3
  f   15   3
i 15 3
在步骤512中，CN确定是否存在要求的资源数量相同的任务。在表6中，存在要求的资源数量相同的任务。即，任务‘a’、‘d’、‘g’和‘j’具有相同的要求的资源数量‘5’，而任务‘b’、‘e’、‘h’和‘k’具有相同的要求的资源数量‘10’。而且，任务‘c’、‘f’和‘i’也具有相同的要求的资源数量‘15’。在此情况下，CN分配不同的优先级给要求的资源数量相同的任务。
因此，在步骤514中，CN分别地测量节点密切关系。此后，CN使用在步骤516中获得的节点密切关系测量第i个任务的密切关系Ai T。根据上述方法，使用测量的节点密切关系进行节点和任务密切关系的测量。表2中说明了由CN测量的任务密切关系。
在步骤518中，通过考虑任务密切关系，CN分配优先级给要求的资源数量相同的任务。最后，考虑对要求的资源数量相同的任务的任务密切关系，CN如表7中所示的那样分别地分配优先级给各任务。
                       表7
  任务   要求的资源数量   Ai T   优先级
  d   5   3   1
  a   5   4   2
  g   5   8   3
  j   5   9   4
  b   10   4   5
  h   10   5   6
  k   10   7   7
  e   10   9   8
  c   15   5   9
  f   15   9   10
i 15 9 11
在表5中，存在要求的资源数量相同的任务(任务‘f’和‘i’)。在此情况下，CN可以任意分配优先级。
C.第二实施例(由节点测量的任务密切关系)
参照附图，现在将对根据本发明的第二实施例执行的详细操作进行说明。在第二实施例中，节点为至少一个其希望的任务计算任务密切关系，并且报告计算的任务密切关系给CN，使得CN可以分配优先级给无线网络中的所有任务。
C-1.节点的操作
图6是说明根据本发明第二实施例由节点执行的控制流程的图。参照图6，在步骤610中，节点确定是否超帧开始时间已经到达。通常，在支持节点间通信的无线网络中，节点在一个超帧的间隔中通信，并且在其它间隔中转换到休眠状态，从而最小化功率消耗。因此，在超帧开始时，无线网络中的所有节点醒来。
如果存在要发送的分组数据，则节点在步骤612发送资源请求消息给将接收分组数据的配对节点。资源请求消息包括：关于至少一个其希望的通信服务即其希望的任务的信息。任务信息包括指示是否节点自身用作任务的源节点或目的节点的信息。而且，在步骤612，节点从其它节点接收资源请求消息。节点从配对节点接收确认(ACK)消息以响应其发送的资源请求消息，并且发送ACK消息以响应接收到的资源请求消息。如果未接收到ACK消息，则节点企图重新发送相应的资源请求消息。
其后，在步骤614，节点测量它自己的节点密切关系。在此，节点密切关系可以定义为要由相应节点执行的任务数。例如在图1中，节点A的密切关系是2(任务‘a’和‘b’)，而节点F的密切关系是6(任务‘e’、‘f’、‘g’、‘i’、‘j’和‘k’)。而且，其它节点B、C、D、E、G、H和I的密切关系可以按照前面的规则得到。用于得到第N个节点的密切关系Ak N的规则由等式(1)定义。
在获得节点自己的密切关系之后，节点前进到步骤616，在此它测量要由节点自己执行的第i个任务的密切关系Ai T。对网络中节点问的通信所要求的任务分别地进行任务密切关系的测量。按构成相应任务的源节点的密切关系Asrc N和目的节点的密切关系Adst N的和计算任务密切关系。这由等式(3)定义。
在步骤618中，节点发送测量的任务密切关系和关于执行相应的任务要求的资源数量的信息给CN。要求的资源数量信息可以包括要发送的分组数据的长度。
在步骤620中，节点从CN接收分组调度消息。基于分组调度消息，节点确定它将执行至少一个其希望的任务的时间。当确定的时间到达时，节点在步骤622对相应的任务执行分组服务。一旦分组服务完成，则节点在步骤624确定是否用于所有其希望的任务的分组服务已经完成，即确定是否没有更多要执行的任务。如果有更多要执行的任务，则节点在步骤626确定是否超帧已经结束。如果超帧还未结束，则节点返回到步骤622，在此它执行剩余的分组服务。
然而，如果用于所有希望的任务的分组服务已经结束或超帧已经结束，则节点前进到步骤628，在此它转换到休眠状态以最小化功率消耗。通过这样做，即使在超帧结束之前，节点在完成分组服务时也可以转换到休眠状态，以阻止不必要的功率消耗。
在前面的描述中，节点以每个超帧为基础工作以提供例子。然而，当节点不以每个超帧为基础工作时，不管超帧是否已结束，节点在完成分组服务之后都可以转换到休眠状态。
C-2.CN的操作
图7是说明根据第二实施例由CN执行的控制流程的图。参照图7，在步骤710中，CN从无线网络中的节点接收任务密切关系和要求的资源数量。在步骤712中，CN执行调度，用于基于任务密切关系和要求的资源分别分配优先级给各任务。将参照图8和9详细描述调度。在步骤714中，CN创建分组调度消息，其包括关于在调度模式中分别为任务确定的优先级的信息，并且发送创建的分组调度消息给节点。
图8是说明用于图7中说明的调度模式的子程序的控制流程的例子的图。参照图8，在步骤810中，CN基于从节点报告的任务密切关系分别分配优先级给各任务。假定任务密切关系如表2所示。为分别分配优先级给任务，CN按照等级顺序对任务密切关系重新排序。表3说明了任务密切关系的重新排序结果。
其后，在步骤812中，CN分配不同的优先级给具有相同任务密切关系的任务(例如，任务‘a’和‘b’)。在此，CN根据任务要求的资源分配优先级给具有相同任务密切关系的任务。即，当任务具有相同密切关系时，给要求的资源数量较小的任务分配较高的优先级。表4说明了每个任务要求的资源数量。要求的资源数量可以用通过相应任务发送的分组长度或者分组的发送时间间隔代替。
当未指定数据速率作为要求的资源数量信息时，假定无线网络的平均数据速率或基本数据速率为数据速率。例如，当由自组织CN执行调度时，使用基本数据速率，而当由固定CN执行调度时，使用平均数据速率。
最后，如表5中所示，对具有相同密切关系的任务，考虑要求的资源，CN可以分别分配优先级给各任务。
尽管前面的说明限制在存在具有相同密切关系的任务的情形，但是如果不存在这样的任务，则CN可以跳过根据要求的资源数量分配优先级的过程。
图9是说明用于图7中说明的调度模式的子程序的控制流程的另一个例子的图。参照图9，在步骤910中，CN根据任务要求的资源数量分配优先级给任务。再次，要求的资源数量可以由通过相应任务发送的分组长度或分组的发送时间间隔代替。
要求的资源数量Ti可以根据等式(5)由分组长度Li和数据速率Ri计算。如前所述，当未指定数据速率时，假定无线网络的基本数据速率或平均数据速率为数据速率。例如，当由自组织CN执行调度时，使用基本数据速率，而当由固定CN执行调度时，使用平均数据速率。表4说明了对每个任务获得的要求的资源数量(即，发送分组的长度或分组的发送时间间隔)。
如在表4中所说明的那样，CN根据要求的资源分配优先级给任务。即，给要求较少资源的任务分配较高的优先级。这样的规则可以由等式(6)正规化。如在表6中所示，考虑要求的资源，CN可以分别地分配优先级给各任务。
如果任务要求相同的资源数量，则CN在步骤912中分配优先级给那些任务，同时考虑表2中说明的从节点报告的任务密切关系。为分别地分配优先级给要求的资源数量相同的任务，CN按照等级对相应任务的任务密切关系重新排序。CN按照密切关系等级分配优先级给要求的资源数量相同的任务。最后，如表7中所示，CN可以分别地分配优先级给各任务。
D.仿真结果
参照附图，现在将对本发明实施例的仿真结果进行详细说明。这里，假定所有节点可以互相访问并且随机确定用于节点间交换的分组的长度。另外，假定当随机指定节点时，无线网络中的全部数据负载均匀地分配到各节点。
表8说明根据节点的状态(休眠模式、发送模式、接收模式、监视模式)的功率消耗。
                          表8
  模式   休眠   发送   接收   监视
  功率消耗(mW)   60   1400   950   805
可以从表8理解到，节点在发送模式中具有最大的功率消耗，而在休眠模式具有最小的功率消耗。
图10是说明在无线网络中节点的数目和用于发送单元数据的功率消耗之间关系的图。在图10中，水平轴表示可以互相访问的节点数，而垂直轴表示用于发送一个字节的功率消耗。
参照图10，现有的竞争方案(“标准”)具有最大的功率消耗，并且现有的基于分组长度的方案(“仅长度”)具有第二大的功率消耗。与现有的技术方案相比，本发明的实施例(“建议的”)显示出功率消耗最大下降大约58％，并且显示出当节点数是30时功率消耗下降大约30％。
图11是说明无线网络中功率消耗(y轴)和数据负载(x轴)之间关系的图。这里，将当在给定无线网络中交换总共500个数据分组时消耗的功率表示为吞吐量。而且，假定数据分组大小是随机的，并且通过用参与通信的节点数正规化数据分组的大小计算数据负载。数据负载的增大指每个节点发送的数据分组数的增大。
参照图11，标准方案具有最大的每单元发送功率消耗，而建议方案具有最小的每单元发送功率消耗。功率消耗随每个节点的数据负载增大而降低，因为如果有较少的节点就有较少的要监视的节点。由较少的节点发送/接收许多数据分组比由许多节点发送/接收较少的数据分组有更高的效率。
图12是说明在无线网络中竞争方案的吞吐量和本发明实施例的吞吐量之间比较的图。在图12中，水平轴表示无线网络中的节点数，而垂直轴表示吞吐量。吞吐量表示当假定本发明实施例的吞吐量是100％时确定的比值。这里，假定ATIM窗口的大小为8毫秒和4毫秒。
参照图12，吞吐量在ATIM窗口为4毫秒时被提高。然而，不考虑节点数，则在吞吐量方面竞争方案低于本发明的实施例。当ATIM窗口为8毫秒时，根据本发明实施例的吞吐量最大提高大约62％，平均提高大约42％。另外，当ATIM窗口为4毫秒时，根据本发明实施例的吞吐量最大提高大约52％，平均提高大约40％。在节点数是30或更大的点处开始吞吐量被稳定的原因是因为在最初的竞争之后，只有恒定数目的节点醒来以发送分组。
图13是说明在每个节点的服务获得速率方面，本发明实施例和现有的功率节省方案之间的比较的图。即，图13说明了在本发明和现有的省电方案之间的公平性(fairness)比较。在图13中，水平轴表示参与分组发送/接收的模式的标识符(ID)，而垂直轴表示节点接收到的服务的等级。因此，随着点散布得越开，则使公平性下降得越低。
参照图13，在分布方面由本发明实施例表示的点类似于由现有的方案表示的点，但是由现有方案表示的点分布得更开。公平性可以通过等式(7)计算：
f = ( Σ i = 1 n x ) 2 n · Σ i = 1 n x 2
当公平性由等式(7)计算时，与现有的方案比较，本发明显示大约7％的性能改善。
图14是说明在考虑任务大小所获得的节点密切关系Qat和不考虑任务大小获得的节点密切关系Qwa之间的性能比较的图。
从图14可以注意到，考虑任务大小所获得的节点密切关系Qat接近最佳性能Q*。即，考虑任务大小所获得的节点密切关系Qat在性能上优于不考虑任务大小获得的节点密切关系Qwa。
如上所述，本发明根据独立地给予任务的密切关系分配优先级，并且根据任务要求的资源数量分配优先级给具有相同密切关系的任务。因此，本发明具有下面的优点。
第一，数据通信的吞吐量高，所以使用者可以接收高容量服务。
第二，节点的功率消耗降低，有助于支持节点间通信的无线网络的保持时间的增大。
第三，服务提供者可以提供高容量低功率的服务。
尽管已经参照本发明的某优选实施例显示并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，可以在不偏离由权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，在其中进行各种形式和细节的改变。

Claims (25)

1.一种用于对任务执行调度的方法，为支持节点间通信的无线网络中的多个节点间的通信而形成各任务，该方法包含步骤：
计算用于节点的密切关系；
根据计算的节点密切关系计算用于任务的密切关系；以及
按照计算的任务密切关系的等级顺序分配优先级给所述任务。
2.根据权利要求1所述的方法，其中每个节点密切关系是由相应的节点形成的任务的数目。
3.根据权利要求1所述的方法，其中每个节点密切关系是由相应的节点形成的任务的数目和任务大小的乘积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中每个任务密切关系是形成相应的任务的源节点的密切关系和目的节点的密切关系的和。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包含根据任务要求的资源数量分配优先级给具有相同密切关系的任务。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述优先级分配步骤包含分配较高优先级给较低密切关系任务。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述优先级分配步骤包含分配较高优先级给具有相同密切关系的任务中要求较少资源的任务。
8.一种用于由无线网络中的协调者执行对任务的调度的方法，在该无线网络中，为在多个节点间的通信形成各任务，并且节点发送关于任务的信息，该方法包含：
从节点接收关于任务的信息；
根据任务信息计算用于节点的密切关系；
根据计算的节点密切关系计算用于任务的密切关系；
按照计算的任务密切关系的等级的顺序分配优先级给任务；以及
发送分配的优先级给节点。
9.根据权利要求8所述的方法，其中每个节点密切关系是由相应的节点形成的任务的数目。
10.根据权利要求8所述的方法，其中每个节点密切关系是由相应的节点形成的任务的数目和任务大小的乘积。
11.根据权利要求8所述的方法，其中每个任务密切关系是形成相应的任务的源节点的密切关系和目的节点的密切关系的和。
12.根据权利要求8所述的方法，进一步包含根据任务要求的资源数量分配优先级给具有相同密切关系任务。
13.根据权利要求8所述的方法，其中优先级分配步骤包含分配较高优先级给较低密切关系任务。
14.根据权利要求12所述的方法，其中优先级分配步骤包含分配较高优先级给具有相同密切关系的任务中要求较少资源的任务。
15.一种用于由无线网络中的协调者执行对任务的调度的方法，在该无线网络中，为多个节点间的通信形成各任务，并且节点发送关于任务的信息，该方法包含：
从节点接收关于任务的信息；
根据从任务信息获得的任务要求的资源数量，分配优先级给所述任务；
如果存在要求的资源数量相同的任务，则根据任务信息计算用于节点的密切关系，该节点形成要求的资源数量相同的任务；
根据计算的节点密切关系为要求的资源数量相同的任务计算密切关系；
按照计算的任务密切关系的等级的顺序分配优先级给要求的资源数量相同的任务；以及
发送优先级给所述节点。
16.根据权利要求15所述的方法，其中每个节点密切关系是由相应的节点形成的任务的数目。
17.根据权利要求15所述的方法，其中每个节点密切关系是由相应的节点形成的任务的数目和任务大小的乘积。
18.根据权利要求15所述的方法，其中每个任务密切关系是形成相应的任务的源节点的密切关系和目的节点的密切关系的和。
19.根据权利要求15所述的方法，其中优先级分配步骤包含分配较高优先级给要求的资源数量较少的任务。
20.根据权利要求19所述的方法，其中优先级分配步骤包含分配较高优先级给要求的资源数量相同的任务中的较低密切关系任务。
21.一种用于执行对任务的调度的方法，为无线网络中的多个节点间的通信而形成各任务，该无线网络包含各节点以及用于协调节点间通信的协调者，该方法包含：
为相应的节点参与的至少一个任务计算密切关系，并且发送计算的任务密切关系给协调者；
按照从节点接收的任务密切关系的等级的顺序分配优先级给任务；以及
发送分配的优先级给节点。
22.根据权利要求21所述的方法，其中每个任务密切关系作为形成相应的任务的源节点的密切关系和目的节点的密切关系的和来计算，并且源节点的密切关系和目的节点的密切关系用形成的任务数计算。
23.根据权利要求21所述的方法，其中优先级分配步骤包含分配较高优先级给较低密切关系任务。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包含根据任务要求的资源数量，分配优先级给具有相同密切关系的任务。
25.根据权利要求24所述的方法，其中优先级分配步骤包含分配较高优先级给具有相同密切关系的任务中要求的资源数量较少的任务。
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