本发明专利技术公开了一种基于TDMA的无线MESH网络分布式资源分配的方法，该方法利用邻居节点之间的信息交互获取两跳范围内各个节点的时隙申请情况，在时隙申请过程中加入节点负载参数解决了各个节点发送数据的需求差异问题，在时隙分配过程中采用优化的优先级列表给各个节点的分配时隙，使得各个节点分配的时隙在一个时帧中近似均匀分布，在数据传输过程中根据各条数据流的路径选择节点发送时隙顺序，使得数据流的时隙顺序与路径上的节点顺序一致，进一步降低了时延和提高了时隙复用度。本发明专利技术实现了分布式无线MESH网络信道资源的无冲突分配，降低了通信时延，提高了信道的利用率和网络的吞吐量，适用于分布式无线MESH网络。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及无线网状网络
，尤其设及一种基于TDMA的无线MESH网络分布 式资源分配方法。
技术介绍
无线ME細网络是一个动态的可W不断扩展的自组织网络架构，具备无中屯、、自组 织、多跳、动态拓扑等特点，拥有快速部署、易于安装、非视距传输、可靠性高、结构灵活及高 带宽等优势，目前成为"最后一公里"的网络接入方案之一。无线ME細网络是由Ad Hoc网络 发展演化而来，是Ad Hoc网络技术和接入网技术的结合。但是由于无线MESH网络具备无线 Ad化C网络所不具有的一些特点，因此无法将Ad化C网络的协议很好的应用于无线ME甜网 络。近年来，随着互联网的快速发展，各种应用业务的出现对无线MESH网络在带宽、时延W 及时延抖动方面的要求也越来越高。 目前无线ME甜网络的信道接入机制主要分为CSMA和TDM两种。基于CSMA的接入方 式在负载较小时性能表现较好，但随着负载的增加和网络中节点数目的增加，冲突的概率 急剧上升，性能急剧恶化。同时，基于CSMA的接入方式也无法保证各种应用业务对延时的要 求。基于TDMA的接入方式清晰地将信道分为时间片，能够实现无冲突的调度，同时还具有处 理不同优先级业务类型的能力，保证各种业务的QoS要求。但是目前关于TDMA接入方式的方 案不管是信道利用率还是时延W及时延抖动都存在一定的缺陷。 在传统的TDMA方式中，一个时隙对应一个节点，运种方式的信道利用率低。随着近 几年来对分布式网络信道资源分配的研究，目前的技术方案已经对基于TDMA的信道资源分 配方式做了很大的改进，提高了信道利用率。但是现有的方案在时隙的复用度和时延方面 做了很大改进，但是并未同时考虑时延抖动问题和各个节点发送数据的需求差异问题。此 夕h现有的方案和技术中控制开销部分过大，无法真正应用于实际工程中。 申请号为201210334498.6的专利技术专利公开了一种高动态自组织网络高效TDMA协 议的实现方法。具体地，采用的是基于链路的时隙分配方法，该专利技术中在给链路分配时隙 时，采用类似于CSMA/CA的随机退避机制发送调度信息，当节点数目增多和网络的负载增 加，发送调度信息的冲突概率急剧增加，而前导时隙每个时隙长度是固定的，最后无法实现 完成为链路分配时隙，信道利用率急剧下降，网络的性能急剧下降。 申请号为201110227612.0的专利技术专利公开了一种基于时分复用的信道资源分配 方法。具体地，采用的是基于节点的时隙分配方法，在该专利技术中，每个时隙分为控制部分和 数据部分，控制部分分为两个阶段，每个阶段包含N(N为网络中最大的节点数目）个微时隙 用于发送分配时隙包，该时隙分配方法中控制开销过大，并且没有考虑时延抖动的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于TDMA的无线ME甜网络分布 式资源分配的方法，采用TDMA的调度方式进行信道接入，解决了随机接入信道带来的冲突， 也为数据传输提供了延时保障;在进行时隙申请过程加入各个节点的业务数据量的负载参 数，解决了各个节点发送数据的需求差异问题;在进行时隙分配过程采用了优化的优先级 列表，使各个节点分配到的时隙在一个时帖中近似均匀分布，解决了时隙抖动问题，从而降 低了时延;在数据发送阶段，若节点分配到多个不同的数据时隙，则对经过该节点的不同数 据流进行不同的时隙选择，通过时隙选择算法保证数据流中的时隙顺序与节点顺序一致， 从而进一步降低了数据流端到端的时延。 本专利技术的目的是通过W下技术方案来实现的：一种基于TDMA的无线ME甜网络分布 式资源分配的方法，它包括W下步骤： SI:时隙申请，包括W下子步骤： Sll:在声明阶段，固定为每个节点分配一个时隙，用于发送时隙竞争信息包;所述 的时隙竞争信息包包括节点的一个二元数组，所述的二元数组包括节点ID和负载因子n，其 中节点ID为本节点的地址，负载因子n由MAC层与路由层的缓冲队列中的数据包数量计算 出，公式如下：[001^ 式中，L表示缓冲队列的最大长度，M表示缓冲队列中已有的数据包；[001引S12:在声明阶段结束后，各个节点都收到邻居节点发送的时隙竞争信息包，并将 收到的时隙竞争信息包存入一个包含节点ID、负载因子n的一跳邻居发送需求信息表化6_ Nb;r_Tx_table中；在回复阶段，各节点将化e_Nb;r_Tx_table中的信息转发给其邻居节点，回 复阶段结束后，各节点就知道其两跳范围内所有节点的时隙需求情况，并将信息存入两跳 邻居发送需求信息表Two_Nb;r_Tx_table中； S2:时隙分配，包括W下子步骤：，优先级 数值介于1到N;在设置优先级数值时遵循W下原则： (1){曰日..曰化}为第i个时隙不同节点的优先级数值，运个集合的所有元素是 互不相同的，代表网络中不同节点对i时隙的不同优先级； (2)网络中每个节点对应一个时隙并且唯一，该时隙称为主时隙，在给节点分配时 隙的时候，各个节点的主时隙无条件分配给该节点，保证各个节点在每个数据时帖中都能 获得至少一个时隙； (3)让数据时隙部分各个组内的每个时隙对应的优先级数值近似相同但并不完全 相同，保证各个节点分配到时隙在同一组的概率很大，从而实现在一帖中分配的时隙近似 均匀分布； S22:在回复阶段结束后，各个节点根据收到的两跳范围内各个节点发送的时隙竞 争信息包和优先级列表进行时隙分配，计算节点i两跳范围内所有节点竞争时隙j的权值 Wi j，并存入W数组中;Wi j代表节点i在竞争时隙j时具有的权值，该值越大代表节点i竞 争到时隙j的概率越大，公式如下：Wy = (l-a)Xaij+aXNXru 式中，ru为节点i在本时帖中的负载因子，a为介于(0,1)之间的数，通过调节a数值 的大小实现负载因子化在时隙分配中所起的决定性作用； 其中，当a = 〇时，负载因子化对时隙的选择没有影响，时隙分配完全由优先级列表 决定，运种情况适合各个节点业务基本一致的情况的网络，公式如下： Wij = aij 当a逐渐增加时，优先级列表对时隙的选择逐渐减小，负载因子化对时隙分配的影 响逐渐增加，运种情况适合各个节点业务不一致的情况的网络； S23:所有节点选择时隙，其中，节点i选择时隙j包括W下子步骤： S231:判断当前时隙是否为节点自身的主时隙，如果是的话则将当前时隙分配给 本节点然后结束，否则进入步骤S232; S232:判断当前时隙是否为两条范围内节点的主时隙，如果是的话直接结束，否则 进入步骤S233;S233:将临时变量k赋值为0; S234:判断W>W比，j]是否成立，如果是的话则对k进行加一操作并进入步骤 S23411，否则进入步骤S23421; S23411:判断k含N是否成立，如果是的话则将当前时隙分配给本节点然后结束，否 则返回步骤S234; S23421:判断W=W比，j]是否成立，如果是的话进入步骤S23422,否则直接结 束； S23422:判断化 > 化是否成立，如果是的话则将当前时隙分配给本节点然后结束， 否则直接结束； S3:时隙选择，在数据报文中添加流标号和对应数据流逐跳节点使用的时隙号两 个字段之后，进行时隙选择，已知Sprev、Tframe和TslDt;包本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于TDMA的无线MESH网络分布式资源分配的方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1：时隙申请，包括以下子步骤：S11：在声明阶段，固定为每个节点分配一个时隙，用于发送时隙竞争信息包；所述的时隙竞争信息包包括节点的一个二元数组，所述的二元数组包括节点ID和负载因子η，其中节点ID为本节点的地址，负载因子η由MAC层与路由层的缓冲队列中的数据包数量计算出，公式如下：η=ML]]>式中，L表示缓冲队列的最大长度，M表示缓冲队列中已有的数据包；S12：在声明阶段结束后，各个节点都收到邻居节点发送的时隙竞争信息包，并将收到的时隙竞争信息包存入一个包含节点ID、负载因子η的一跳邻居发送需求信息表One_Nbr_Tx_table中；在回复阶段，各节点将One_Nbr_Tx_table中的信息转发给其邻居节点，回复阶段结束后，各节点就知道其两跳范围内所有节点的时隙需求情况，并将信息存入两跳邻居发送需求信息表Two_Nbr_Tx_table中；S2：时隙分配，包括以下子步骤：S21：建立优先级列表，并设置优先级数值；假设网络中有N个节点，数据阶段有N个时隙，aij为在优先级列表中节点i在时隙j对应的优先级数值；i和j的数值取[0,N]，优先级数值介于1到N；在设置优先级数值时遵循以下原则：(1){a0i,a1i...aNi}为第i个时隙不同节点的优先级数值，这个集合的所有元素是互不相同的，代表网络中不同节点对i时隙的不同优先级；(2)网络中每个节点对应一个时隙并且唯一，该时隙称为主时隙，在给节点分配时隙的时候，各个节点的主时隙无条件分配给该节点，保证各个节点在每个数据时帧中都能获得至少一个时隙；(3)让数据时隙部分各个组内的每个时隙对应的优先级数值近似相同但并不完全相同，保证各个节点分配到时隙在同一组的概率很大，从而实现在一帧中分配的时隙近似均匀分布；S22：在回复阶段结束后，各个节点根据收到的两跳范围内各个节点发送的时隙竞争信息包和优先级列表进行时隙分配，计算节点i两跳范围内所有节点竞争时隙j的权值Wij，并存入W[N,N]数组中；Wij代表节点i在竞争时隙j时具有的权值，该值越大代表节点i竞争到时隙j的概率越大，公式如下：Wij＝(1‑α)×aij+α×N×ηi式中，ηi为节点i在本时帧中的负载因子，α为介于(0,1)之间的数，通过调节α数值的大小实现负载因子ηi在时隙分配中所起的决定性作用；其中，当α＝0时，负载因子ηi对时隙的选择没有影响，时隙分配完全由优先级列表决定，这种情况适合各个节点业务基本一致的情况的网络，公式如下：Wij＝aij当α逐渐增加时，优先级列表对时隙的选择逐渐减小，负载因子ηi对时隙分配的影响逐渐增加，这种情况适合各个节点业务不一致的情况的网络；S23：在S22结束后，所有节点计算占用的时隙，其中，节点i占用时隙j包括以下子步骤：S231：判断当前时隙是否为节点自身的主时隙，如果是的话则将当前时隙分配给本节点然后结束，否则进入步骤S232；S232：判断当前时隙是否为两条范围内节点的主时隙，如果是的话直接结束，否则进入步骤S233；S233：将临时变量k赋值为0；S234：判断W[i,j]＞W[k,j]是否成立，如果是的话则对k进行加一操作并进入步骤S23411，否则进入步骤S23421；S23411：判断k≤N是否成立，如果是的话则将当前时隙分配给本节点然后结束，否则返回步骤S234；S23421：判断W[i,j]＝W[k,j]是否成立，如果是的话进入步骤S23422，否则直接结束；S23422：判断ηi＞ηk是否成立，如果是的话则将当前时隙分配给本节点然后结束，否则直接结束；S3：时隙选择，在数据报文中添加流标号和对应数据流逐跳节点使用的时隙号两个字段之后，进行时隙选择，已知Sprev、Tframe和Tslot；包括以下子步骤：S31：判断节点分配的剩余时隙Sremain是否为空，如果是的话则不能为数据流分配时隙，否则进入步骤S32；S32：判断该节点是否为数据流的源节点，若不是进入S33，否则选择该节点剩余时隙中时隙号最小的一个时隙，包括以下子步骤：S321：选择该节点剩余时隙Sremain中时隙号最小的一个时隙；S322：对Sselected的值进行更新：Sremain＝Sremain‑Sselected；S323：将Sselected的值作为该节点剩余时隙中时隙号最小的一个时隙进行输出，结束；S33：数据流的中间节点计算剩余可使用的各个时隙的为数据流增加的延时，并选择增加最小时延对应的可用时隙，包括以下子步骤：S331：对剩余可使用时隙Si依次做如下步骤：判断所述剩余可使用时隙Si的值是否大于所申请时隙的数据流前一个节点所使用的时隙Sprev[length]：(1)如果成立，则把差值Δi赋值为...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林水生，黄佳，阎波，周亮，杨海芬，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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