一种用于无线Mesh网络的MAC层分布式调度机制制造技术

本发明专利技术公开了一种用于无线Mesh网络的MAC层分布式调度机制。本发明专利技术能够支持在网络中各节点的在网状态及时更新并保证业务数据在链路上无碰撞地传输，并能在满足网络节点间通信所需的其他条件下保证各业务之间的公平性和系统的吞吐量等指标。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及无线Mesh网络领域，特别是涉及一种用于无线Mesh网络的MAC层分布式调度机制。

技术介绍

无线Mesh网络调度机制作为无线Mesh网络领域的关键技术之一，调度机制的好坏对无线信道的利用率及网络业务的Qos有着十分重要的影响，因此深入研究适用于无线Mesh网络的MAC层分布式调度机制对于无线Mesh网络的研究具有重要的意义。
无线Mesh网络的节点移动性、多跳级联、拓扑灵活、可扩展性强等特点对其调度机制提出了特定的要求。现有的Mesh网络中使用的单信道MAC协议是分布式协调功能方式DCF，它采用的是带有冲突避免的载波侦听多址访问机制，这种机制下各节点对信道的使用权是基于一种随机的竞争，当网络负载较大时，就会面临数据频繁发生冲突，只能提供尽力而为的服务，没有任何的QoS保证，无法满足实时业务对延迟和抖动等指标的需求。而另外一种在DCF的基础上定义的点协调功能PCF，利用点协调来对节点进行轮询，集中控制介质的访问，这样虽然能够保证一定的可靠性，但由于采用了轮询方式，在网络规模较大时，这种机制会导致系统时延和吞吐量方面的性能下降。

技术实现思路

本专利技术要解决的技术问题是提供一种通过全网节点分布式交互进行资源调度有效保证在一定网络规模下系统的吞吐量和业务的QoS的适用于无线Mesh网络的MAC层分布式调度机制，以解决现有的无线Mesh网络系统在网络规模和跳数等方面的限制下带来的时延、吞吐量低及可靠性差等方面的问题。
为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案：
一种用于无线Mesh网络的MAC层分布式调度机制，该调度机制包括：
S1、已入网的各节点根据网内周期性广播发送的NCFG(网络配置消息：MeshNetworkConfiguration)消息，更新本地一跳信息或两跳邻居信息；
S2、各节点根据两跳内邻居节点的信息进行控制消息发送时隙的选举；若选举成功则，按照选举结果发送下一次消息；若选举未成功，则继续选举直至成功；
S3、网内任意一节点基于接收到的网络层带宽请求信息作为资源请求节点，并建立本地链路调度单元，同时，向外发送资源请求消息；
S4、已入网节点接收资源请求消息，其中具有与资源请求消息相符资源信息的节点作为资源授权节点，并向资源请求节点发送授权成功消息或授权失败消息；
S5、已入网节点基于授权成功消息或授权失败消息，向资源授权节点发出确认信息，并与资源授权节点建立数据通信，或者，向网络层反馈请求失败信息；
S6、作为资源授权节点的已入网节点基于符合要求的确认信息，进行资源调度。
优选的，所述步骤S1包括：
S11、已入网的各节点周期性的广播发送NCFG消息，该消息中携带本地节点的所有一跳邻居信息；
S12、已入网各节点根据接收到一跳邻居的NCFG消息更新本地一跳邻居信息，并根据该一跳邻居的NCFG消息中的邻居链表信息，更新本地一跳或两跳邻居信息。
优选的，所述步骤S2包括：
S21、已入网各节点根据接收到的一跳和两跳邻居信息，确定符合选举条件的所有节点；
S22、基于伪随机混合算法Mesh-election，利用符合选取条件的节点的身份信息和当前竞争时隙信息进行选取；
S23、若选举成功，则确定下一次发送控制消息的时间；若选举失败，则继续选举，直至选举成功。
优选的，所述符合选取条件的节点的身份信息包括：节点ID号和由入网顺序指定的合法竞争节点中的合法竞争节点集中的节点ID号。
优选的，所述步骤S3包括：
S31、网内任意一节点基于接收到的网络层带宽请求信息作为资源请求节点，并建立本地链路调度单元；
S32、该资源请求节点根据本地调度单元的带宽请求信息，生成DSCH-Request(分布式调度请求消息：MeshDistributedScheduling-Request)消息，同时，在该消息中添加本地时隙表的全部信息；
S33、该资源请求节点根据选举得到的控制消息发送时间结果，发送资源请求消息。
优选的，所述步骤S4包括：
S41、已入网节点接收资源请求消息；若该资源请求消息不是属于自己资源的请求，则丢弃该请求信息；若该资源请求消息属于自己资源的请求，则该节点作为资源授权节点执行步骤S42；
S42、资源授权节点通过对比本地时隙表和资源请求节点的时隙表，获得两个节点的公共时隙表；
S43、判断所述公共时隙表是否满足资源请求节点的带宽需求；若满足，则资源授权节点回复授权成功消息，并将授权时隙表一同发送给资源请求节点；若不满足，则回复授权失败消息。
优选的，所述步骤S4进一步包括：S44、若授权成功，则根据所述公共时隙表修改本地时隙表信息，若授权失败，则不做任何处理。
优选的，所述步骤S5包括：
S51、已入网节点判断接收到的成功授权消息是否为符合自己的信息；若是，则根据授权成功消息更新本地时隙表及本地调度单元，并生成具有本地时隙表的确认消息，同时，按授权时隙发送数据；若否，则根据该不符合自己的成功授权消息，更新一跳和两跳邻居节点的调度单元及时隙表，并根据该消息更新本地时隙表；
S52、已入网节点判断接收到的失败授权消息是否为符合自己的信息；若是，则根据失败授权消息信息，向网络层发送失败原因信息，并释放相关本地调度单元；若否，则直接丢弃该失败授权消息。
优选的，所述步骤S6包括：
S61、若已入网节点收到的确认信息是符合自己的信息，则三次握手完成，成功建立资源请求节点和资源授权节点的资源调度；
S62、若已入网节点收到的确认信息是不符合自己的信息，则进一步判断该确认信息中携带的信息内容；若该确认消息中携带了邻居节点的时隙表，则资源授权节点根据该确认消息，更新一跳和两跳邻居节点的调度单元及时隙表；若该确认消息中没有携带邻居节点的时隙表，则资源授权节点根据一跳和两跳邻居节点的调度单元中所存储的链路信息，释放该链路所占时隙表，并释放该邻居调度单元。
优选的，该方法进一步包括：S7、资源调度完成后，资源请求节点基于网络层链路关闭消息，则网络层反馈确认消息，并告知周围节点链路关闭。
本专利技术的有益效果如下：
本专利技术所述技术方案在各个结点间均可以直接建立数据链路，信息流程最短网内节点共享资源容易；即使整个网络中的某个局部出现故障，也不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出本专利技术所述MAC层分布式调度机制的流程图；
图2示出分布式三次握手成功的交互流程图；
图3示出采用本专利技术所述方法构建的拓扑网络结构示意图；
图4-1示出对本专利技术所述方法进行仿真的示意图；
图4-2示出对本专利技术所述方法进行仿真的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。
本专利技术公开了一种用于无线Mesh网络的MAC层分布式调度机制，其特征在于，该调度机制包括：
S1、已入网的各节点根据网内周期性广播发送的NCFG消息，更新本地一跳信息或两跳邻居信息；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无线Mesh网络的MAC层分布式调度机制，其特征在于，该调度机制包括：S1、已入网的各节点根据网内周期性广播发送的NCFG消息，更新本地一跳信息或两跳邻居信息；S2、各节点根据两跳内邻居节点的信息进行控制消息发送时隙的选举；若选举成功则，按照选举结果发送下一次消息；若选举未成功，则继续选举直至成功；S3、网内任意一节点基于接收到的网络层带宽请求信息作为资源请求节点，并建立本地链路调度单元，同时，向外发送资源请求消息；S4、已入网节点接收资源请求消息，其中具有与资源请求消息相符资源信息的节点作为资源授权节点，并向资源请求节点发送授权成功消息或授权失败消息；S5、已入网节点基于授权成功消息或授权失败消息，向资源授权节点发出确认信息，并与资源授权节点建立数据通信，或者，向网络层反馈请求失败信息；S6、作为资源授权节点的已入网节点基于符合要求的确认信息，进行资源调度。

【技术特征摘要】
1.一种用于无线Mesh网络的MAC层分布式调度机制，其特征在于，该
调度机制包括：
S1、已入网的各节点根据网内周期性广播发送的NCFG消息，更新本地一
跳信息或两跳邻居信息；
S2、各节点根据两跳内邻居节点的信息进行控制消息发送时隙的选举；若
选举成功则，按照选举结果发送下一次消息；若选举未成功，则继续选举直至
成功；
S3、网内任意一节点基于接收到的网络层带宽请求信息作为资源请求节点，
并建立本地链路调度单元，同时，向外发送资源请求消息；
S4、已入网节点接收资源请求消息，其中具有与资源请求消息相符资源信
息的节点作为资源授权节点，并向资源请求节点发送授权成功消息或授权失败
消息；
S5、已入网节点基于授权成功消息或授权失败消息，向资源授权节点发出
确认信息，并与资源授权节点建立数据通信，或者，向网络层反馈请求失败信
息；
S6、作为资源授权节点的已入网节点基于符合要求的确认信息，进行资源
调度。
2.根据权利要求1所述的MAC层分布式调度机制，其特征在于，所述步
骤S1包括：
S11、已入网的各节点周期性的广播发送NCFG消息，该消息中携带本地节
点的所有一跳邻居信息；
S12、已入网各节点根据接收到一跳邻居的NCFG消息更新本地一跳邻居信
息，并根据该一跳邻居的NCFG消息中的邻居链表信息，更新本地一跳或两跳
邻居信息。
3.根据权利要求1所述的MAC层分布式调度机制，其特征在于，所述步
骤S2包括：
S21、已入网各节点根据接收到的一跳和两跳邻居信息，确定符合选举条
件的所有节点；
S22、基于伪随机混合算法Mesh-election，利用符合选取条件的节点的身
份信息和当前竞争时隙信息进行选取；
S23、若选举成功，则确定下一次发送控制消息的时间；若选举失败，则
继续选举，直至选举成功。
4.根据权利要求3所述的MAC层分布式调度机制，其特征在于，所述符
合选取条件的节点的身份信息包括：节点ID号和由入网顺序指定的合法竞争
节点中的合法竞争节点集中的节点ID号。
5.根据权利要求1所述的MAC层分布式调度机制，其特征在于，所述步
骤S3包括：
S31、网内任意一节点基于接收到的网络层带宽请求信息作为资源请求节
点，并建立本地链路调度单元；
S32、该资源请求节点根据本地调度单元的带宽请求信息，生成
DSCH-Request消息，同时，在该消息中添加本地时隙表的全部信息；
S33、该资源请求节点根据选举得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，尚晓东，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11