基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法技术

本发明专利技术提出的一种基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法，包括按需时隙数计算和递归回溯时隙分配两个过程。时隙数计算：AP根据节点汇报的资源需求，向下取整计算时隙资源分配比例；递归回溯时隙分配：AP将节点按照更新后的时隙需求量与可得时隙数差值降序排列，并按序跳跃式递归回溯分配时隙。综合考虑网络需求量和网络可用资源，遵循按比例公平性分配原则，在实时保障节点通信需求的前提下，一方面避免了原有按需分配存在的资源短缺问题，另一方面，实现了网络节点动态公平分配；其中递归回溯网络资源，并按照精确计算的步幅跳跃搜索空闲时隙，可以保证时隙位置均匀分布，避免时隙聚集带来的延时长和抖动大的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线网络技术，具体地说是一种基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法。
技术介绍
无线网络的飞速发展一级多媒体业务需求的快速增长，使得有限的无线资源与多媒体业务间不断提高的服务质量(QoS，Quality of Service)需求质检产生尖锐的矛盾。特别是随着多路视频监控需求的出现，传统一对一、一对多的视频传输模式已不能满足应用需求，能够支持多对一视频传输的无线多媒体传感器网络(WMSNs，Wireless Multimedia Sensor Networks)得到了越来越多的关注，提高网络整体性能且支持高质量多媒体业务的资源调度策略成为目前无线通信领域的研究重点。然而针对多路视频并发传输的WMSN的研究刚刚起步，延迟、抖动、丢包率等性能仍不尽如人意。研究结果表明，基于IEEE 802.11协议的网络面向多点传输时，报文碰撞概率增大，系统性能显著降低，不能满足高并发无线视频传输的需求。时分多址接入(TDMA,Time Division Multiple Access)技术因其固有的冲突避免和延迟保障机理，成为保障网络性能的优选。TDMA技术将时间分为若干帧，每个帧又分为若干个时隙；通过将时隙分配给不同的节点，各个节点在不同的时隙发送数据，从而保障无碰撞的数据传输。现有针对无线视频传输的TDMA调度算法包括静态调度和动态调度两类。其中，静态调度算法的时隙分配方案在网络设计阶段就已经确定，以参数文件的形式存储在硬盘上。这种方法的优点是实现过程简单，缺点是灵活性差，无法对时隙分配方案进行实时调整。动态调度算法可以根据系统负载实时调整资源分配方案，例如，基于优先级的调度、基于需求的调度、最大权重时延优先调度、基于效用函数梯度调度等，该类方法灵活性较高，且可以适应动态变化的应用环境，适用于无线视频传输场合。然而，大部分研究以提升非实时WMSN吞吐量和保障实时WMSN实时性为设计目标，存在计算和控制开销较高、时隙
分布不均匀、时隙长度设计不合理、多用户公平性不合理等问题。因此，本专利技术致力于保证用户的公平性和视频传输的实时性。更进一步，已有动态调度算法大多采用了调整帧长度的策略，其目的是在保证各节点需求的前提下，使帧长度最短，以便循环为每个站点提供快速服务。但这种策略存在一定弊端：TDMA技术大多要求各节点在每帧的第一个时隙进行一次时间同步，如果帧长频繁调整，时钟需要频繁调整；帧长较短时，各节点频繁对时，造成资源浪费；而帧长较长时，各节点长时间不对时，造成时间偏差。此外，帧长频繁调整，全网各节点也要实时跟随调整，容易造成系统不稳定。针对帧长调整带来的资源浪费和系统不稳定问题，本专利技术方法采用固定帧长的设计策略。
技术实现思路
针对面向无线视频传输的静态调度算法资源浪费问题以及动态调度算法开销高、公平性差的问题，提出一种基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法，包括以下步骤：步骤1，时隙数计算：AP根据节点汇报的资源需求，向下取整计算时隙资源分配比例；步骤2，递归回溯时隙分配：AP将节点按照更新后的时隙需求量与可得时隙数差值降序排列，并按序跳跃式递归回溯分配时隙。所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1：在汇报时刻到来时，各节点向AP汇报缓存队列长度；步骤1.2：AP向下取整计算各节点的资源分配比例以及各节点应得的时隙数量，如果某节点计算应得的时隙数量为0，则将该时隙数量置为1；步骤1.3：判断全网可用时隙总数是否大于或等于所有节点应得的时隙数量之和；如果是，则执行步骤2；否则，将节点按应得的时隙数量降序排列，执行步骤1.4；步骤1.4：将序列首部节点的应得时隙数量减1，返回步骤1.3。所述AP向下取整计算各节点的资源分配比例，具体为：对应于第i个节点的资源分配比例Pi的计算方法为： P i = Li / Σ i = 1 N Li ]]>其中，Li表示汇报上来的第i个节点的缓存队列中报文的数量；表示表示汇报上来的全网节点的缓存队列中报文的总数。所述AP向下取整计算各节点应得的时隙数量，具体为：对应于第i个节点应得的时隙数量SNi的计算方法为：其中，Ns表示全网可用时隙总数。所述步骤2包括以下步骤：步骤2.1：AP按照更新后节点可用时隙数量对节点进行降序排列；步骤2.2：对节点序列中尚未执行时隙分配的第一个节点，递归回溯网络资源序列，即：从第一个空闲时隙开始，跳跃搜索下一个空闲时隙，并结合邻近前向搜索和后向搜索方法消除时隙分配冲突，直至达到该节点可得时隙总数；步骤2.3：循环执行步骤2.2，直至所有节点都被分配以可得时隙。步骤2.4：如果网络资源剩余，则按时隙需求量与可得时隙数差值从大到小的顺序，将剩余的空闲时隙依次分配给可用时隙数不足的节点；否则，分配过程结束。所述跳跃搜索下一个空闲时隙是按照一定步幅进行跳跃搜索的，第i个节点跳跃步幅δi计算的计算过程为：其中，Ns表示全网可用时隙总数，SNi表示第i个节点应得的时隙数量。所述邻近前向搜索和后向搜索方法消除时隙分配冲突，包括以下步骤：步骤2.2.1：按照步幅跳跃过程中，如果计算得到的下一个时隙Slot(i)已被占用，则前向搜索时隙Slot(i-1)是否为空闲时隙，标号i为时隙编号；步骤2.2.2：如果前向搜索时隙Slot(i-1)为空闲，则标记为可用时隙Slot(j)；否则，从Slot(i)编号递增方向后向搜索空闲时隙，直至找到第一个空闲时隙，标记为可用时隙Slot(j)；如果后向搜索未找到空闲时隙，则跳转到时隙Slot(1)，继续执行后向搜索过程，直至找到可用时隙Slot(j)；步骤2.2.3：在该节点分配到的时隙数未达到该节点可得时隙总数的情况下，转至步骤2.2.1，直至达到该节点可得时隙总数。所述步骤2.2.2的执行过程遵循以下原则： Slot ( j ) = ( H i + δ i + 2 - n ) % Ns , n = 1,2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，时隙数计算：AP根据节点汇报的资源需求，向下取整计算时隙资源分配比例；步骤2，递归回溯时隙分配：AP将节点按照更新后的时隙需求量与可得时隙数差值降序排列，并按序跳跃式递归回溯分配时隙。

【技术特征摘要】
1.一种基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，时隙数计算：AP根据节点汇报的资源需求，向下取整计算时隙资源分配比例；步骤2，递归回溯时隙分配：AP将节点按照更新后的时隙需求量与可得时隙数差值降序排列，并按序跳跃式递归回溯分配时隙。2.根据权利要求1所述的基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1：在汇报时刻到来时，各节点向AP汇报缓存队列长度；步骤1.2：AP向下取整计算各节点的资源分配比例以及各节点应得的时隙数量，如果某节点计算应得的时隙数量为0，则将该时隙数量置为1；步骤1.3：判断全网可用时隙总数是否大于或等于所有节点应得的时隙数量之和；如果是，则执行步骤2；否则，将节点按应得的时隙数量降序排列，执行步骤1.4；步骤1.4：将序列首部节点的应得时隙数量减1，返回步骤1.3。3.根据权利要求2所述的基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法，其特征在于，所述AP向下取整计算各节点的资源分配比例，具体为：对应于第i个节点的资源分配比例Pi的计算方法为： P i = Li / Σ i = 1 N Li ]]>其中，Li表示汇报上来的第i个节点的缓存队列中报文的数量；表示表示汇报上来的全网节点的缓存队列中报文的总数。4.根据权利要求2所述的基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法，其特征在于，所述AP向下取整计算各节点应得的时隙数量，具体为：对应于第i个节点应得的时隙数量SNi的计算方法为：其中，Ns表示全网可用时隙总数。5.根据权利要求1所述的基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：步骤2.1：AP按照更新后节点可用时隙数量对节点进行降序排列；步骤2.2：对节点序列中尚未执行时隙分配的第一个节点，递归回溯网络资源序列，即：从第一个空闲时隙开始，跳跃搜索下一个空闲时隙，并结合邻近前向搜索和后向搜索方法消除时隙分配冲突，直至达到该节点可得时隙总数；步骤2.3：循环执行步骤2.2，直至所有节点都被分配以可得时隙。步骤2.4：如果网络资源剩余，则按时隙需求量与可得时隙数差值从大到小的顺序，将剩余的空闲时隙依次分配给可用时隙数不足的节点；否则，分配过程结束。6.根据权利要求5所述的基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法，其特征在于，所述跳跃搜索下一个空闲时隙是按照一定步幅进行跳跃搜索的，第i个节点跳跃步幅δi计算的计算过程为：其中，Ns表示全网可用时隙总数，SNi表示第i个节点应得的时隙数量。7.根据权利要求5所述的基于递归回溯的高并发无线多媒体传感网公平调度方法，其特征在于，所述邻近前向搜索和后向搜索方法消除时隙分配冲突，包括以下步骤：步骤2.2.1：按照步幅跳跃过程中，如果计算得到的下一个时隙Slot(i)已被占用，则前向搜索时隙Slot(i-1)是否为空闲时隙，标号i为时隙编号；步骤2.2.2：如果前向搜索时隙Slot(i-1)为空闲，则标记为可用时隙Slot(j)；否则，从Slot(i)编号递增方向后向搜索空闲时隙，直至找到第一个空闲时隙，标记为可用时隙S...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁炜，余思翰，张晓玲，杨雨沱，刘帅，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21