无线MESH网络的资源调度方法技术

本发明专利技术公开了一种无线MESH网络的资源调度方法，主要解决现有技术中节点不能快速稳定占用时隙的问题。其技术方案为：1)对IEEE802.16Mesh网络MAC层的基本帧结构进行改动得到新的帧结构，并从新帧结构中的时隙编号得到所有节点的地址编号；2)入网节点随机为自己分配一个地址编号，并选择初始支撑节点入网获得自己的地址编号；3)入网节点在分配的地址编号的基础上对网络配置时隙和用户设备时隙进行调度，以避免与其他节点的冲突；4)入网节点根据自身的业务数据量对地址编号调度进行优化，以实现对无主用户设备时隙UE的占用。本发明专利技术能快速稳定的占用时隙，可用于无线MESH网络的数据传送。

【技术实现步骤摘要】
无线MESH网络的资源调度方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及一种资源调度方法，可用于无线MESH网络，保证大量的业务数据传送。
技术介绍
Mesh拓扑网络是一种采用多点到多点拓扑结构的网络，IEEE802.16协议定义了Mesh拓扑网络的两种调度方式：集中式调度和分布式调度。集中式调度因其过于依赖Mesh网络BS根节点，在基站出现故障后，整个网络就会陷入瘫痪的状态，所以使用较少。分布式调度又可以分为协同分布式调度和非协同分布式调度。非协同分布式调度的调度消息只是用于在需要发送数据的节点之间建立请求和应答，不用与别的节点协商，一般用于对时间要求比较严格的快速调度中。而协同分布式调度的调度消息需要向邻近节点广播，且要与全网协商，获得发送时机，以保证与别的节点之间不会发送碰撞。该协同分布式调度虽然可以实现对发送时隙的动态预约，有效避免由于竞争产生的冲突。但是针对海平面通信环境，在节点的数量不会太多，通信信道相对稳定的情况下，MAC层主要的任务是传输大量的业务数据，需要快速稳定的占用时隙资源，假如使用IEEE802.16Mesh网络MAC层的协同分布式调度算法，帧结构中就需要有固定的调度控制子帧的时隙，调度控制子帧中广播的消息中就需要包括对调度控制消息的下一次传输时隙的调度信息和占用数据子帧时隙的调度信息，同时还有调度算法所带来的运算量的影响，整体来说，不能实现节点快速稳定的占用时隙资源，节点的管理消息和业务数据的传输得不到保障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种无线MESH网络的资源调度方法，以实现节点快速稳定的占用时隙资源，保障节点的管理消息和业务数据的正常传输。本专利技术的技术思路是，通过对基本的帧结构进行改进，使节点对时隙的占用直接基于节点分配得到的地址编号。其实现方案包括如下：(1)对IEEE802.16Mesh帧结构进行优化：对IEEE802.16标准的Mesh网络帧结构中时隙出现的频率和位置进行改动，并去掉控制子帧的调度子帧部分，使得改动后帧结构中的一个帧仅包括一个网络控制子帧Cn和M1个数据子帧D，其中，网络控制子帧Cn中含有一个网络接入时隙NENT和M2个网络配置时隙NCFG，数据子帧D中含有M2个用户设备时隙UE，其中1<M1，1<M2<255；(2)入网节点按如下两种情况分别选择初始支撑节点获得地址编号NodeID：对于网络中有预先设定的初始支撑节点情况，入网节点在开机后一直等待和搜索初始支撑节点发出的网络配置消息，向其发出入网请求并获得地址编号NodeID；对于网络中没有预先设定的初始支撑节点情况，根据比较入网节点与邻节点地址编号的大小得到初始支撑节点，入网节点向其发出入网请求并获得地址编号NodeID；(3)入网节点采用基于地址编号NodeID的调度：(3a)对于网络接入时隙NENT，所有企图加入MESH网络的新节点在此时隙内发送消息，并通过竞争方式对该时隙进行占用；(3b)对于M2个网络配置时隙NCFG，入网节点根据其地址编号NodeID的值进行占用，并在与该节点地址编号NodeID的值对应的网络配置时隙NCFG到来时发送自己的网络配置消息；(3c)对于M1个数据子帧，每个数据子帧都有M2个用户设备时隙UE，入网节点根据其地址编号NodeID的值进行占用，并在与该节点地址编号NodeID的值对应的用户设备时隙UE到来时发送自己的数据；(4)对数据子帧时隙调度进行优化：(4a1)将网络中存在的节点所占用的用户设备时隙UE定义为有主用户设备时隙UE；将未被分配给节点的地址编号NodeID所对应的用户设备时隙UE定义为无主用户设备时隙UE；(4a2)对无主用户设备时隙UE进行占用：入网节点先根据自身的业务数据流量，以及对Mesh网络中所有无主用户设备时隙UE的认知，发起对无主用户设备时隙UE的占用声明；再由入网节点的所有一跳邻节点向该入网节点发送消息，以响应占用声明；最后由入网节点发送确认消息。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术对IEEE802.16Mesh帧结构进行改动，使得更多的时隙用于传输业务数据，减少了节点间的管理消息的交互，避免了复杂的调度算法运算量。第二，由于本专利技术采用基于地址编号NodeID的调度方法，克服了现有技术中用户对资源竞争情况的问题，使得本专利技术具有降低节点时延的优点。第三，由于本专利技术对基于地址编号NodeID调度进行了优化，使得本专利技术具有根据不同业务量需求动态分配资源，实现了快速稳定占用时隙的效果。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是本专利技术中的帧结构图；图3是本专利技术中的控制子帧结构图；图4是本专利技术中的数据子帧结构图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述。参照图1，本专利技术的实现步骤如下：步骤1，对IEEE802.16Mesh网络MAC层帧结构进行改进。在IEEE802.16Mesh拓扑网络中，MAC层帧结构采用TDD模式。在时域中，一帧分为控制子帧和数据子帧两部分。控制子帧又分为网络控制子帧和调度控制子帧，其中网络控制子帧又包括网络接入时隙和网络配置时隙。使用IEEE802.16Mesh网络MAC层的基本调度算法，帧结构中就需要有固定的调度控制子帧的时隙，同时网络控制子帧中广播的消息就需要包括对网络控制消息的下一次传输时隙的调度信息，调度控制子帧中广播的消息中就需要包括对调度控制消息的下一次传输时隙的调度信息和占用数据子帧时隙的调度信息，同时还有调度算法所带来的运算量对系统的影响，不能实现每个节点快速稳定的占用时隙资源，节点的管理消息和业务数据的传输时隙得不到保障，因此需要对该帧结构进行改进并提出相应的调度。本专利技术对IEEE802.16标准的Mesh网络帧结构改进是对其中时隙出现的频率和位置进行改动，并去掉调度控制子帧，当节点需要发送资源调度控制消息时，把资源调度控制消息放在数据子帧中的基本速率子分组上进行发送。参照图2，本专利技术改动后的一个帧结构仅包括一个控制子帧和M1个数据子帧其中1<M1。参照图3，帧结构中的一个控制子帧，即Cn子帧，去掉了原来控制子帧中的调度控制子帧，只保留了网络控制子帧。该网络控制子帧包括两种类型的时隙，分别为网络接入时隙NENT和M2个网络配置时隙NCFG，1<M2<255，其中：所述网络接入时隙NENT，是指所有企图加入Mesh网络的新节点发送消息的时隙；所述M2个网络配置时隙NCFG，是指邻近节点之间进行信息交互传输的时隙；参照附图4，本专利技术帧结构的每个数据子帧包含M2个用户设备时隙UE，用户设备时隙UE包括数据突发前导序列，数据突发载荷和数据传输保护三部分，其中：数据突发载荷，包括基本速率子分组和可变速率子分组两种，该基本速率子分组又包括两部分：第一部分用来指示用户设备时隙UE中的可变速率子分组的编码和调制方式，第二部分是基本速率子分组的载荷，其中基本速率子分组的载荷部分用来承载调度信息和短的数据报文，本实例用业务数据的ACK消息作为短的数据报文；该可变速率子分组主要是用来承载节点上层要发送的业务数据。步骤2，选择初始支撑节点入网获得地址编号NodeID。2a)开机后入网节点为自己随机分配一个地址编号NodeID，并在与该地址本文档来自技高网...

【技术保护点】
无线MESH网络的资源调度方法，包括如下步骤：(1)对IEEE802.16Mesh帧结构进行优化：对IEEE802.16标准的Mesh网络帧结构中时隙出现的频率和位置进行改动，并去掉控制子帧的调度子帧部分，使得改动后帧结构中的一个超帧仅包括一个网络控制子帧Cn和M1个数据子帧D，其中，网络控制子帧Cn中含有一个网络接入时隙NENT和M2个网络配置时隙NCFG，数据子帧D中含有M2个用户设备时隙UE，其中1<M1，1<M2<255；(2)入网节点按如下两种情况分别选择初始支撑节点获得地址编号Node ID：对于网络中有预先设定的初始支撑节点情况，入网节点在开机后一直等待和搜索初始支撑节点发出的网络配置消息，向其发出入网请求并获得地址编号Node ID；对于网络中没有预先设定的初始支撑节点情况，根据比较入网节点与邻节点地址编号的大小得到初始支撑节点，入网节点向其发出入网请求并获得地址编号Node ID；(3)入网节点采用基于地址编号Node ID的调度：(3a)对于网络接入时隙NENT，所有企图加入MESH网络的新节点在此时隙内发送消息，并通过竞争方式对该时隙进行占用；(3b)对于M2个网络配置时隙NCFG，入网节点根据其地址编号Node ID的值进行占用，并在与该节点地址编号Node ID的值对应的网络配置时隙NCFG到来时发送自己的网络配置消息；(3c)对于M1个数据子帧，每个数据子帧都有M2个用户设备时隙UE，入网节点根据其地址编号Node ID的值进行占用，并在与该节点地址编号Node ID的值对应的用户设备时隙UE到来时发送自己的数据；(4)对数据子帧时隙调度进行优化：(4a)将网络中存在的节点所占用的用户设备时隙UE定义为有主用户设备时隙UE；将未被分配给节点的地址编号Node ID所对应的用户设备时隙UE定义为无主用户设备时隙UE；(4b)对无主用户设备时隙UE进行占用：入网节点先根据自身的业务数据流量，以及对Mesh网络中所有无主用户设备时隙UE的认知，发起对无主用户设备时隙UE的占用声明；再由入网节点的所有一跳邻节点向该入网节点发送消息，以响应占用声明；最后由入网节点发送确认消息。...

【技术特征摘要】
1.无线MESH网络的资源调度方法，包括如下步骤：(1)对IEEE802.16Mesh帧结构进行优化：对IEEE802.16标准的Mesh网络帧结构中时隙出现的频率和位置进行改动，并去掉控制子帧的调度子帧部分，使得改动后帧结构中的一个超帧仅包括一个网络控制子帧Cn和M1个数据子帧D，其中，网络控制子帧Cn中含有一个网络接入时隙NENT和M2个网络配置时隙NCFG，数据子帧D中含有M2个用户设备时隙UE，其中1<M1，1<M2<255；(2)入网节点按如下两种情况分别选择初始支撑节点获得地址编号NodeID：对于网络中有预先设定的初始支撑节点情况，入网节点在开机后一直等待和搜索初始支撑节点发出的网络配置消息，向其发出入网请求并获得地址编号NodeID；对于网络中没有预先设定的初始支撑节点情况，根据比较入网节点与邻节点地址编号的大小得到初始支撑节点，入网节点向其发出入网请求并获得地址编号NodeID；(3)入网节点采用基于地址编号NodeID的调度：(3a)对于网络接入时隙NENT，所有企图加入MESH网络的新节点在此时隙内发送消息，并通过竞争方式对该时隙进行占用；(3b)对于M2个网络配置时隙NCFG，入网节点根据其地址编号NodeID的值进行占用，并在与该节点地址编号NodeID的值对应的网络配置时隙NCFG到来时发送自己的网络配置消息；(3c)对于M1个数据子帧，每个数据子帧都有M2个用户设备时隙UE，入网节点根据其地址编号NodeID的值进行占用，并在与该节点地址编号NodeID的值对应的用户设备时隙UE到来时发送自己的数据；(4)对数据子帧时隙调度进行优化：(4a)将网络中存在的节点所占用的用户...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢小峰，李凯，杨二周，范宁，韩丛端，杨栋，张海林，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61