基于着色理论的无线Mesh网络资源调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于着色理论的无线Mesh网络资源调度方法，该方法通过改进无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh帧结构，在改进的帧结构基础上调度时隙资源，利用着色理论提高时隙资源的复用率。本发明专利技术的优点是：重新设计帧结构，根据Node ID调度时隙资源保证了节点发送业务数据的最低需求，而在此基础上提出的基于着色理论的时隙资源分配方案进一步满足了节点发送大量业务的需求以及提高了整个网络的时隙利用率，在一定程度上缓解了网络拥塞。

【技术实现步骤摘要】
基于着色理论的无线Mesh网络资源调度方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信
中的一种基于着色理论的无线网格Mesh网络资源调度方法。本专利技术可用于无线Mesh网络资源调度，提高时隙资源利用率。
技术介绍
无线Mesh网络从Adhoc网络分化而来，并且融合部分无线局域网技术，逐渐成为一种广受关注的无线接入网络，它具有快速部署、自组织、易维护的特点。无线Mesh网络和adhoc网络相比具有较弱移动性，特别是路由器节点，一般是固定不动的。在承载的业务类型上两者有着明显的区别，无线Mesh网络的业务主要是接入外网的业务，而adhoc网络主要是节点之间的业务。由于无线Mesh网络的上述优点，其已被认为是解决“最后一公里”无线接入的关键技术。基于IEEE802.16d标准的无线Mesh网络MAC层资源调度设计方案，在一定程度上解决了无线宽带资源的共享问题，其中MAC层的调度机制分为两类不同的形式：集中式调度机制和分布式调度机制，该标准中无论是集中式调度机制还是分布式调度机制都没有提出具体的调度算法，更没有提出对时隙资源的复用的算法，所以当节点数目增多或者业务量多的情况下就会出现拥塞、时延、丢包率增加的情况，网络性能会急剧下降。北京交通大学在其申请的专利文件“一种集中式时隙调度方法和系统”(公开号102158966B，申请号201110046697.2，申请日2011-02-25)中公开了一种集中式时隙调度方法，该方法首先构建MBS调度树，并通过发送MSH-CSCF消息沿调度树广播调度树信息；MSS通过向MBS发送MSH-CSCH请求消息请求发送数据的时隙；MBS依据接收的MSH-CSCH请求消息对各个MSS进行时隙授权和时隙分配，并通过发送MSH-CSCH授权消息将时隙分配结果通知调度树中的各个MSS；MSS根据接收到的MSH-CSCF消息和MSH-CSCH授权消息获取发送数据的时隙。该方法存在的不足之处是，集中式调度因为其过于依赖网格Mesh网络基站BS节点，在基站出现故障时，整个网络就会陷入瘫痪状态。重庆邮电大学在其申请的专利文件文献“支持多跳资源预留的IEEE802.16Mesh网络资源预留方法”(公开号101808371A，申请号201010136379.0，申请日2010-03-30)中公开了一种基于IEEE802.16的Mesh网络的协同分布式调度资源预留方法。该方法首先在Mesh网络路径上的各节点在接收到上游节点的数据时隙请求消息后，在回复授权消息的同时向下游节点发送请求消息，为本次业务预留数据时隙。该方法存在的不足之处是，没有提出对时隙资源的复用，不能高效利用时隙资源，大业务量下容易导致网络拥塞。
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，提出一种基于着色理论的无线Mesh网络资源调度方法，该调度方法不仅能够保证节点发送业务的需求，也提高了时隙资源的复用率，在一定程度上解决了网络拥塞问题。本专利技术实现上述目的的具体思路是，通过对无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh网络的帧结构进行改进，在改进的帧结构的基础上提出根据节点NodeID对时隙资源的调度，应用着色理论提高时隙资源的复用率。本专利技术实现上述目的的具体步骤如下：(1)优化无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh帧结构：去掉无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh帧结构中控制子帧部分的调度子帧部分，得到一个超帧中包括一个网络控制子帧和至少一个数据子帧的帧结构；(2)根据节点编号NodeID调度时隙资源：(2a)每个节点分配一个网络配置NCFG时隙，该网络配置NCFG时隙编号与该节点的节点编号NodeID值相同；(2b)当分配好网络配置NCFG时隙的节点的网络配置NCFG时隙到来时，发送自己的网络配置消息；(2c)为每个发送完自己的网络配置消息的节点分配一个用户设备UE时隙，该用户设备UE时隙编号与该节点的节点编号NodeID值相同；(2d)当分配好用户设备UE时隙的节点的用户设备UE时隙到来时，发送自己的用户数据，得到配置完成节点；(3)分配虚拟编号VirtualID：对配置完成节点分配虚拟编号VirtualID；(4)应用着色理论调度用户设备UE时隙资源：(4a)按照虚拟编号VirtualID值从小到大的顺序，将虚拟编号VirtualID对应的节点，按照用户设备UE时隙编号从小到大，应用着色理论，在对节点进行用户设备UE时隙分配的过程中，对已经分配给该节点的邻近干扰域中节点的用户设备UE时隙不进行分配，继续分配下一个用户设备UE时隙，直到满足节点下一帧待发送的业务量所需要的用户设备UE时隙数目时为止，得到时隙分配完成节点；(4b)将每个时隙分配完成节点的用户设备UE时隙配置给该节点通信链路。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术通过优化无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh帧结构，根据NodeID调度时隙资源，克服了现有技术中集中式调度因为其过于依赖网格Mesh网络基站BS节点，在基站BS节点出现故障时，整个网络就会陷入瘫痪状态的问题，使得本专利技术具有不依赖某个节点，保证各节点发送业务的基本需求，降低节点时延的优点。第二，由于本专利技术应用着色理论调度时隙资源，克服了现有技术中没有提出对时隙资源的复用，不能高效利用时隙资源，大业务量下容易导致网络拥塞的问题，使得本专利技术具有提高时隙资源复用率，有更多的可用时隙来传输业务数据，大业务量下缓解网络拥塞程度的优点。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是本专利技术中的帧结构图；图3是本专利技术中的节点时隙需求图；图4是本专利技术中的节点分配虚拟ID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，对本专利技术的实现步骤做进一步的详细描述如下。步骤1，优化无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh帧结构。本专利技术对无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh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。参照图2，本专利技术改动后的帧结构的一个超帧仅包括一个控制子帧Cm和k个数据子帧D，其中，控制子帧Cm由一个网络接入NENT时隙和M2个网络控制NCFG时隙构成，每个数据子帧D由N3个用户设备UE时隙构成。步骤2，根据NodeID调度时隙资源。NodeID是指，对控制子帧的所有网络配置NCFG时隙和数据子帧的所有用户设备UE时隙的全网唯一编号。每个节点分配一个网络配置NCFG时隙，该网络配置NCFG时隙编号与该节点的节点编号NodeID值相同。当分配好网络配置NCFG时隙的节点的网络配置NCFG时隙到来时，发送自己的网络配置消息。为每个发送完自己的网络配置消息的节点分配一个用户设备UE时隙，该用户设备UE时隙编号与该节点的节点编号NodeID值相同。当分配好用户设备UE时隙的节点的用户设备UE时隙到来时，发送自己的用户数据，得到配置完成节点。由于一个配置完成节点占用一个时隙，不会与别的配置完成节点发生冲突，降低了节点时延。步骤3，分配虚拟编号VirtualID。配置完成节点分配虚拟编号VirtualID是指按照下述三种情况进行虚拟编号VirtualID分配：第一种情况：对下一帧待发送的业务量不同的配置完成节点，按照配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于着色理论的无线Mesh网络资源调度方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)优化无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh帧结构：去掉无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh帧结构中控制子帧部分的调度子帧部分，得到一个超帧中包括一个网络控制子帧和至少一个数据子帧的帧结构；(2)根据节点编号Node ID调度时隙资源：(2a)每个节点分配一个网络配置NCFG时隙，该网络配置NCFG时隙编号与该节点的节点编号Node ID值相同；(2b)当分配好网络配置NCFG时隙的节点的网络配置NCFG时隙到来时，发送自己的网络配置消息；(2c)为每个发送完自己的网络配置消息的节点分配一个用户设备UE时隙，该用户设备UE时隙编号与该节点的节点编号Node ID值相同；(2d)当分配好用户设备UE时隙的节点的用户设备UE时隙到来时，发送自己的用户数据，得到配置完成节点；(3)分配虚拟编号Virtual ID：对配置完成节点分配虚拟编号Virtual ID；(4)应用着色理论调度用户设备UE时隙资源：(4a)按照虚拟编号Virtual ID值从小到大的顺序，将虚拟编号Virtual ID对应的节点，按照用户设备UE时隙编号从小到大，应用着色理论，在对节点进行用户设备UE时隙分配的过程中，对已经分配给该节点的邻近干扰域中节点的用户设备UE时隙不进行分配，继续分配下一个用户设备UE时隙，直到满足节点下一帧待发送的业务量所需要的用户设备UE时隙数目时为止，得到时隙分配完成节点；(4b)将每个时隙分配完成节点的用户设备UE时隙配置给该节点通信链路。...

【技术特征摘要】
1.一种基于着色理论的无线Mesh网络资源调度方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)优化无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh帧结构：去掉无线通信标准IEEE802.16的网格Mesh帧结构中控制子帧部分的调度子帧部分，得到一个超帧中包括一个网络控制子帧和至少一个数据子帧的帧结构；(2)根据节点编号NodeID调度时隙资源：(2a)每个节点分配一个网络配置NCFG时隙，该网络配置NCFG时隙编号与该节点的节点编号NodeID值相同；(2b)当分配好网络配置NCFG时隙的节点的网络配置NCFG时隙到来时，发送自己的网络配置消息；(2c)为每个发送完自己的网络配置消息的节点分配一个用户设备UE时隙，该用户设备UE时隙编号与该节点的节点编号NodeID值相同；(2d)当分配好用户设备UE时隙的节点的用户设备UE时隙到来时，发送自己的用户数据，得到配置完成节点；(3)分配虚拟编号VirtualID：对配置完成节点分配虚拟编号VirtualID；(4)应用着色理论调度用户设备UE时隙资源：(4a)按照虚拟编号VirtualID值从小到大的顺序，将虚拟编号VirtualID对应的节点，按照用户设备UE时隙编号从小到大，应用着色理论，在对节点进行用户设备UE时隙分配的过程中，对已经分配给该节点的邻近干扰域中节点的用户设备UE时隙不进行分配，继续分配下一个用户设备UE时隙，直到满足节点下一帧待发送的业务量所需要的用户设备UE时隙数目时为止，得到时隙分配完成节点；(4b)将每个时隙分配完成节点的用户设备UE时隙配置给该节点通信链路。2.根据权利要求1所述的基于着色理论的无线Mesh网络资源调度方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢小峰，杨昌麟，练籼汛，韦沛然，武靖飞，范宁，
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