一种无线自组网中用于计算带宽和分配带宽的方法技术

本发明专利技术公开了一种无线自组网中用于计算带宽和分配带宽的方法，包括基于TDMA的无线自组网中的带宽计算方法和基于业务优先级的带宽分配方案；基于TDMA的无线自组网带宽计算方法包括不考虑隐终端情况下的带宽计算方法和考虑隐终端情况下的带宽计算方法。获得任意两个节点间的可用带宽信息，源节点可以选择能够满足带宽要求的到目的节点的路由，而且可用来决定是否允许接受一个新的连接。基于业务优先级的自适应带宽分配机制考虑了不同业务服务需求的紧急程度，应用灵活、实现简单，较为可行。

【技术实现步骤摘要】
-种无线自组网中用于计算带宽和分配带宽的方法
本专利技术涉及无线自组网中计算网络带宽、缓解拥塞并合理分配带宽的方法，具体 包括带宽计算方法和带宽分配方案，特别是涉及基于时隙划分的考虑隐终端的带宽计算方 法和基于业务优先级的自适应带宽分配方案的设计，属于信息网络
。
技术介绍
以无中心、移动性、自组织为其显著特性的无线自组网因无需依赖基站、通信电缆 等基础设施而有着广泛的应用前景，其组网技术是近年来的研究热点，应急通信、战场信息 侦查、战术通信等更是其典型应用场景。无线自组网通常带宽、能源等资源受限，其资源 (尤其是网络带宽）的合理分配和高效利用便成为一个非常重要的问题，而不同的应用场 景又有着不同的应用需求。 在无线自组网中提供QoS支持的一个挑战是了解资源的使用情况，从而可以通过 确定或统计的方式来预留带宽。为了支持实时业务的Q〇S，不仅需要了解到目的节点的最小 时延路径，且需要获悉该路径的可用带宽。在TDMA网络中，带宽可以按照空闲时隙的数量 进行衡量，并且保证带宽对于实时业务而言最为关键。 在传统的有线网络中认为一条路径的可用带宽为该路径上所有链路的最小带宽。 但是这种带宽计算方法在无线自组网中将不再适用，因为它没有考虑相邻节点和隐终端的 传输干扰对可用信道带宽的影响，并且节点一般不能同时收发数据。此外，许多资源管理算 法使用抽象的方式来表示资源，不能准确地反应无冲突分组传输的要求。 另一方面，带宽是无线自组网中最重要的网络资源之一，业界提出了许多合理分 配带宽的方法。已有的带宽分配方法可以归结为两种方案：静态分配和动态分配机制。前 者保留固定数量的带宽供高优先级业务使用，这种方法的优点是实现简单，缺点是当高优 先级业务较少时将造成带宽的很大浪费；后者动态调节各种业务的带宽共享率，在保证用 户QoS的基础上尽量提高系统利用率，这种方法需要某种反馈机制，特别适合于闭环控制 网络，但实现较复杂。也有一些文献考虑了区分业务等级的带宽分配策略，将业务分为高优 先级业务和低优先级业务并且进行区别化处理。例如，在蜂窝移动网络中赋予切换呼叫比 新呼叫更高的优先级。现有的很多方法采用基于资源分割的信道保留方案来保障高优先级 业务的服务质量，但这种方法可能会造成资源的巨大浪费，而且资源分割的比例不易确定。 总之，带宽分配的目的是使各类业务更加有效的共享网络资源。评价带宽分配和缓存管理 需要考虑以下因素：资源使用效率、实现复杂性、业务获得的服务性能和公平性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对无线自组网的特点提出一种有效的计算带宽、共享带宽和 分配带宽的方法。由于信道冲突和隐终端的存在，无线环境中的带宽计算比有线环境中要 复杂的多，考虑到带宽是衡量无线自组网网络资源使用状况以及进行资源管理的最佳指标 之一，也是实施QoS路由和允许控制需要考虑的因素。本专利技术首先考虑基于TDMA的无线自 组网中的带宽计算和分配问题，因为在使用TDM的网络中，带宽的测量比较容易，可以较 为方便地分析和讨论带宽的计算和分配问题。在基于TDMA的Ad hoc网络中，某条链路的 带宽等价与该链路上空闲TDMA时隙的数量。分组的传输和调度以时隙为单位，此时带宽的 计算和分配问题等价与可用传输时隙的计算和分配问题。 然后，针对应急通信保障需求，设计了一种基于业务优先级的自适应带宽分配方 案。该方案首先为网络中的不同业务类型分配相应的优先级，然后根据业务类型和系统可 用带宽为其分配适当数量的带宽，并在带宽不足时依据缓存容量决定是否允许其进入系统 排队。此外，考虑到自适应业务可以通过减少分组的大小和分组发送速率来适应系统带宽 的变化。进一步，对原有的带宽分配机制进行了改进，改进后的带宽分配机制基于带宽预留 和带宽分割，并且采用带宽抢占策略。通常每个分组占用一个时隙，但是可以通过分割时隙 来接纳更多的分组，但是以牺牲业务的服务质量为前提，并且需要保证分割后的时隙仍可 以满足分组传输的最小要求。 技术方案：，在共享无线信道 的无线自组网中，某个节点i的可利用带宽的数量不仅取决于节点i产生的流量和通过节 点i转发的流量，而且还依赖于和节点i共享信道的邻居节点j产生的业务量，因为邻居节 点j的传送将会干扰节点i的传送。需要注意的是一个节点的最大未使用带宽和最大可利 用带宽并不等同，假设Q指示节点i的最大带宽或最大容量，表示节点i到节点j的业 务流量，包括节点i产生的和转发的业务量，那么节点i处的最大未用带宽为： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线自组网中用于计算带宽和分配带宽的方法，其特征在于：包括基于TDMA的无线自组网中的带宽计算方法和基于业务优先级的带宽分配方案；基于TDMA的无线自组网带宽计算方法包括不考虑隐终端情况下的带宽计算方法和考虑隐终端情况下的带宽计算方法；在基于TDMA的无线自组网中，在不考虑隐终端的情况下，为了计算带宽，每个节点需要广播自身的时隙使用情况，当一个节点收到来自邻节点的时隙消息时，它首先通过带宽计算算法来计算可用时隙，而后根据自身的情况对此时隙消息进行适当修改并将其传送到邻居节点，因为只有相邻的节点能够听到预约信息，并且网络是多跳的，因此各个节点记录的空闲时隙情况可能不同；一个节点可用的空闲时隙是指那些没有被该节点的任何邻居节点用于发送或接收数据的时隙，将两个相邻节点之间的公共空闲时隙数定义为链路带宽，将两个节点之间可以利用的空闲时隙数定义为路径带宽，如果两个节点相邻，则路径带宽等价于链路带宽；在考虑隐终端存在的情况下，根据发生冲突的两条链路间的距离关系可以将冲突分为主冲突和辅冲突；主冲突是直接相连的两条链路发生的冲突，辅冲突是间接相连的两条链路发生的冲突；采用消除隐终端冲突的带宽计算算法，寻找本地最大的可用带宽，并从源到目的节点逐跳迭代来计算带宽；基于业务优先级的自适应带宽分配方案：基于业务的优先级和特性为各类业务动态分配带宽和缓存，具体分配方案描述如下：首先为高优先级业务适当预留一定比例的带宽，其他各种等级的业务共享其余的带宽，并且为不同的业务设置具有不同超时时间的大小不同的缓存；当各类业务可以利用的带宽被占用时，各类业务进入缓存排队；一旦有空闲带宽，缓存内具有较高优先级且没有超时的业务优先占用带宽；而对于低优先级业务可以根据情况来设置缓存，如果缓存溢出则丢弃分组。...

【技术特征摘要】
1. 一种无线自组网中用于计算带宽和分配带宽的方法，其特征在于：包括基于TDM的 无线自组网中的带宽计算方法和基于业务优先级的带宽分配方案；基于TDMA的无线自组 网带宽计算方法包括不考虑隐终端情况下的带宽计算方法和考虑隐终端情况下的带宽计 算方法； 在基于TDMA的无线自组网中，在不考虑隐终端的情况下，为了计算带宽，每个节点需 要广播自身的时隙使用情况，当一个节点收到来自邻节点的时隙消息时，它首先通过带宽 计算算法来计算可用时隙，而后根据自身的情况对此时隙消息进行适当修改并将其传送到 邻居节点，因为只有相邻的节点能够听到预约信息，并且网络是多跳的，因此各个节点记录 的空闲时隙情况可能不同；一个节点可用的空闲时隙是指那些没有被该节点的任何邻居节 点用于发送或接收数据的时隙，将两个相邻节点之间的公共空闲时隙数定义为链路带宽， 将两个节点之间可以利用的空闲时隙数定义为路径带宽，如果两个节点相邻，则路径带宽 等价于链路带宽； 在考虑隐终端存在的情况下，根据发生冲突的两条链路间的距离关系可以将冲突分为 主冲突和辅冲突；主冲突是直接相连的两条链路发生的冲突，辅冲突是间接相连的两条链 路发生的冲突；采用消除隐终端冲突的带宽计算算法，寻找本地最大的可用带宽，并从源到 目的节点逐跳迭代来计算带宽； 基于业务优先级的自适应带宽分配方案：基于业务的优先级和特性为各类业务动态分 配带宽和缓存，具体分配方案描述如下：首先为高优先级业务适当预留一定比例的带宽，其 他各种等级的业务共享其余的带宽，并且为不同的业务设置具有不同超时时间的大小不同 的缓存；当各类业务可以利用的带宽被占用时，各类业务进入缓存排队；一旦有空闲带宽， 缓存内具有较高优先级且没有超时的业务优先占用带宽；而对于低优先级业务可以根据情 况来设置缓存，如果缓存溢出则丢弃分组。2. 如权利要求1所述的无线自组网中用于计算带宽和分配带宽的方法，其特征在于： 在不考虑隐终端冲突时的带宽计算方法中，带宽计算可以通过相邻节点交换包含带宽 信息和路由信息的路由表来实现；令CFS(x，y)表示链路（x，y)的公共空闲时隙集，CFS_bw 表示从下游节点的预约消息中获得的公共空闲时隙集，distance (x，y)表示节点X和y之 间的链路跳数，floor (X)表示不大于X的最大整数；任意两个节点X和y之间的可用带宽 的计算方法如下所示： If distance (x,y) = lthen Bff (x,y) = CFS(x, y) Else if distance (x, y) >lthen Bff(x, y) =Min(Bff, (x, z), Bff (z, y)) 其中，BW，（x，z) = |CFS(x，z)-CFS_bw(z，y)|+floor(0.5X|CFS(x，z) Π CFS_ bw(z, y) I)； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涛，宋丽华，陈晖，张学平，张国敏，吴强，闫力，许尹颖，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32