一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法技术

本发明专利技术公开了一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法，根据各数据包的优先级权重值进行数据包调度；数据包的优先级权重值计算综合考虑了数据包传输截止时间要求、当前系统所处时隙、链路丢包率以及路径丢包率；在同一时隙内调度的数据包不会导致彼此传输的失效，可认为彼此无干扰。仿真测试表明，与典型的EDF算法相比，本发明专利技术方法具有较高的包交付率。本发明专利技术实现简单，适用于有实时性要求的不可靠无线网络应用场景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，根据各数据包的优先级权重值进行数据包调度；数据包的优先级权重值计算综合考虑了数据包传输截止时间要求、当前系统所处时隙、链路丢包率以及路径丢包率；在同一时隙内调度的数据包不会导致彼此传输的失效，可认为彼此无干扰。仿真测试表明，与典型的EDF算法相比，本专利技术方法具有较高的包交付率。本专利技术实现简单，适用于有实时性要求的不可靠无线网络应用场景。【专利说明】-种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法
本专利技术设及无线网络中的资源分配
，尤其是设及一种工业应用场景中数 据传输有实时性要求的数据包调度方法。
技术介绍
由于无线网络组网的灵活性，W及在网络布设时降低了对有线电缆的需求，其在 工业现场的应用越来越广泛。与传统应用场景相比，工业现场对数据包传输提出了实时性 要求，即源节点产生的数据包只有在相应的截止时间前到达目的节点才有效。 然而，与有线网络相比，无线网络中的无线传输受到阴影效应、信号衰落W及其他 无线传输的干扰影响，导致无线链路不稳定，数据包传输容易失败。在运种场景下，保证数 据包传输的实时性存在挑战（)。目前，针对工业控制中实时性应用的=种无线工 业标准为WirelessHad()，ISAlOO . lla()和WIA-PA(Wireless 化tworks for Industrial Automation-Process AutomationK )，运S种标准均旨在通过 MAC层的数据包调度提供通信实时性。在数据包传输有实时性要求的应用场景中，MAC层采 用TDMA机制优于数据包随机接入的CSMA/CA机制，因为在TDMA机制下，数据包端到端时延可 预测（)。因此，本专利技术提出的数据包调度方法也基于TDMA机制。 无线网络中数据包调度问题已得到了广泛的关注。从针对无线Mesh网络 中资源调度方法的综述研究来看，现阶段的研究大多W优化网络吞吐量为目标，考虑数据 包时延约束W及无线通信链路不稳定特征的研究相对较少。在W数据包传输实时性保证为 目标的研究中，中作者首先给出了对于特定的周期性数据流集合可调度的必要条 件，指出可通过分支定界法得到最优解。然而分支定界法在最差情况下需要遍历所有的可 行解，算法计算时间复杂度高，不适合在实际应用场景中采用。基于此，该文献进一步提出 了启发式的冲突感知最小空闲时间优先调度策略C-化F。对于给定的有实时性要求的数据 流，中研究了无线传感器网络中数据汇集的问题，总体目标是在提升网络寿命的同 时最小化传输所有数据包的总时隙数。中作者提出了多信道多功率数据聚集调度 算法MPMC，其主要目标是最小化无线传感器网络中数据聚集时延。 上述研究要么只考虑数据包截止时间要求，要么仅考虑了无线链路的不稳定性对 资源分配的影响，并没有综合考虑二者。文献中的研究同时考虑了数据包传输的 截止时间要求W及无线链路的不稳定性，但是运些研究针对的是星形网络拓扑，并不适用 于工业现场布设一般网络拓扑结构的情形。 由于实时性调度问题也是实时性操作系统中的关键问题，而在抢占式单处理器调 度问题中，EDF算法是最优的。因而，在网络数据包调度问题研究中，相关作者研究了基于 EDF的调度策略。提出了CEDF(O)O畑INATED EA化IEST DEADLI肥FIRST)协议，并 分析了此协议的端到端最差时延。中考虑了实时排队系统，目标是使得尽量多的 数据包能在规定的截止时间前从源节点到达目的节点。针对此目标，该文献证明对于非抢 占式M/D/1单队列排队系统，STE(ShC)I^test time to extinction)调度策略是最优的。根据 所述，即使在无线链路信道状态能预知的情况下，调度策略也并不总 是最优的。 参考文献：Saifullah A，You X，Chenyang L，et al .Real-Time Scheduling for WirelessHART Networks.2010. Hou I H,Kumar P. A survey of recent results on real-time wireless networking.Proceedings of Real-Time Wireless for Industrial Applications.2011. Song J,Han S,Mok A K，et al .WirelessHART Applying Wireless Technology in 民eal-Time Industrial Process Control.2008. Nixon M.A Comparison of WirelessHART and ISA100.11a ?师ite paper.2012. [文南犬5 化 ttp://www.wia.org. cn/. Saifullah A, You X，Chenyang L，et al .End-to-End Delay Analysis for Fixed Priority Scheduling in WirelessHA民T Networks.2011. Gabale V'Raman B'Dutta P，et al .A Classification ^amework for Scheduling Algorithms in Wireless Mesh Networks.Communications Surveysfe I'utorials，IE邸.2013,15(1 ):199-222. 南犬 8]Ju打 Z,Dongmei Z. Connection-Based Scheduling for Supporting Real-Time Traffic in Wireless Mesh Networks.2008. 刘安丰，徐娟，陈志刚.无线传感器网络能量均衡消耗的TDMA调度算法 .计算机研究与发展.2010(02) :245-254. 范文彬，郭龙江，李金宝，等.MPMC: -种无线传感器网络多信道多功率数 据聚集调度算法.计算机研究与发展.2012(07) :1568-1578. I-Hong H'Borkar V'Kumar P R.A Theory of QoS for Wireless .INFOCOM 2009.2009:486-494. Hou I H,Kumar P.Admission control and scheduling for QoS guarantees for v过ri过ble-bit-r过te applications on wireless ch过nnels .MobiHoc'09.2009:175-184. I-Hong H，Kumar P R. Scheduling Heterogeneous Real-Time Traffic over Fading Wireless Channels.INF0C0M 2010.2010:1-9. Hou I. Providing e打d-to-e打d delay guarantees for multi-hop wireless sensor networks.Glob本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线网络丢包感知的实时数据包调度方法，令集合Pt为时隙t等待被调度的数据包，集合St记录时隙t调度的数据包集合；其特征在于，包括以下步骤：步骤1：初始化等待被调度的数据包集合Pt、时隙t、集合St；Pt＝{1,2,…,N}，t＝0，St初始时为空集；其中N为数据包总数；步骤2：根据Dijkstra’s算法得到Pt中各数据包的传输路径；步骤3：判断Pt是否为空；若是，则本流程结果；若否，则继续执行下述步骤4；步骤4：对于Pt中的每一个数据包，计算各数据包优先级权重值；步骤5：对Pt中所有数据包按照优先级权重值从小到大排序，权重值越小优先级越高；假设k表示Pt中第k个数据包，初始时令k＝0；步骤6：按照优先级高低选择一组无干扰的数据包St；步骤7：将St中成功到达目的节点的数据包从Pt中移除，根据路径更新数据包请求传输的链路；步骤8：令t＝t+1，回转执行所述步骤3。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊，郭成城，杨剑锋，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42