一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法，该方法包括：一种三跳链路时隙分配算法，在路由建立过程中以三跳链路为单位进行时隙分配，在三跳链路范围内对每一跳链路可用时隙集合的时隙进行干扰程度统计，统计每个时隙在三跳链路范围内出现的次数，在三跳链路范围内分配时隙时，选择可用时隙集合元素最少的链路，在该链路分配干扰程度最小的时隙；一种在路由控制包保存时隙状态信息的轻量级存储方法，通过使用二进制整数记录节点时隙集合，减小路由控制包由于记录时隙信息产生的存储开销；一种在TDMA协议区分路由控制包和实时数据包进行处理的方法，避免数据包队列阻塞引起的时隙资源利用率下降的问题。

A time slot allocation method to meet the demand of real-time data bandwidth

The invention discloses a slot allocation method of real-time data meet the bandwidth requirement, the method includes: a three hop link slot allocation algorithm in routing slot allocation for three hop link units in the process, the slot set for each hop link is available in the three hop link gap within the scope of the degree of interference statistics, statistical frequency of each time slot in the three hop link within the assigned time slot in the three hop link range, select the available time slot set element minimum link in the distribution of the minimum link degree of slot interference; a lightweight storage method in the routing control packet storage slot status information, by using the binary integer record node slot set, reduce the routing control packet storage overhead due to record the time slot information generated; a differentiated routing control packet and real-time data in TDMA protocol The packet processing method avoids the problem of utilization of time slot resources caused by blocking of data packet queues.

【技术实现步骤摘要】
一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法
本专利技术涉及基于TDMA的移动自组织网络中无冲突接入信道的时隙分配的
，具体涉及一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法。
技术介绍
移动自组织网络是由节点通过无线链路连接组成的自治系统，在无需建立固定基础设施的情况下即可进行无线通信。在通信过程中，节点作为移动终端不仅发送数据，同时充当路由器中继来自其他节点的数据。近年来，在移动自组织网络中不再满足于提供尽最大努力交付方式的数据传输，伴随实时移动多媒体应用在居民生活中的普及程度越来越高，满足用户传输实时多媒体数据的需求变得越来越重要，关于在移动自组织网络中提供QoS保障通信成为研究的重点课题。信道接入和路由协议对移动自组织网络提供QoS保障起到至关重要的作用。在移动自组织网络中无线信道资源紧缺，如何使网络节点公平且高效地通过信道接入网络，减少分组碰撞而产生冲突是MAC协议的关键任务，MAC协议能否高效运行决定移动自组织网络的整体性能。使用TDMA是一种有效提高网络吞吐量和降低分组时延的信道接入技术，通过将信道资源进行分时使用，网络节点在预约时隙内进行无冲突数据传输，较好地解决竞争类MAC协议高数据冲突的问题，但是需要引入有效的时隙分配算法。在移动自组织网络中，由于能耗限制使得无线节点的传输范围有限，源节点到目标节点的路由长度会超过一跳距离，分组需要路由中继节点进行转发，使得网络具有多跳路由特性。无线节点以无法预知的方式加入、离开网络，节点之间建立的通信链路可能会断开或进行重新连接。在这样的网络环境下为实时数据提供QoS保障，同样需要有效路由协议提供支持。按需响应式AODV路由协议，使网络节点在进行数据发送或作为路由中继节点前，无需维护相应路由信息进而减少路由控制信息的传输，更有效地提高网络资源的利用率。实时数据有着最小的带宽需求，若不能满足实时数据的带宽需求，则到达目标节点的实时数据将变为无用。在移动自组织网络中，为满足实时数据的带宽需求，需要建立一条有足够带宽资源的路由。本专利技术的重点是保证实时数据的带宽需求，在基于TDMA的移动自组织网络中，路由带宽通过路由各链路分配到的时隙个数进行计算，而节点时隙状态信息保存在TDMA协议，为满足实时数据的带宽需求，需要在AODV和TDMA协议之间加入一个有效的时隙分配算法。目前大多数基于AODV和TDMA协议满足实时数据带宽需求的跨层设计方案采用的时隙分配算法主要分为两类：基于逐跳的时隙分配算法和基于端到端的时隙分配算法。文献[TimeSlotAssignmentforMaximumBandwidthinaMobileAdHocNetwork]属于端到端的时隙分配算法，在路由建立过程中收集路由所有节点的时隙状态信息，在目标节点对路由各链路可用时隙进行分配，需要记录大量的时隙状态信息会对路由控制包产生较大存储开销，只在目标节点进行时隙分配会对目标节点产生较大处理开销。文献[AnOn-DemandQoSRoutingProtocolwithTDMA-basedBandwidthReservationinMobileAdHocNetworks]属于逐跳时隙分配算法，在路由建立过程中经过每一个节点采用时隙分配规则分配链路可用时隙，忽略当前链路时隙分配对路由后续两跳链路造成的干扰，降低路由建立的成功率，间接影响时隙资源的空间复用率和网络性能。基于逐跳的时隙分配方案在路由建立过程中经过每一个节点采用时隙分配规则分配链路可用时隙，由于隐藏终端现象的存在，这种方案忽略当前链路时隙分配对路由后续两跳链路造成的干扰，降低路由建立的成功率，间接影响时隙资源的空间复用率和网络性能。基于端到端的时隙分配方案在路由建立过程中收集路由所有节点的时隙状态信息，在目标节点对路由各链路可用时隙进行分配，需要记录大量的时隙状态信息会对路由控制包产生较大存储开销，只在目标节点进行路由各节点的时隙分配会对目标节点产生较大处理开销。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法，该时隙分配方法基于TDMA的移动自组织网络满足实时数据的带宽需求，在路由建立过程中以三跳链路为单位进行时隙分配，在三跳链路范围内对每一跳链路可用时隙集合的时隙进行干扰程度统计，统计每个时隙在三跳链路范围内出现的次数，在三跳链路范围内分配时隙时，选择可用时隙集合元素最少的链路，在该链路分配干扰程度最小的时隙。相对于逐跳时隙分配算法，可以考虑当前链路时隙分配对后续两跳链路造成的干扰，提高时隙的空间复用率。相对于端到端时隙分配算法，可以有效减小路由控制包的存储开销和目标节点进行路由各链路时隙分配产生的处理开销。此外，相对于大部分方案采用数组的方式在路由控制包记录节点集合的时隙状态信息，本专利技术提出一种轻量级存储方法，通过使用二进制整数记录节点时隙集合，减小路由控制包记录时隙信息的存储开销。同时提出一种在TDMA协议区分路由控制包和实时数据包进行处理的方法，避免数据包队列阻塞引起的时隙资源利用率下降的问题。通过以上三点主要优化和改进，在满足实时数据带宽需求的同时，提升网络的整体性能。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法，所述时隙分配方法包括下列步骤：S1、源节点u通过广播Request包的方式发起路由建立过程，路由的连续三跳链路由四个节点组成，使用所述Request包记录路由信息，在Request包定义字段index表示当前节点在路由最新一段未分配链路中的序号，定义字段N为节点在路由中的序号，令N＝0和index＝0；S2、在所述Request包中定义数组free记录路由最新一段未分配链路中各节点的可用时隙集合，将源节点u的可用时隙集合记录到free[index＝0]中，将所述Request包广播到源节点的邻居节点w；S3、邻居节点w接收到所述Request包，判断是否已经接收所述Request包，若已经接收所述Request包，则丢弃不做额外处理，否则执行步骤S4的操作；S4、更新字段N＝N+1、index＝index+1，将当前邻居节点w的可用时隙集合记录到数组free[index]中；S5、判断当前邻居节点w是否为路由目标节点，若当前邻居节点w是目标节点，进行路由最后一段链路的时隙分配，执行步骤S6的操作；若当前邻居节点w是到达目标节点的中继节点，通过所述Request包index字段的值判断是否需要执行三跳链路时隙分配算法，若index的值不等于3，继续广播所述Request包到节点w的邻居节点，执行步骤S3的操作；若index的值等于3，在节点w执行步骤S7的操作；S6、进行路由最后一段未分配链路的时隙分配，根据所述Request包记录的信息，计算当前路由最新一段未分配链路的链路数hops和各链路的可用时隙集合保存在数组link，执行步骤S9的重复时隙去重操作，执行步骤S10的三跳链路时隙分配算法，若最后一段链路时隙分配成功，则建立满足实时数据带宽需求的路由，否则路由建立失败；S7、进行路由当前一段未分配链路的时隙分配，根据所述Request包记录的信息，计算当前路由最新一段未分配链路的链路数hops和各链路的可用时隙集合保存在数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法，其特征在于，所述时隙分配方法包括下列步骤：S1、源节点u通过广播Request包的方式发起路由建立过程，路由的连续三跳链路由四个节点组成，使用所述Request包记录路由信息，在Request包定义字段index表示当前节点在路由最新一段未分配链路中的序号，定义字段N为节点在路由中的序号，令N＝0和index＝0；S2、在所述Request包中定义数组free记录路由最新一段未分配链路中各节点的可用时隙集合，将源节点u的可用时隙集合记录到free[index＝0]中，将所述Request包广播到源节点的邻居节点w；S3、邻居节点w接收到所述Request包，判断是否已经接收所述Request包，若已经接收所述Request包，则丢弃不做额外处理，否则执行步骤S4的操作；S4、更新字段N＝N+1、index＝index+1，将当前邻居节点w的可用时隙集合记录到数组free[index]中；S5、判断当前邻居节点w是否为路由目标节点，若当前邻居节点w是目标节点，进行路由最后一段链路的时隙分配，执行步骤S6的操作；若当前邻居节点w是到达目标节点的中继节点，通过所述Request包index字段的值判断是否需要执行三跳链路时隙分配算法，若index的值不等于3，继续广播所述Request包到节点w的邻居节点，执行步骤S3的操作；若index的值等于3，在节点w执行步骤S7的操作；S6、进行路由最后一段未分配链路的时隙分配，根据所述Request包记录的信息，计算当前路由最新一段未分配链路的链路数hops和各链路的可用时隙集合保存在数组link，执行步骤S9的重复时隙去重操作，执行步骤S10的三跳链路时隙分配算法，若最后一段链路时隙分配成功，则建立满足实时数据带宽需求的路由，否则路由建立失败；S7、进行路由当前一段未分配链路的时隙分配，根据所述Request包记录的信息，计算当前路由最新一段未分配链路的链路数hops和各链路的可用时隙集合保存在数组link，执行步骤S9的重复时隙去重操作，执行步骤S10的三跳链路时隙分配算法，若当前一段链路时隙分配成功，执行步骤S8的操作，否则当前一段链路时隙分配失败，路由建立失败，停止继续广播所述Request包；S8、当前一段链路的链路数为3，将当前一段链路第二跳和第三跳链路的时隙分配结果保存在所述Request包的assign数组用于下一段未分配链路的重复时隙去重操作，将所述Request包字段index的值重置为0，即index＝0，将当前节点的可用时隙集合记录到free[index＝0]中，将所述Request包广播到当前节点的邻居节点，执行步骤S3的操作；S9、重复时隙去重操作，在所述Request包定义数组assign记录上一段三跳链路最后两跳链路的时隙分配结果，数组assign的长度为2，当序号为N的节点是路由的目标节点，执行包含目标节点的最后一段未分配链路的重复时隙去重操作，否则序号为N的节点是到达路由目标节点的中继节点，执行当前一段未分配链路的重复时隙去重操作；S10、进行三跳链路时隙分配，假设路由的带宽需求为r个时隙，定义数组allocate保存最新一段未分配链路各链路分配的时隙集合，针对数组link，对每一跳链路可用时隙集合的时隙进行干扰程度统计，每个时隙的干扰程度factor为该时隙在三跳链路范围内出现的次数，在三跳链路范围内分配时隙，选择可用时隙集合元素最少的链路L，在链路L分配干扰程度factor最小的时隙S，将时隙S保存在allocate[L]对应的时隙集合，为使路由连续三跳链路分配不相交的时隙集合，在链路L分配时隙S后，需要在当前一段链路各链路的可用时隙集合link中将时隙S移除，若能使当前一段链路各链路均分配到r个时隙，则返回当前一段链路时隙分配成功，将当前一段链路各链路的时隙分配结果保存在当前节点，否则返回当前一段链路时隙分配失败。...

【技术特征摘要】
1.一种满足实时数据带宽需求的时隙分配方法，其特征在于，所述时隙分配方法包括下列步骤：S1、源节点u通过广播Request包的方式发起路由建立过程，路由的连续三跳链路由四个节点组成，使用所述Request包记录路由信息，在Request包定义字段index表示当前节点在路由最新一段未分配链路中的序号，定义字段N为节点在路由中的序号，令N＝0和index＝0；S2、在所述Request包中定义数组free记录路由最新一段未分配链路中各节点的可用时隙集合，将源节点u的可用时隙集合记录到free[index＝0]中，将所述Request包广播到源节点的邻居节点w；S3、邻居节点w接收到所述Request包，判断是否已经接收所述Request包，若已经接收所述Request包，则丢弃不做额外处理，否则执行步骤S4的操作；S4、更新字段N＝N+1、index＝index+1，将当前邻居节点w的可用时隙集合记录到数组free[index]中；S5、判断当前邻居节点w是否为路由目标节点，若当前邻居节点w是目标节点，进行路由最后一段链路的时隙分配，执行步骤S6的操作；若当前邻居节点w是到达目标节点的中继节点，通过所述Request包index字段的值判断是否需要执行三跳链路时隙分配算法，若index的值不等于3，继续广播所述Request包到节点w的邻居节点，执行步骤S3的操作；若index的值等于3，在节点w执行步骤S7的操作；S6、进行路由最后一段未分配链路的时隙分配，根据所述Request包记录的信息，计算当前路由最新一段未分配链路的链路数hops和各链路的可用时隙集合保存在数组link，执行步骤S9的重复时隙去重操作，执行步骤S10的三跳链路时隙分配算法，若最后一段链路时隙分配成功，则建立满足实时数据带宽需求的路由，否则路由建立失败；S7、进行路由当前一段未分配链路的时隙分配，根据所述Request包记录的信息，计算当前路由最新一段未分配链路的链路数hops和各链路的可用时隙集合保存在数组link，执行步骤S9的重复时隙去重操作，执行步骤S10的三跳链路时隙分配算法，若当前一段链路时隙分配成功，执行步骤S8的操作，否则当前一段链路时隙分配失败，路由建立失败，停止继续广播所述Request包；S8、当前一段链路的链路数为3，将当前一段链路第二跳和第三跳链路的时隙分配结果保存在所述Request包的assign数组用于下一段未分配链路的重复时隙去重操作，将所述Request包字段index的值重置为0，即index＝0，将当前节点的可用时隙集合记录到free[index＝0]中，将所述Request包广播到当前节点的邻居节点，执行步骤S3的操作；S9、重复时隙去重操作，在所述Request包定义数组assign记录上一段三跳链路最后两跳链路的时隙分配结果，数组assign的长度为2，当序号为N的节点是路由的目标节点，执行包含目标节点的最后一段未分配链路的重复时隙去重操作，否则序号为N的节点是到达路由目标节点的中继节点，执行当前一段未分配链路的重复时隙去重操作；S10、进行三跳链路时隙分配，假设路由的带宽需求为r个时隙，定义数组allocate保存最新一段未分配链路各链路分配的时隙集合，针对数组link，对每一跳链路可用时隙集合的时隙进行干扰程度统计，每个时隙的干扰程度factor为该时隙在三跳链路范围内出现的次数，在三跳链路范围内分配时隙，选择可用时隙集合元素最少的链路L，在链路L分配干扰程度factor最小的时隙S，将时隙S保存在allocate[L]对应的时隙集合，为使路由连续三跳链路分配不相交的时...

【专利技术属性】
技术研发人员：周继鹏，何健文，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44