一种小规模定向无线自组网内链路调度方案集合生成方法技术

一种小规模定向无线自组网内链路调度方案集合生成方法，多波束定向传输自组织网的中的链路调度问题一方面受到网络应用的需求约束，同时，受到网络体系结构所决定的链路冲突条件、半双工方式收发限制等约束。在调度过程中为充分利用链路资源，将无线网络中的链路资源调度问题转化为互斥资源的使用问题，利用拟序相关理论得到了小规模网络中无冲突的链路调度方案所有的极大独立集，然后根据约束条件删减，最后得到可行的链路调度方案集合供网络运行时选择。运行时选择。运行时选择。

【技术实现步骤摘要】
一种小规模定向无线自组网内链路调度方案集合生成方法


[0001]本专利技术涉及一种在小规模定向无线自组网内可行链路调度方案集合的生成方法。多波束定向传输自组织网的中的链路调度问题一方面受到网络应用的需求约束，同时，受到网络体系结构所决定的链路冲突条件、半双工方式收发限制等约束。在调度过程中为充分利用链路资源，将无线网络中的链路资源调度问题转化为互斥资源的使用问题，利用拟序相关理论得到了小规模网络中无冲突的链路调度方案所有的极大独立集，然后根据约束条件删减，最后得到可行的链路调度方案集合供网络运行时选择。

技术介绍

[0002]战场环境中，全向通信网络具有天线成本低、控制协议设计简单的优点。但是装备全向天线的网络面临网络容量难以提升、信道利用率不高、通信容易被监听、信号源容易被定位等问题。随着信息化装备越来越多地列装和组网应用，带宽需求越来越大，通信的可靠性、稳定性和隐蔽性的要求也越来越高。定向传输不仅能够很好解决以上问题，还能够增大网络容量和传输的可靠性、提高空分复用增益、减少了中继节点的数目。然而，单波束定向天线并不能充分发挥定向传输的优势，当天线的接收波束被调到特定方向时不能监听到另一个方向节点发送过来的信号，容易出现聋节点问题。聋节点问题不仅会影响动态资源的分配，还会增加网络中断的可能性。
[0003]可形成多个波束的多波束天线的引入在一定程度上可以提高网络容量、减小定向传输中的聋节点问题。传统定向天线一次只能形成一条波束，多波束天线可以同时支持多条可以同时发射或接收的波束。由于工作方式的限制，不同波束一般不能同时传输和接收。因此，多波束天线在具备定向天线的优势的同时，也能够与多个相邻节点同时通信。
[0004]对于基于定向传输的无线自组织网，为了充分提高使用多波束天线的空分复用增益，就需要对无线链路资源进行充分、合理的分配和使用，这受制于一系列复杂的约束条件，如定向链路冲突、半双工方式下收发限制等。
[0005]链路调度过程分为三个阶段：链路调度需求产生、调度方案构造和调度方案执行。
[0006]链路调度需求产生阶段，将网络的通信需求描述为链路需求向量。
[0007]调度方案构造阶段，根据链路调度需求，网络控制器计算出一种可行的调度方案，并按照方案对网络各节点的通信行为进行控制。网络控制器是网络中的中心控制单元，可以对网络中的节点的通信行为进行实时的控制。
[0008]调度方案执行阶段，网络各节点按照网络控制器计算的调度方案执行通信的过程。
[0009]从以上描述可以得出：当链路调度需求产生后，由于不同链路之间拥有复杂的约束关系。调度需求可能会完全得到满足，或是够得到满足由于调度方案的选择问题却没有满足，也可能这种需求不可能得到完全得到满足。直观来说，调度需求的特征决定了其是否能够被完全满足，调度方案的构造情况直接决定了需求被满足的程度。
[0010]当前，解决无线网络中的链路调度的方法主要是根据链路调度需求，尝试构造适
合的调度方案。此类策略的主要问题是面对不同的调度需求，每一次都要重新计算调度方案，计算过程开销大、花费时间长，在实际应用中面临诸多问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是根据链路使用需求和链路使用约束条件构造可行的多波束定向无线自组织网的链路调度方案集合生成方法。
[0012]一种小规模定向无线自组网内链路调度方案集合生成方法，在调度过程中为充分利用链路资源，将无线网络中的链路资源调度问题转化为互斥资源的使用问题，利用拟序相关理论得到了小规模网络中无冲突的链路调度方案所有的极大独立集，然后根据约束条件删减，最后得到可行的链路调度方案集合供网络运行时选择。
[0013]本专利技术摒弃了临机的链路调度方法，提前构造链路调度方案集合，而网络运行调度时只需要网络控制器在调度方案集合中搜索最佳的匹配方案。
[0014]对于构造链路调度方案集合有两种策略，一种是构造出全部可能的调度方案，此时，对所有的调度需求均能够找到最佳匹配，这种策略就是最优调度方案构造(Optimal Scheduling Scheme Construction,OSSC)。但是，随着网络规模的增大，链路数目的增多，求解所有可能的调度方案在将变得十分困难。另一种是通过构建一部分链路调度方案，这部分调度方案的集合能够完成通信的需求，这称为可行调度方案构造(Feasible Scheduling Scheme Construction,FSSC)。
附图说明
[0015]下面结合附图对本专利技术进一步说明。
[0016]图1为定向传输无线自组织网通信链路模型示意图。
具体实施方式
[0017]本专利技术的目的是根据链路使用需求和链路使用约束条件构造可行的多波束定向无线自组织网的链路调度集合。
[0018]链路需求向量由定向无线自组织网的应用决定。当一条链路两端的节点有通信需求时就将需求向量中表示相应链路的分量置为1，否则置为0。则全部链路检查完毕后即构造好了某时刻的链路需求向量。
[0019]链路调度向量就是用向量A＝(a1,a2,...,a
M
)表示某一时刻全网链路的激活状态，分量a
j
(j＝1,...,M)表示链路j的调度状态，a
j
＝1表示链路处于被调度的状态，a
j
＝0表示链路处于未被调度的状态。
[0020]把每个链路(资源)都抽象为二维平面中的一个点，当两个资源存在约束关系时用一条边将这两个点连接起来。显然，任何一种可行的调度方案都是这个图的一个独立集，我称这个二维平面上的图为该无线网络的“链路约束图”。求解出这个图的所有极大独立集(Maximal Independent Set,MIS)，那么就能够根据调度需求得到最优调度的方案。因此，解决最优调度方案构造问题可以转化为求解无线网络的“链路约束图”的全部极大独立集。
[0021]将约束条件归纳为2种：(1)半双工约束，(2)波束隔离度约束。这种归纳方法将第3节中的定向接收冲突和单发多收冲突合并为波束隔离度约束，依据多波束天线天线阵元间
距、阵列数量、预编码方式等因素，相邻波束之间的角度必须大于一个预设的角度θ
th
。这种归纳方式的优点在于便于通过数值的计算来进行冲突的判定。当两条拥有相同源或目的节点的链路之间的夹角θ小于预设角度θ
th
时两条链路即满足了波束约束的条件。
[0022]因此引入新的冲突判断函数C
θ
，两条拥有相同源或目的节点的链路i，j的夹角θ，预设角度为θ
th
，则冲突判断函数
[0023][0024]s.t.i.src＝j.src or i.dst＝j.dst
ꢀꢀ
(2
‑
2)
[0025]i.src和i.dst分别表示单向链路的发射节点和接收节点。通过函数C
θ
可以生成波束隔离约束矩阵<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小规模定向无线自组网内链路调度方案集合生成方法，其特征在于：在调度过程中为充分利用链路资源，将无线网络中的链路资源调度问题转化为互斥资源的使用问题，利用拟序相关理论得到了小规模网络中无冲突的链路调度方案所有的极大独立集，然后根据约束条件删减，最后得到可行的链路调度方案集合供网络运行时选择。2.根据权利要求1所述的小规模定向无线自组网内链路调度方案集合生成方法，其特征在于：由定向无线自组织网的应用决定链路需求向量；当一条链路两端的节点有通信需求时就将需求向量中表示相应链路的分量置为1，否则置为0；则全部链路检查完毕后即构造好了某时刻的链路需求向量；链路调度向量是用向量A＝(a1,a2,...,a
M
)表示某一时刻全网链路的激活状态，分量a
j
(j＝1,...,M)表示链路j的调度状态，a
j
＝1表示链路处于被调度的状态，a
j
＝0表示链路处于未被调度的状态。3.根据权利要求2所述的小规模定向无线自组网内链路调度方案集合生成方法，其特征在于：把每个链路都抽象为二维平面中的一个点，当两个链路存在约束关系时用一条边将这两个点连接起来构成“链路约束图”，任何一种可行的调度方案都是这个“链路约束图”的一个独立集；求解出“链路约束图”的所有极大独立集MIS，就能够根据调度需求得到最优调度的方案，将解决最优调度方案构造问题转化为求解无线网络的“链路约束图”的全部极大独立集。4.根据权利要求3所述的小规模定向无线自组网内链路调度方案集合生成方法，其特征在于：将约束条件归纳为2种：(1)半双工约束，(2)波束隔离度约束；将定向接收冲突和单发多收冲突合并为波束隔离度约束，依据多波束天线天线阵元间距、阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭来献，俞星月，徐任晖，崔晓楠，徐正芹，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：