高速无线个人网协议中基于信道的调度方法技术

本发明专利技术涉及一种高速无线个人网协议中基于信道的调度方法，基于ＩＥＥＥ　８０２．１５．３协议的高速无线个人网络中的实时和非实时数据的传输，通过改进协议来引入对用户各条数据流的信道状况信息的反馈和收集，并根据各条数据流的ＱｏＳ要求，进行综合平衡来对数据流排序，赋予不同的调度优先级，从而有效地克服了信道衰落对网络性能的影响，提高了系统的信道利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及本专利技术涉及无线个人网络的相关
，具体地说是高速无线个人网协议 中基于信道的调度方法。
技术介绍
基于正EE 802.15.3的高速无线个人网络协议中采用时分复用多址方式和集中式的信道分 配机制来提供多用户之间的数据传输。在该标准中，最基本的时间结构为超帧(如图l)，每 个超帧中包括若干信道时隙分配(CTA)用以该CTA所指定的设备之间的数据传输。CTA由 网络控制设备(PNC)根据特定的调度算法进行分配。该分配结果由网络控制设备在每个超 帧开始的信标帧(Beacon)中进行广播。管理信道时隙分配(MCTA)是特殊的CTA，用于 网络设备和网络控制设备之间的信令交互。需要进行数据发送的设备负责在随机接入信道， 对应于每个超帧中的竞争接入时期(CAP)中向网络控制设备发送所请求信道资源的数量和信道资源分配所需要的调度信息。IEEE 802.15.3物理层工作在不需要许可证的2.4GHz至2.4835GHz之间，物理层的传输 速率有llMbps、 22Mbps、 33Mbps、 44Mbps和55Mbps五种，系统规定的符号传输速率为 11Mbps,与五种速率相对应的编码调制方式分别为网格编码调制(Trellis Coded Modulation, TCM) QPSK、 DQPSK、 TCM 16QAM、 TCM 32QAM和TCM 64QAM。通过传输速率的自 适应调整，可以有效的提高系统的吞吐量和误码率性能。由于正EE 802.15.3协议未对信道资源调度算法做出规定，传统的固定长度时隙的调度算 法又无法充分利用信道资源，这就为高效的基于信道状态的调度算法的应用提供了前提和实 用意义。基于信道的调度算法已广泛采用于cdma2000 lxEV-DO， HSDPA， EVDO， 4G等系统中， 而在正EE802.15.3高速无线个人网中尚未提出和采用。目前广泛关注的基于信道的调度算法 有l) MAX-RATE算法；2) PROP-FAIR算法；3) M-LWDF算法；4) EXP算法。MAX-RATE算法的基本做法是根据数据流当前信道状况所支持的传输速率将其从大到小 排序，并按照这种顺序对数据流进行信道资源的分配。其公式表示如下<formula>formula see original document page 3</formula> (1)其中A (0为对应于数据流i的无线信道当前所支持的数据传输速率。PROP-FAIR算法曾在cdma2000 lxEV-DO (data optimized)中采用，针对MAX-RATE算法中公平性差的缺点，它重新定义了数据流服务优先级别的计算方法<formula>formula see original document page 4</formula>(2)其中/z,G)指在当前时刻t一定时间窗口re内统计的数据流所支持的平均传输速率，即<formula>formula see original document page 4</formula>3)M-LWDF算法采用下式选择所要分配信道资源的数据流。<formula>formula see original document page 4</formula>(4)其中WG)指t时刻数据流i缓冲区队列中的HOL (headofline)数据包的等待时间，的 表达式如下<formula>formula see original document page 4</formula> (5) 其中《是指数据流i中数据包的网络生存时间(deadline),《指数据流i的QoS参数，可 以将其看作是分组等待时间超过最大时延限制的概率，以上参数存在如下关系<formula>formula see original document page 4</formula> (6)EXP算法类似于M-LWDF算法，它也是将各数据流的时延考虑进来，给出数据流服务优 先级别的计算公式如下<formula>formula see original document page 4</formula>(7)其中* = ±^^^(0,为待服务数据流缓冲区队列中的HOL数据包的加权平均等待时间。K与^的取值和M-LWDF算法相同。M-LWDF和EXP算法充分考虑到了不同数据流传输下的信道状况和数据流对于QoS的 要求。M-LWDF算法和EXP算法均已被证明为吞吐量最优，也就是说，在数据流到达过程和 信道变化为遍历平稳随机过程的假设下，这两种算法具有最大的系统稳定区域。可以看出， 在这两种调度算法中;为优先级参数，赋予某个数据流较高的a,.值可以使其获得更大的吞吐量和更小的时延，但过高的设置某条数据流的优先级有损数据流间的公平性并导致系统整体 性能下降，因此，需要合理设置及调整,的取值，以尽可能满足所有数据流的QoS要求。受到网络拓扑结构和数据流特征等因素影响，在某些情况下，如高负荷的多媒体数据传 输，我们发现单纯的采用基于信道的调度算法的IEEE802.15.3高速无线个人网络系统的性能 存在一定程度的损失，因此引入了如下两种跨层优化控制机制以增强系统的健壮性。BTED (Burst transfer eligibility decision)机制负责判断发送数据流中每个数据包是否能够 在其超时之前进行传输。若不能，则丢弃该数据包。该机制可以有效减少由于传输在其网络 生存时间内不可能传输成功的数据包的多余分片而造成的信道资源浪费。当采用M-LWDF和 EXP算法时，该机制可以有效的提高系统在高负荷下的吞吐量性能。FDA (frame-decodability aware)机制专门为MPEG数据流设计。视频MPEG编码是目前 广泛采用的视频编码方式。MPEG数据流在编码时会被压縮成连续的GOP (Group of Picture) 结构，如图2所示为(12， 3) GOP结构，GOP中包含I， P， B三种不同类型的数据帧，由 于不同的压縮率使三种帧的大小有很大的差异，通常I帧是最大的，其次是P帧，最小的是B 帧。不同类型数据帧之间编码和解码的依赖关系是MPEG数据流的一个重要特征，如图中箭 头所示。只有数据帧传输正确并且它所依赖的其他数据帧均能正确解码，该数据帧才是可解 的。FDA机制会在发送端丢弃已经确定不可解的MPEG帧以减少传输这些不可解帧带来的信 道资源浪费。如上所述，MPEG在解码过程中要依赖其他的帧。如果I帧传输错误，则可确定 整个GOP不可解，发送端会丢掉整个GOP，同样，P帧传输错误会造成之后的GOP丢弃。 相比与BTED机制，FDA机制防止间接的数据帧丢失(不可解)。已提出的针对IEEE 802.15.3高速无线个人网络协议的调度方法未充分考虑信道信息和数 据流对于QoS的要求。这样做的缺点主要为1)不能充分利用信道资源。无线通信信道的时变特性以及多径传播引起的衰落特性，使 得网络中设备之间能够提供的数据传输速率有所不同，而且快速本文档来自技高网...

【技术保护点】
高速无线个人网协议中基于信道的调度方法，其特征在于包括如下调度步骤：　１）当网络设备完成数据流注册后，网络控制设备根据信道资源请求信令里信道资源请求数据块中信道资源请求控制域的优先级，确定数据流调度的优先级参数初始值；　２）网络 设备应用ＢＴＥＤ和ＦＤＡ机制根据当前数据包队列和信道信息在数据发送或向网络控制设备发送调度信息之前对发送数据流进行过滤；　３）各网络设备发送信令通知网络控制设备其传输数据流的信道资源调度所需的相关信息；网络控制设备周期地进行管理信道时 隙分配，更新数据流的调度信息；　４）网络控制设备在每个超帧开始时根据数据流的优先级参数和调度信息对各个数据流进行排序，再按该排序顺序分配数据流所需要的信道资源，直到当前超帧信道资源分配完毕或没有数据需要传输；　５）网络控制设备在 信标帧中对信道分配结果进行广播；　６）各网络设备在所分配的信道时隙中进行数据传输。

【技术特征摘要】
1、高速无线个人网协议中基于信道的调度方法，其特征在于包括如下调度步骤1)当网络设备完成数据流注册后，网络控制设备根据信道资源请求信令里信道资源请求数据块中信道资源请求控制域的优先级，确定数据流调度的优先级参数初始值；2)网络设备应用BTED和FDA机制根据当前数据包队列和信道信息在数据发送或向网络控制设备发送调度信息之前对发送数据流进行过滤；3)各网络设备发送信令通知网络控制设备其传输数据流的信道资源调度所需的相关信息；网络控制设备周期地进行管理信道时隙分配，更新数据流的调度信息；4)网络控制设备在每个超帧开始时根据数据流的优先级参数和调度信息对各个数据流进行排序，再按该排序顺序分配数据流所需要的信道资源，直到当前超帧信道资源分配完毕或没有数据需要传输；5)网络控制设备在信标帧中对信道分配结果进行广播；6)各网络设备在所分配的信道时隙中进行数据传输。2、 按权利要求1所述的高速无线个人网协议中基于信道的调度方法，其特征在于步骤 3中所述的各网络设备发送的信令包括其数据流的数据传输速率、数据队列长度、数据包等待 时间、以及该信令长度和类型字段。3、 按权利要求1所述的高速无线个...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光迪，林如锋，杜阳，戎璐，
申请(专利权)人：上海无线通信研究中心，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]