专利名称：：一种用于ieee802.15.4网络环境下的基于时间敏感传输和带宽优化利用方法
技术领域：
：本发明涉及IEEE802.15.4网络的无线接口技术、管理机制、MAC层协议，尤其涉及它的调度算法。
背景技术：
：随着经济社会的不断发展，人们对低能耗、低速率的IEEE802.15.4网络的研究兴趣越来越大，因为其在军事、矿场、家庭自动化和医疗看护等方面有很大的应用前景。一个完整的IEEE802.15.4网络由几个或者多个微微网(piconet)组成。微微网由多个单独节点组成，可进一步分为主节点和从节点，一个主节点可以同时和7个活跃从节点实现数据交换。这些微微网是可以互连的，从而形成更大规模的分散网(scatternet)。调频技术的应用可以让IEEE802.15.4网络中的节点在某个区域内部高密度的存在。如何组建一个高带宽利用率、低延时、低能耗和网络鲁棒性好的IEEE802.15.4网络是人们研究该网络的最具有挑战性的难题。这些难题包含有IEEE802.15.4网络拓扑结构的建立、网络路由算法的研究、网络切换算法的研究和网络调度算法的研究。为了解决上述问题，人们进行着深入和广泛的研究，并将研究成果一步步的应用到现实生活的应用上。本发明着重研究IEEE802.15.4网络的调度算法。IEEE802.15.4网络的调度算法研究的必要性主要是因为大多数的IEEE802.15.4网络节点都是低功率、低速率的无线电子设备，并且一般都是单射频的。它只能以时分复用方式(TDMA)接入无线信道，在某一具体时刻只能在某个特殊信道内工作。这时，在一个庞大的WPAN网络中，有众多的通信请求的情况下，一个高带宽利用率、低延时的调度算法的存在是这个网络稳定工作的基本保证。现阶段，人们对IEEE802.15.4网络的调度算法的主要是研究一下几个方面1、低时延；2、高带宽利用率；3、公平性好；4、Qos保证；5、安全性高。
发明内容本发明的目的是提出一种基于时间敏感传输，同时优化带宽利用率的调度算法。该算法在充分满足各从节点对时延要求的基础上进行调度选择，并通过对UGTS的重新分配，提高GTS使用率从而达到提高带宽利用率。本发明的目的是通过如下方式实现的一种用于IEEE802.15.4网络环境下的基于时间敏感传输和带宽优化利用方法I、时限值的微调给定一组需要传输的数据据Ti(C^piJi)，其中Cli为传输的时限值，Pi为需要传输的总数据量，^为从节点到簇头的距离。首先需要对时限值进行微调，其微调后的值定义为Di。Di的计算公式如下权利要求一种用于IEEE802.15.4网络环境下的基于时间敏感传输和带宽优化利用方法，其特征在于Ⅰ、时限值的微调给定一组需要传输的数据Ti(di，pi，ri)，其中di为传输的时限值，pi为需要传输的总数据量，ri为从节点到簇头的距离；首先需要对时限值进行微调，其微调后的值定义为Di；Di的计算公式如下<mrow><msub><mi>D</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''separators=''><mtable><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mo>[</mo><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mi>BI</mi><mo>]</mo><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mi>BI</mi><mo>+</mo><mi>CFP</mi><mo>+</mo><mi>CAP</mi></mtd><mtd><mi>ifk</mi><mo>≥</mo><mi>CAP</mi><mo>+</mo><mi>CFP</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mo>[</mo><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mi>BI</mi><mo>]</mo><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mi>BI</mi><mo>+</mo><mi>k</mi></mtd><mtd><mi>ifk</mi><mo>></mo><mi>CAPandk</mi><mo><</mo><mi>CAP</mi><mo>+</mo><mi>CFP</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mo>[</mo><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mi>BI</mi><mo>]</mo><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mi>BI</mi><mo>+</mo><mi>CFP</mi><mo>+</mo><mi>CAP</mi></mtd><mtd><mi>ifk</mi><mo>≤</mo><mi>CAPand</mi><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>≥</mo><mi>BI</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>其中k＝mod(di，BI)Ⅱ、传输时延的计算计算传输每个Ti(di，pi，ri)总共需要的时间；假设Ti(di，pi，ri)分成bi个超帧传输，则ED(i)的计算需要分为两部分第一部分是在前bi1个超帧中，传输时延为(bi1)BI；第二部分就是Ti(di，pi，ri)在第bi个超帧中的时延，只考虑在第bi个超帧中处于它之前的时间；Ti(di，pi，ri)在第bi个超帧中的时延的计算，首先给出参量的定义；(i)w一个GTS的时间长度；(ii)SiTi(di，pi，ri)在前bi1个超帧中占有的GTS数；(iii)F每个GTS中包含的时隙数，在算法实现以前就定下来的；(iv)Ti(di，pi，ri)在第bi个超帧中占有的GTS数；(v)Edelay数据由节点传播到簇头的时间；<mrow><msub><mi>E</mi><mi>delay</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>ri</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>R</mi></mfrac><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mi>v</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>l为待传播的数据的长度，R为传播速率，ri为节点传播到簇头的距离，v为数据在空中的传播速率；(vi)*EDiTi(di，pi，ri)在第bi个BI中的帧处理需要的时延；<mrow><mmultiscripts><mi>ED</mi><mi>i</mi><none/><mprescripts/><none/><mo>*</mo></mmultiscripts><mo>=</mo><msub><mover><mi>S</mi><mo>~</mo></mover><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><mi>w</mi><mo>+</mo><msub><mi>E</mi><mi>delay</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>f</mi><msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msub></msub><mo>,</mo><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>(vii)*ED第bi个超帧中排在Ti(di，pi，ri)之前的其他节点数据占用的时延；总的传输时延为<mrow><mi>ED</mi><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>b</mi><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mi>BI</mi><mo>+</mo><msub><mover><mi>S</mi><mo>~</mo></mover><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><mi>w</mi><mo>+</mo><msub><mi>E</mi><mi>delay</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>f</mi><msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msub></msub><mo>,</mo><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mo>*</mo><mi>ED</mi><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>Ⅲ、Si值的计算Si＝min{Simin，7Simin}；将Si的值代入公式(2)得到就可以为Ti(di，pi，ri)分配具体的GTS；Ⅳ、对没有使用的GTS(UGTS)的重新分配首先排定好Ti(di，pi，ri)的顺序，然后取队列的前3个任务安排新的UGTS，首先判断Ti(di，pi，ri)中pi大小，将传输数据多的节点即pi大的节点放在队列前；当出现两个或者多个pi相等的时候，再判断时延要求di，将di小的放在队列的前面；在完成队列的排列后，考虑到一般情况下，一个CFP中UGTS最多为三个；将UGTS重新分配给队列前的两到三个Ti即可，同时考虑到公平性，每个Ti将重新分配一个UGTS。FSA00000244324200012.tif,FSA00000244324200013.tif,FSA00000244324200023.tif全文摘要本发明公开了一种用于IEEE802.15.4网络环境下的基于时间敏感传输和带宽优化利用方法。首先，考虑不同节点传输数据的时间期限Di和传输应占用的时间ED(i)。另外，在分配GTS给每个节点以后，再通过有效的方法重新分配前一次调度过程中没有使用的GTS(UGTS)，提高GTS使用率从而达到提高带宽利用率。该发明在传输时间敏感业务时有很好的表现，并且可以方便地在用户终端实现。文档编号H04W28/16GK101945430SQ201010263000公开日2011年1月12日申请日期2010年8月26日优先权日2010年8月26日发明者唐张杰,曹江莲,李哲涛,田淑娟,裴廷睿申请人:湘潭大学