区域限定的临时自组网络中数据调度方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于区域限定的Ad-hoc网络的节点中数据传输的调度方法，该方法包括：基于位于Ad-hoc网络范围内的多个信号发生器的覆盖范围的重叠区域构成Ad-hoc网络受限区域，将所述的受限区域划分为多个分片，并为每个分片赋予一个位置优先级，将预先赋予该分片的位置优先级确定为位于该分片内的该节点的位置优先级；基于所获取的节点的位置优先级以及预先确定的优先级指标计算各个节点的数据传输优先级，以及基于所计算获得的节点的数据传输优先级，在节点之间传输数据。
【专利说明】区域限定的临时自组网络中数据调度方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种区域限定的Ad-hoc (临时自组)网络(ARANet，Area-RestrictedAd-hoc Network)中数据调度的方法以及使用该方法的系统。
【背景技术】
[0002]Ad-Hoc网是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络，又称为多跳网(Mult1-hopNetwork)、无基础设施网(Infrastructureless Network)或自组织网(Self-or-ganizingNetwork)。整个网络没有固定的基础设施，每个节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这种网络中，由于终端无线覆盖取值范围的有限性，两个无法直接进行通信的用户终端可以借助其它节点进行分组转发。每一个节点或主机同时是一个路由器，它们能完成发现以及维持到其它节点路由的功能。在Ad-Hoc网络中，每个主机的通信范围有限，因此路由一般都由多跳组成，数据通过多个主机的转发才能到达目的地。故Ad-Hoc网络也被称为多跳无线网络。在Ad-Hoc网络中，通信的主机一般是便携式计算机、个人数字助理(PDA)等移动终端设备，采用无线链路连接方式。Ad-Hoc网络中移动主机的移动将会导致拓扑结构的改变。因此，Ad-Hoc网络如有独立性、网络拓扑结构动态变化、带宽有限、主机能源有限、分布式网络、抗毁性、生存周期短、以及物理安全有限等特点。
[0003]Ad-Hoc网络由于其特点而具有很广的应用范围。近年来，Ad-Hoc网络的研究在民用和商业领域也受到了重视。在民用领域，Ad-Hoc网络可以用于灾难救助。在发生洪水、地震后，有线通信设施很可能因遭受破坏而无法正常通信，通过Ad-Hoc网络可以快速地建立应急通信网络，保证救援工作的顺利进行，完成紧急通信需求任务。Ad-Hoc网络可以用于偏远或不发达地区通信。在这些地区，由于造价、地理环境等原因往往没有有线通信设施，Ad-Hoc网络可以解决这些环境中的通彳目问题。Ad-Hoc网络还可以用于临时的通彳目需求，如商务会议中需要参会人员之间互相通信交流，在现有的有线通信系统不能满足通信需求的情况下，可以通过Ad-Hoc网络来完成通信任务。
[0004]在无线Ad-hoc网络中，数据传输调度问题是最关键的问题之一。一个好的调度方案能够有效地减少数据冲突次数并极大地改善网络性能。在ARANet中，数据传输调度依然非常重要。由于网络中的某些节点是由电池供电，这就要求数据传输调度必须保证节点的能量有效性。目前为止，已经提出了许许多多的数据调度算法，然而大部分的算法仅仅考虑了一个性能指标，如服务质量、设备类型及节点剩余能量等等。
[0005]IEEE802.11标准为无线Ad-hoc网络定义了一个用户优先级(User Priority)。这里用户优先级可以是O到7这八个整数中的一个。尽管如此，当节点进行数据传输时，由于多个数据的优先级可能相同，依然可能存在较为严重的数据冲突问题。
[0006]专利号为7852816B2的专利提出了一个数据调度机制，该机制能够降低数据传输时的能耗。该专利的发明人采用ATIM帧中两个信息来定义数据传输优先级。这两个信息分别是需要传输的数据数量和连续的传输失败次数。然而，在ARANet中，某些节点可能会移动至区域外，因此这些节点上的数据需要尽可能地传输完，而此发明无法满足这一需求。[0007]在专利US20060028984A1中，发明人提出了一个针对Achhoc网络的能量有效的MAC协议。在这一协议中，ATIM携带了一个名为工作周期的信息，用来表示缓存的数据帧数量。当ATIM窗口结束时，每个节点都知道其他节点的工作周期。然后基于这一信息，具有最短工作周期的节点拥有最高的优先级来进行数据传输。然而这一发明存在着与7852816B2专利一样的缺陷。同时，如果一个节点的工作周期很长，他有可能永远无法进行数据传输。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为区域限定Ad-hoc网络(ARANet)提供一个数据传输调度机制。在该网络中，仅当节点处在同一个限定区域内时，彼此之间才能进行会话及数据传输。因此，当一个节点离边界较近时，它有可能在较短的时间内离开这个区域，而一旦离开了这个区域，它与其他节点之间的会话将不得不中断。而且，网络中的部分节点是由电池供电，如果某个节点的电池电量耗完，这个节点上的数据将无法得到传输。另外，网络中的一些应用对实时性有较高的要求，这就要求我们必须考虑调度机制在服务质量方面的表现。正是因为这些因素，已有的调度协议不再适用于ARANet。
[0009]为此，本发明提供了一种用于区域限定的Ad-hoc网络的节点中数据传输的调度方法，该方法包括:基于位于Ad-hoc网络范围内的多个信号发生器的覆盖范围的重叠区域构成Ad-hoc网络受限区域，在该受限区域内，各个信号发生器的信号强度高于预定的信号强度；以所述多个信号发生器其中两个信号发生器所在位置为基准，将所述的受限区域划分为多个分片，并为每个分片赋予一个位置优先级；针对每个节点，基于其所接收到的各个信号发生器的信号的强度，确定该节点自身是否在所述受限区域内，并在确定其在受限区域的情况下，确定节点位置所属的分片，并将预先赋予该分片的位置优先级确定为该节点的位置优先级；基于所获取的节点的位置优先级以及预先赋予该节点的服务质量优先级、硬件优先级和系统信息优先级等的任意组合，计算各个节点的数据传输优先级；以及基于所计算获得的节点的数据传输优先级，在节点之间传输数据。
[0010]根据本发明的数据传输的调度方法，所述基于所计算获得的节点的数据传输优先级在节点之间传输数据的步骤包括:将节点的数据传输优先级与目的地址一同加入ATIM帧中；以及位于所述受限区域内的节点交换彼此的ATIM帧，并对所有节点的数据传输优先级进行排序；以及按照所排序的节点的数据传输优先级进行数据传输的调度。
[0011]根据本发明的数据传输的调度方法，所述为每个分片赋予一个位置优先级的步骤包括:使得位于边界的分片的位置优先级彼此相通；以及使得越靠近区域边界的分片的位置优先级越高。
[0012]根据本发明的数据传输的调度方法，其还包括:各个节点以预定周期检测其所接收到的各个信号发生器的信号的强度，并依据所检测的信号强度的变化，来判断该节点在受限区域内是否移动，并且在判断节点位置发生改变时，重新获取该节点的位置优先级。
[0013]根据本发明的数据传输的调度方法，所述计算各个节点的数据传输优先级的步骤包括:针对每个节点，对包括位置优先级以及预先赋予该节点的服务质量优先级、硬件优先级和系统信息优先级等的任意组合的中各个优先级指标进行归一化处理，随后利用加权平均法来计算各个节点的数据传输优先级。
[0014]根据本发明的数据传输的调度方法，所述利用加权平均法来计算各个节点的数据传输优先级步骤还包括:所有节点彼此交换对每个优先级指标权重的定义；以及采用截尾均值法确定每个优先级指标的权重。
[0015]根据本发明的数据传输的调度方法，其中ATIM帧结构包含用于数据传输优先级的“优先级”域和用于目的地址的“目的地址”域。
[0016]根据本发明的数据传输的调度方法，还包括:在一个节点的数据传输结束时，判断该节点是否在受限区域内，如若不在，则关闭节点的无线收发器。
[0017]根据本发明的数据传输的调度方法，还包括:对于有数据需要传输但没有获得传输机会的节点，我们在该节点传输优先级的基础上额外增加一个常数值，以避免低传输优先级的节点一直无法获得传输机会这一现象的发生。
[0018]根据本发明的另一方面，还提供了一种用于区域限定的Ad-hoc网络的节点中数据传输的调度系统，该系统包括:基于位于Ad-hoc网络范围内的多个信号发生器，其中所述多个信号发生器的覆盖范围的重叠区域构成Ad-hoc网络受限区域，在该受限区域内，各个信号发生器的信号强度高于预定的信号强度；受限区域分片模块，以所述多个信号发生器其中两个信号发生器所在位置为基准，将所述的受限区域划分为多个分片，并为每个分片赋予一个位置优先级；节点位置优先级确定模块，针对每个节点，基于其所接收到的各个信号发生器的信号的强度，确定该节点自身是否在所述受限区域内，并在确定其在受限区域的情况下，确定节点位置所属的分片，并将预先赋予该分片的位置优先级确定为该节点的位置优先级；数据传输优先级确定模块基于所获取的节点的位置优先级以及预先赋予该节点的服务质量优先级、硬件优先级和系统信息优先级等的任意组合，计算各个节点的数据传输优先级；以及数据传输调度模块，基于所计算获得的节点的数据传输优先级，在节点之间传输数据。
[0019]很显然，与传送数据传输调度不同，本发明在进行调度时，充分利用区域受限这一条件，考虑以下四个因素:节点位置、服务质量、硬件限制及系统消息。依据这四个指标的优先级，使用一个优先级计算器来得出最终的数据优先级。同时，我们通过修改传统的ATIM(Announcement Traffic Indication Message)(通告通信量指示消息)巾贞格式以便携带这一优先级及数据目的地址这两个信息。最终，基于这两个额外的信息，提出了本发明所述的数据调度方案。
[0020]与现有的方案相比，本发明充分利用了区域边界这一特殊之处。同时，传输优先级也反映了网络所处的环境及节点的状态。位置优先级这一独特的指标在整个方案中发挥了极大的作用。本发明能够保证数据传输过程中的能量有效性并减少数据传输的冲突次数。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是根据本发明的区域受限Ad-hoc网络(ARANet)的一个示意图。
[0022]图2所示的是在现有Ad-hoc网络中随机回退机制的工作机理的示意图。
[0023]图3所示的是根据本发明实施例的数据调度系统的方块图。
[0024]图4所示的是图1中所示的ARANet实例的抽象示意图。
[0025]图5A和5B所示的根据本发明的实施例的对受限区域进行划分的示意图。
[0026]图6A所示的是根据本发明实施例对受限区域的分片分配位置优先级的示意图以及优先级分配表。[0027]图6B所示的是根据本发明实施例的受限范围内的节点确定其位置优先级流程图。
[0028]图7所示的是IEEE802.11标准中用户优先级的定义的图表。
[0029]图8所示的是根据本发明实施例的确定数据传输优先级的流程图。
[0030]图9所示的是各优先级指标的权重获得方式的示意图。
[0031]图10所示的是根据本发明实施例修改后的ATIM帧格式的示意图。
[0032]图11所示的是根据本发明实施例的ARANet中数据调度流程图。
[0033]图12A-12E所示的是根据本发明实施例的ARANet确定节点的数据传输优先级的一个实例。
[0034]图13所示的是图12所示情形采用传统调度方案与采用本发明中数据调度方案下的对比示意图。
[0035]图14所示的采用本发明的实施例的数据传输调度方案节省的能量的示意图。【具体实施方式】
[0036]下面结合附图描述本发明实施例。
[0037]图1是根据本发明的区域受限Ad-hoc网络(以下简称ARANet)的一个实例的示意图，图中所示的是区域限定的Ad-hoc网络的节点中数据传输的调度系统。区域受限Ad-hoc网络为现有无线Ad-hoc网络的变化形式，但又不同于现有的无线Ad-hoc网络。在本发明的ARANet中，区域的限定是由一些不可见的信号来实现的，通过这种区域限定，即使区域内和区域外的节点在彼此的通信范围内，这两个节点之间无法建立会话。在本发明的ARANet网络中，可以存在某些由电池供电的节点，并且与普通d-hoc网络中一样，节点可以自由移动。所述用于区域限定的Ad-hoc网络的节点中数据传输的调度系统包括基于位于Ad-hoc网络范围内的多个信号发生器和多个节点(主机)。多个信号发生器在图1中处于左右两端。所述多个信号发生器的覆盖范围的重叠区域构成Ad-hoc网络受限区域，在该受限区域内，各个信号发生器的信号强度高于预定的信号强度。在该系统内具有受限区域分片模块，以所述多个信号发生器其中两个信号发生器所在位置为基准，将所述的受限区域划分为多个分片，并为每个分片赋予一个位置优先级。该受限区域分片模块可以位于各个节点的主机中，通过主机的CPU来实现。该系统的节点位置优先级确定模块基于该节点所接收到的各个信号发生器的信号的强度，确定该节点自身是否在所述受限区域内，并在确定其在受限区域的情况下，确定节点位置所属的分片，并将预先赋予该分片的位置优先级确定为该节点的位置优先级。各个节点的数据传输优先级确定模块基于所获取的节点的位置优先级以及预先赋予该节点的服务质量优先级、硬件优先级和系统信息优先级等的任意组合，计算各个节点的数据传输优先级。系统的数据传输调度模块基于所计算获得的节点的数据传输优先级，在节点之间传输数据。
[0038]图2所示的是在现有Ad-hoc网络中随机回退机制的工作机理的示意图。在描述本发明的数据调度方式之前，通过图2，简单描述一下传统的随机回退机制的工作机理。如图2所述，节点之间的数据过程中，传输时间被划分成小的信标(beacon)间隔，而每个信标间隔又由两部分构成，分别是ATIM传输窗口和数据传输窗口。在ATIM传输窗口中，每个节点交换彼此的ATIM数据帧。在ATIM传输窗口结束后，每个节点开始进行数据传输。当某个节点意图进行数据传输时，如果此时传输信道被其他节点占用，那么该节点将随机等待若干时间，然后重新尝试进行数据传输。在此图中，我们可以看到发生了两次数据传输冲突。所述的数据冲突是指数据传输发生冲突现象。举例来说，当节点I在进行数据传输时，节点2仍然尝试发送数据，然而由于此时信道处于忙碌状态，导致节点2的数据发送数据的尝试失败，发生了节点I和节点2之间数据传输的冲突。一段时间后，节点2再次尝试传输数据，若此时信道处于空闲状态，节点2可以进行数据传输。接下来，节点I再次传输数据时，也将发生数据传输冲突现象。
[0039]图3所示的是根据本发明实施例的数据调度系统的方块图。首先，每个节点通过其位置优先级获取模块31，获得位于ARANet内的每个节点所处位置的优先级。至于如何获取每个节点的位置的优先级，见在后面参见图6进行描述。在获得位于ARANet内的每个节点所处位置的优先级之后，每个节点的传输优先级模块32依据位置优先级等多个指标计算节点数据传输的优先级，从而为数据提供传输优先级，其具体过程如参照后面图8所示进行描述。之后，每个节点的数据传输调度模块33根据传输数据的优先级，对网络中的数据传输展开调度，以减少传输过程中的数据冲突，节省节点能量，具体过程将在后面参照图11进行描述。
[0040]图4所示的是图1中所示的ARANet实例的抽象示意图。为了形成所需的限定区域，通常会在需要形成ad-hoc网络的地方放置信号发生器A和B，从而在信号发生器A和B信号覆盖区域内信号强度大于一个预定阈值PO的重叠部分形成所述限定区域，两个信号发生器的强度大于PO覆盖范围的交叉区域即为限定区域。
[0041]图4仅仅给出了受限区域的设置，并没有对受限区域进行划分，也就是说，没有对区域中的各个节点之间不同位置进行标识。为此，本发明的受限区域网络中设置了信号发生器C来实现“位置优先级获取功能”中的区域划分或标识。图5A所示的根据本发明的实施例的对受限区域进行划分的示意图。在设置信号发生器C时，要求信号发生器C的信号覆盖范围一定要能够覆盖由A和B生成的限定区域，即使的在所产生的受限区域内的信号发生器C的信号强度也要大于PO。如图5A所示，图中每条弧线表示信号发生器在该条弧线上的信号强度相同，那么，依据信号发生器A和信号发生器C的这种信号强度弧线，我们可以将限定区域划分成一个个小片。需要强调的是，信号发生器C不是必须的，当信号发生器B处在C的位置时，我们可以用B来产生原先C才能提供的功能，一方面B可以用来产生限定区域，另一方面则是用来划分区域，图5B所示的是利用信号发生器B承担信号发生器C时的情况的不意图。
[0042]图6A所示的是根据本发明实施例对受限区域的分片分配位置优先级的示意图以及优先级分配表。其中将信号发生器A的信号强度与信号发生器C的信号强度在受限区域内按照级别分段，从而将受限区域分成多个分片，并将赋予各个分片不同的位置优先级，并存储在位置优先级表中。
[0043]图6B所示的是根据本发明实施例的受限范围内的节点确定其位置优先级流程图。首先，位置优先级获取模块31进入受限区域后在步骤S61处开始确定自身的位置优先级过程。处在限定区域内的节点以TO为周期接收到信号发生器A、B、C的信号PA、PB和PC(S62)。我们用PO来表示信号发生器信号覆盖区域的边界处信号强度的阈值。若节点(主机)在所处位置处接收到的信号发生器B的信号强度低于PO，则表示该节点不在信号发生器B范围内(S63)，从而结束节点位置优先级的确定过程。如果若节点(主机)在所处位置处接收到的信号发生器B的信号强度大于PO，则判断该节点在所处位置所接收到的信号发生器A和信号发生器C的信号强度是否都大于信号强度低于PO (S64)，判断结果为“是”，则过程进入步骤S65 ;如果判断结果为“否”，则表示节点不再所述限定区域之内，则过程进入步骤S66，结束节点位置优先级的确定过程。在步骤S65处，位置优先级获取模块31基于节点处所获得的PA、PB和PC的强度值，确定该节点所在受限区域的分片所对应的标识，并对应于先前为受限区域内分片所赋予的位置优先级而位置优先级表，赋予该节点对应的位置优先级。总体来说，通过检测节点所接收到的信号发生器的信号强度是否在预定阈值以上来判断节点是否在预先设定的受限区域内，并通过所接收到的信号发生器的强度来确定节点位置，并查询预先设置的位置优先级表为节点确定对应位置的位置优先级CP。
[0044]图7所示的是IEEE802.11标准中用户优先级的定义的图表。在本发明中，是依据多个性能指标来定义节点传输优先级，服务质量(Quality of Service)是所依据的指标之一，本发明将使用这一优先级来定义服务质量的优先级。
[0045]图8所示的是根据本发明实施例的确定数据传输优先级的流程图。图8描述了如何依据各指标的优先级计算数据的传输优先级的过程。如图8所示，所述的指标包括:服务质量优先级、硬件优先级、系统信息优先级等。这些指标可单独用于本发明，也可以任意组合用于本发明。由于在根据本发明实施例的ARANet中每个节点具有一定的移动性，因此，在计算数据传输优先级时，我们首先判断节点是否发生了移动，在依据图6B所示的过程确定节点的位置优先级之后，在步骤S81处，数据传输优先级模块32检测当前接收到的各个信号发生器的信号强度，并与之前的接收到的信号强度进行比较。随后基于比较结果，在步骤S82处判断节点的位置受否发生变化。如果当前接收到的信号强度与之前接收到的信号强度不同，则判断节点移动，否则，没有移动。如果在S82处判断节点有移动，则该确定数据传输优先级的过程前进到步骤S83。在步骤S83处，将节点的各个指标优先级均一化至同一区间范围内。随后，在步骤S84处，利用加权平均法求得最终的传输优先级。图9所示的是各优先级指标的权重获得方式的示意图。在进行传输之前，每个节点交换彼此对每个指标的权重定义，当节点获知所有其他节点的权重定义时，使用截尾均值法获取每个指标最终的权重定义。不难看出，每个节点上最终的权重定义完全一致。。这里需要指出的是，优先级的计算频率与信号发生器的信号发`射频率保持一致。如果在S82处判断节点没有移动，则对位置优先级进行更新。如果在S82处判断节点没有移动，则进程进入步骤S85。在步骤S85处，确定节点的位置优先级CP是否大于预定的位置优先级阈值CP0。如果该节点的位置优先级CP不大于位置优先级阈值CP0，则进程前进到步骤S83，否则进程前进到步骤S86，对位置优先级进行更新，即即在原来位置优先级CP的基础上减少一个常数Λ。这样更新位置优先级的目的是为了避免某个节点一直占用传输机会。但是，这种降低不是无止境的，仅当位置优先级高于一个给定的阈值CPO时才对位置优先级进行更新。
[0046]图10所示的是根据本发明实施例修改后的ATIM帧格式的示意图。与现有ATIM帧格式比较，根据本发明实施例的Α--Μ帧格式新增“优先级”域和“目的地址”域。“优先级”域中放置的是数据的传输优先级，而目的地址则可以让每个节点计算它所要接收的数据数量。
[0047]图11所示的是根据本发明实施例的ARANet中数据调度流程图。在上述传输优先级模块32确定了节点的数据传输优先级之后，数据传输调度模块33在步骤SllOl处根据传输数据的优先级开始数据传输调度过程。首先，在步骤S1102处，初始化ATIM窗口。在初始化结束后，每个节点被切换到“AWAKE (苏醒)”状态(S1103)。此时，数据传输调度模块33将之前获得的传输优先级注入ATIM数据帧中的“优先级”域(S1104)。随后，所有有限区域内的节点采用现有的传统数据传输方法交换彼此的ATIM帧(S1105)。当受限区域内的任意一个节点接收到其它节点的ATIM帧时，从中可以得到其他节点的传输优先级，据此，对所有的数据传输优先级进行排序(S1106)。在排序的同时，通过ATIM帧中的“目的地址”域获知本节点需要接收的数据数量(S1107)。接下来，在步骤S1108处，初始化数据传输窗口。在数据传输窗口初始化结束后，在步骤S1109处，最先开始传输拥有最高优先级的节点的数据，同时，其他节点一直监听信道。同时，在步骤SlllO处，使的待传输节点的数据的传输优先级增加常数Pr，以避免低优先级的数据一直无法获得传输机会这一现象的发生。举例来说，例如当节点A、B、C、D的数据传输优先级分别为20、15、10以及5。当对传输优先级最高的节点A进行数据传输过程中，可能出现另外一个节点F的数据传输优先级高于节点B、C、D的数据传输优先级的情况，例如该节点F的优先级为17，则导致随后的传输将从节点F开始。如果这种情况在后面反复出现，将导致节点B、C、D的数据始终无法得到传输，为此，避免过度插队的情况出现，在每次传输完最高优数据传输优先级的节点的数据之后，使得正常排队的节点的优先级增加一个常数，以便提高排队节点的优先级，使其需要传输的数据尽可能按序被传输。然后，在步骤Sllll处，数据传输调度模块33判断当前数据传输窗口是否结束，如果是，则进入下一个信标间隔，返回到步骤S1102;如果还没有结束，进步步骤S1112，判断节点的数据是否已传输完毕。如果判断节点的数据的传输没有结束，则进程返回到数据传输的开始阶段步骤S1109 ;如果判断节点的数据的传输已经结束，则进程前进到步骤S1113，判断节点是否有数据需要接收。如果判断节点有数据需要接收，则进程返回到数据传输的开始阶段步骤S1109 ;如果判断节点没有数据需要接收，则该节点将进入“DOZE (假眠)”状态，以节约节点能量(S1114)。接下来，在步骤S1115处，该节点判断它是否依然在限定区域内，如果在，则返回步骤S1102等待进入下一个信标间隔的开始，如果不在，则前进到步骤S1116，判断当前区域内是否依然有节点存在，如果有则返回步骤S110 2，如果区域内没有任何节点，则这一进程将终止(S1117 )。
[0048]FIG.12A-12E所示的是根据本发明实施例的ARANet确定节点的数据传输优先级的一个实例。从图12A所示图表可以看出，网络中有四个节点，分别是A、B、C和D。每个节点对四个指标的权重定义均不相同。所有的节点首先对各个指标的权重进行统一，利用图9中所述方法进行计算，获得如图12B所示的各个节点各个指标的优先级。观察最终的权重，可以发现，系统级的数据拥有最高的优先级，这一点是非常重要的，因为所有的数据传输均是建立在网络正常运行的基础上的。同时，如图12C所示，网络中存在四个传输任务，D — A，A — C，C — B，A — B。首先，利用图6中的方法为每个节点获取它的位置优先级，根据各个传输的服务质量需求及图7，为每个任务指定服务质量和系统信息这两个指标的优先级，接下来，结合硬件限制指标，将所有的优先级均一化到(0，10]，如图12D所示。然后利用图8中的优先级计算方法获取每个传输任务的优先级，如图12E所示。我们可以发现，C —B的传输是系统级消息的传输，它的优先级为5.727，是所有任务中的最高优先级，这样能确保网络的正常连接。[0049]图13所示的是图12所示情形采用传统调度方案与采用本发明中数据调度方案下的对比示意图。图13中的下半部分所示的是采用本发明的数据调度方案的情形。该数据调度依据图11中所示的流程。首先，初始化ATIM窗口，四个节点将传输优先级放入如图10所示的Α--Μ帧结构中，并彼此交换Α--Μ帧，以此获得所有传输任务的优先级。在Α--Μ窗口结束时，四个节点均知道数据传输顺序及接收数据数量。如图13所示，传统数据调度方案与本发明数据调度方案在ATIM窗口阶段是相同的。当进入数据传输窗口时，根据本发明所述的图12中所示的数据传输优先级，首先安排C —B的传输，当此传输结束时，节点B和C依然有数据传输需要处理，接下来安排A — C的传输，当这一传输结束时，节点C已经没有数据处理任务，因此，它可以关闭无线收发器，进入“DOZE”状态以节省节点能量。下一步安排D — A的传输，传输完成后，D进入“DOZE”状态。最后完成A — B的传输，传输完成后，A和B均进入“DOZE”状态。而从图13的上本部分采用传统数据调度方案看，采用传统的回退机制，存在多次数据冲突情况，因此，处于数据冲突状态的节点保持等待下次进行数据传输，因此，处于持续能量消耗状态。通过对比，不难看出，采用传统的回退机制的传统数据调度方案中，节点A、C和D上的数据传输均遇到数据冲突，其完成数据传输过程所消耗的能量明显要高于采用本发明的数据调度方案所消耗的能量。因此采用本发明的数据调度方案是，在图12所示的情形中，节点A、C和D均不同程度上降低了传输能耗。图14所示的是在图12所示的情形中的能量节省示意图。如图14所示，线条A是节点A节省的传输能量，而在本调度机制下，相较于传统的调度，B节点消耗了更多的传输能量。节点C和D节省了大量的能量，如图中线条C和线条D所示。最终，图中线条E即为在整个传输过程中节省的倉tfi。
[0050]在说明书中说明的一系列操作能够通过硬件、软件、或者硬件与软件的组合来执行。当由软件执行该一系列操作时，可以把其中的计算机程序安装到内置于专用硬件的计算机中的存储器中，使得计算机执行该计算机程序。或者，可以把计算机程序安装到能够执行各种类型的处理的通用计算机中，使得计算机执行该计算机程序。
[0051]例如，可以把计算机程序预先存储到作为记录介质的硬盘或者ROM (只读存储器)中。或者，可以临时或者永久地`存储(记录)计算机程序到可移动记录介质中，诸如软盘、⑶-ROM (光盘只读存储器)、M0 (磁光)盘、DVD (数字多功能盘)、磁盘、或半导体存储器。可以把这样的可移动记录介质作为封装软件提供。
[0052]本发明已经参考具体实施例进行了详细说明。然而，很明显，在不背离本发明的精神的情况下，本领域技术人员能够对实施例执行更改和替换。换句话说，本发明用说明的形式公开，而不是被限制地解释。要判断本发明的要旨，应该考虑所附的权利要求。
【权利要求】
1.一种用于区域限定的Ad-hoc网络的节点中数据传输的调度方法，该方法包括:基于位于Ad-hoc网络范围内的多个信号发生器的覆盖范围的重叠区域构成Ad-hoc网络受限区域，在该受限区域内，各个信号发生器的信号强度高于预定的信号强度；以所述多个信号发生器其中两个信号发生器所在位置为基准，将所述的受限区域划分为多个分片，并为每个分片赋予一个位置优先级；针对每个节点，基于其所接收到的各个信号发生器的信号的强度，确定该节点自身是否在所述受限区域内，并在确定其在受限区域的情况下，确定节点位置所属的分片，并将预先赋予该分片的位置优先级确定为该节点的位置优先级；基于所获取的节点的位置优先级以及预先赋予该节点的服务质量优先级、硬件优先级和系统信息优先级等的任意组合，计算各个节点的数据传输优先级；以及基于所计算获得的节点的数据传输优先级，在节点之间传输数据。
2.如权利要求1所述的数据传输的调度方法，所述基于所计算获得的节点的数据传输优先级在节点之间传输数据的步骤包括:将节点的数据传输优先级与目的地址一同加入ATIM帧中；以及位于所述受限区域内的节点交换彼此的ATIM帧，并对所有节点的数据传输优先级进行排序；以及按照所排序的节点的数据传输优先级进行数据传输的调度。
3.如权利要求2所述的数据传输的调度方法，所述为每个分片赋予一个位置优先级的步骤包括:使得位于边界的分片的位·置优先级彼此相通；以及使得越靠近区域边界的分片的位置优先级越高。
4.如权利要求3所述的数据传输的调度方法，其还包括:各个节点以预定周期检测其所接收到的各个信号发生器的信号的强度，并依据所检测的信号强度的变化，来判断该节点在受限区域内是否移动，并且在判断节点位置发生改变时，重新获取该节点的位置优先级。
5.如权利要求4所述的数据传输的调度方法，所述计算各个节点的数据传输优先级的步骤包括:针对每个节点，对包括位置优先级以及预先赋予该节点的服务质量优先级、硬件优先级和系统信息优先级等的任意组合的中各个优先级指标进行归一化处理，随后利用加权平均法来计算各个节点的数据传输优先级。
6.如权利要求5所述的数据传输的调度方法，所述利用加权平均法来计算各个节点的数据传输优先级步骤还包括:所有节点彼此交换对每个优先级指标权重的定义；以及采用截尾均值法确定每个优先级指标的权重。
7.如权利要求5所述的数据传输的调度方法，其中Α--Μ帧结构包含用于数据传输优先级的“优先级”域和用于目的地址的“目的地址”域。
8.如权利要求6所述的数据传输的调度方法，还包括:在一个节点的数据传输结束时，判断该节点是否在受限区域内，如若不在，则关闭节点的无线收发器。
9.如权利要求6所述的数据传输的调度方法，还包括: 对于有数据需要传输但没有获得传输机会的节点，我们在该节点传输优先级的基础上额外增加一个常数值。
10.一种用于区域限定的Ad-hoc网络的节点中数据传输的调度系统，该系统包括: 基于位于Ad-hoc网络范围内的多个信号发生器，其中所述多个信号发生器的覆盖范围的重叠区域构成Ad-hoc网络受限区域，在该受限区域内，各个信号发生器的信号强度高于预定的信号强度； 受限区域分片模块，以所述多个信号发生器其中两个信号发生器所在位置为基准，将所述的受限区域划分为多个分片，并为每个分片赋予一个位置优先级； 节点位置优先级确定模块，针对每个节点，基于其所接收到的各个信号发生器的信号的强度，确定该节点自身是否在所述受限区域内，并在确定其在受限区域的情况下，确定节点位置所属的分片，并将预先赋予该分片的位置优先级确定为该节点的位置优先级； 数据传输优先级确定模炔基于所获取的节点的位置优先级以及预先赋予该节点的服务质量优先级、硬件优先级和系统信息优先级等的任意组合，计算各个节点的数据传输优先级；以及` 数据传输调度模块，基于所计算获得的节点的数据传输优先级，在节点之间传输数据。
【文档编号】H04W74/08GK103596286SQ201210292255
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月16日 优先权日:2012年8月16日
【发明者】张银东, 王炜, 笪斌, 于海华, 孙琰 申请人:株式会社理光