专利名称：无线网络中基于时间片轮转结合令牌调度的处理方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线网络中基于时间片轮转结合令牌调度的处理方法。
背景技术：
I)无线局域网络标准802. 11802. 11为IEEE小组制定的无线局域网络标准，适用于有线站台与无线用户或无线用户之间的沟通连结，以爆发的形式改变了人们对网络的应用，占据了无线网络的中流位置。无线局域网络协议802. 11的MAC和有线局域网络协议802. 3的MAC非常相似，都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源，由发送者在发送数据前先进行网络的可用性检测。有线局域网在MAC层通过CSMA/⑶，即载波监听多路访问/冲突检测的协议来完成调节。通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化。每个站在发送数据帧之前先进行载波监听，只有信道空闲时，才允许发送，否则便随机延时一段时间后，再重新争用信道发送数据帧。如果两个以上的站同时监听到信道空闲并发送数据帧，则会产生冲突导致发送失败，再行随机进行延时发送。由于冲突的检测需要设备能同时接受和传送数据信号，无线系统的配适器不宜检测信道是否空闲。在802. 11无线局域网协议中冲突的检测也就存在一定的问题，这个问题称为"Near/Far"现象。因此802. 11中采用了 CSMA/CA协议，即载波侦听多点接入/冲突避免。发送数据帧前也由载波侦听信道是否空闲，一旦有其他通信存在，则通过随机的时间等待，使信号冲突发生的概率减到最小。也就是说，当冲突发生时会随机回退等待，从而主动避免干扰。不仅如此，该协议还利用ACK信号来避免冲突的发生，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据帧已经正确到达目的地址。这种协议实际上就是在发送数据帧之前先对信道进行预约。802. 11原本是设计用于室内简单环境下无线局域网络通讯的，一旦应用于室外大区域复杂环境，特别是大量持续性高流量的接入性用户访问时便会出现如下问题(I)冲突发生或然率增加，且极易扩散，影响系统稳定性。由于室外接入型用户的较多，且冲突发生的或然率与接入用户数成正比，因此AP侧暴露节点的问题变得突出；而由于CSMA/CS的随机回退后续发送机制，多次发生会导致AP侧的冲突问题会进一步扩散，以致整个系统无法使用。(2)隐藏节点问题影响网络带宽分布的公平性和使用性能。由于客户端与AP距离的不同，会产生远处的客户端无法侦听到近处客户端的通讯以至产生干扰，或由于场强相去甚远导致远处客户端始终无法正常通讯的情况发生，从而产生隐藏节点问题的发生，影响带宽公平分布和使用。2)时间片轮转调度算法时间片轮转调度是一种最古老，最简单，最公平且使用最广的算法，特别适用于分时系统。时间片轮转算法的基本思想是将CPU的处理时间划分成一个个时间片，就绪队列中的诸进程按照所分配的时间片轮流使用CPU资源。当分配的时间片用完时，就强迫让出CPU，该进程就进入就绪队列，等待下一次调度。同时，进程调度又去选择就绪队列队列中的一个进程，分配给它一个时间片，以投入运行。采用此算法的系统进程就绪队列往往按照进程到达的时间来排序。进程调度程序总是选择就绪队列中第一个进程，也就是说按先来先服务原则，但进程占有处理后仅使用一个时间片。在使用完时间片后，即使进程还没有完成其运行，也须释放出(被抢占)处理机给另一个就绪的进程，该被抢占的进程返回到就绪队列的末尾重新排队，等候再次被调度运行。3)令牌调度算法802. 4令牌总线网令牌总线标准定义了一个广播总线网上令牌传递的方法，也就是只有拥有令牌的站才能发送数据帧。令牌是以基于节点物理地址进行逻辑传递的，从一个站点传到网上的下一个站点，从而避免冲突和保障带宽正常使用。在LAN环境中，这个标准的应用不如802. 5令牌环网标准流行。802. 5标准为令牌环局域网定义了访问协议、电缆布线以及接口，它采用了令牌传递访问方法，且在物理上是以星形拓扑结构布线的，但组成的却是一个逻辑环。节点通过电缆连至一个中心访问单元(集线器)，使用所谓多站接入单元的智能设备，实现星形的布线并将不同单元环接起来，中心访问单元能中继从一个站点到下一个站点的信号。为扩展网络，访问单元(集线器)也用电缆连接在一起，以此扩大逻辑环。事实上，目前令牌环网是一种LAN协议，基本适用于有线网络环境下。所有的站点都通过有线介质连接到一个环上，每个站点只能同物理位置相邻的站点传输数据。令牌环上传输的小数据(帧)叫做令牌，通过这些令牌授予站点传输权限。如果环上的某个站点获得令牌并且有数据传送，就意味着其它站点必须等待。也就是说，只有拥有令牌的站点才能与基站之间构成通信通路。令牌技术在有线介质网络中的使用已经证明了它在保障网络通信有序公平性上的重要作用。由于只有收到令牌帧的站点才能将信息帧送到总线上，所以令牌总线不易产生冲突；同时各站点接收到令牌的过程基本依照物理位置次序顺序进行的，于是所有站点 都获得了公平的访问权；由于每个站点发送帧的最大长度可以加以限制，因此每个站点传输之前必须等待的时间总量总是“确定”的。但是，在WLAN环境下利用空间作为传输介质，对令牌环网的组建和站点物理位置的确定在实际操作层面需要重新定位和组建。因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是如何能够提出一种有效的措施，已解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无线网络中基于时间片轮转结合令牌调度的处理方法，有效降低系统内冲突，消除系统内自干扰，增强无线网络在复杂网络环境下的健壮性，在提高带宽利用率的同时强调其公平分配，保证无线网络通信的可靠性和时效性。为了解决上述技术问题，本发明提供的无线网络中基于时间片轮转结合令牌调度的处理方法，包括动态的时间片数量设置，根据局域网络中客户端的增减而自动增减；多级优先权设置，根据局域网中不同客户端特性赋予不同的优先权；通过分发令牌集中控制客户端的调度。进一步地，所述优先权的设置具体为在AP中设置多个访问节点就绪队列(假设为n个队列)，并为各个队列赋予不同的优先级，第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低；AP探测关联客户端的信息，根据探测到的信息和定制的动态速率适配算法给客户端访问节点设置长度不同的优先权；·
根据该优先权及先来先服务的原则将客户端划分到相应优先权的就绪队列末尾
等待调度。进一步地,所述方法还包括如果有客户端退出关联，则依照先来先服务的原则重新调整对应优先级就绪队列。综上，本发明提供的无线网络中基于时间片轮转结合令牌调整的处理方法，创想站大区无线宽带接入系统引入时间片轮转调度算法对信道、客户端进行预约，将所有关联到AP的客户端划分到不同的timeslot中进行数据通讯，公平保障带宽分配，所有客户端设备只须侦听AP的轮询，在获得令牌时进行数据传输，有效降低系统冲突率，提高带宽利用率；同时，采用了 AP主动仲裁分配访问时间的方式，规避了客户端之间互相探测和回退，避免了系统内的自干扰，也消弭了暴露节点和隐藏节点这两个问题的发生；在真正意义上保障了室外大区域环境下无线网络通信的可靠性、系统接入的实时有序性和设备的吞吐量。
图I是本发明的具体实施方式
中所述的AP将关联客户端加入就绪队列的流程示意图；图2是本发明的具体实施方式
中所述的AP调度就绪队列并执行访问就绪节点过程的流程示意图；图3是本发明的具体实施方式
中所述的AP访问当前就绪客户端节点及发送数据过程的流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。创想大区无线网络接入系统采用时间片轮转和令牌调度相结合的算法对控制系统内个客户端(STA)对外的访问。其主要特征要以下几种一，动态的时间片(timeslot)数量设置，根据局域网络中客户端的增减而自动增减；二，多级优先权设置，根据局域网中不同客户端特性赋予不同的优先权；三，通过分发令牌集中控制客户端的调度。时间片轮转结合令牌调度算法的主要思想是一，利用时间片轮转的就绪队列管理方式，来给需要访问的客户端进行排队；二，结合特定的动态速率平衡算法给每个客户端设置优先权，并加入到相关就绪队列；三，侦测轮转调度中当前的客户端，并控制令牌分发和数据传送，提高访问的效率。参照图I所示AP将关联客户端加入就绪队列的流程示意图；其具体执行步骤如下首先，在AP中设置多个访问节点就绪队列(假设为n个队列)，并为各个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低。该算法赋予各个队列中客户端访问执行时间片的大小也各不相同。其中，所有未访问的客户端节点不能直接放置到第n队列。
其次，AP探测关联客户端的信息，根据探测到的信息和定制的动态速率适配算法给客户端访问节点设置长度不同的优先权。可参照图2所示为AP调度就绪队列并执行访问就绪节点过程的流程示意图；然后，根据该优先权及先来先服务的原则将客户端划分到相应优先权的就绪队列末尾等待调度。当访问第一个就绪队列首位的客户端后，调度程序便将该客户端节点转入第二队列的末尾，再同样地按FCFS原则等待调度执行。在第二队列访问完该客户端节点后，将其放到第三队列末尾继续等待访问，……，当所有客户端节点位于第n队列时，重新按照优先权将客户端放入就绪队列继续调度。如果有客户端退出关联，则依照先来先服务的原则重新调整对应优先级就绪队列。参见图3，为AP访问当前就绪客户端节点及发送数据过程的流程示意图。在对当前调度的客户端节点进行访问时，先发送广播帧进行轮询，如果该客户端应答且有数据发送则分发令牌，没有应答或应答但无数据发送则不发放令牌。当客户端拥有令牌时按照设定的时间片进行发送任务，数据发送完毕或时间片到期则回收令牌。没有令牌的客户端被送回到就绪队列末尾，AP则对当前的队列首位客户端进行轮询。在这个算法中，通过AP分发令牌这种中心集控的方式，可以有效避免传输数据的客户端之间的碰撞或冲突，方便节点变更；采用转发和集中应答机制，可以有效提高数据传输效率；采用动态时间片轮转，可以提高流量分发的公平；采用中心令牌管理与时间片结合，可以提高网络可靠性以及带宽的利用率。以上对本发明所提供的一种无线网络中基于时间片轮转结合令牌调度的处理方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种无线网络中基于时间片轮转结合令牌调度的处理方法，其特征在于，包括 动态的时间片数量设置，根据局域网络中客户端的增减而自动增减； 多级优先权设置，根据局域网中不同客户端特性赋予不同的优先权； 通过分发令牌集中控制客户端的调度。
2.根据权利要求I所述的处理方法，其特征在于，所述优先权的设置具体为在AP中设置多个访问节点就绪队列(假设为n个队列)，并为各个队列赋予不同的优先级，第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低； AP探测关联客户端的信息，根据探测到的信息和定制的动态速率适配算法给客户端访问节点设置长度不同的优先权； 根据该优先权及先来先服务的原则将客户端划分到相应优先权的就绪队列末尾等待调度。
3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述方法还包括 如果有客户端退出关联，则依照先来先服务的原则重新调整对应优先级就绪队列。
全文摘要
本发明提供了一种无线网络中基于时间片轮转结合令牌调度的处理方法，涉及无线通信技术领域，具体包括动态的时间片数量设置，根据局域网络中客户端的增减而自动增减；多级优先权设置，根据局域网中不同客户端特性赋予不同的优先权；通过分发令牌集中控制客户端的调度。本发明所要解决的技术问题是提供一种无线网络中基于时间片轮转结合令牌调度的处理方法，有效降低系统内冲突，消除系统内自干扰，增强无线网络在复杂网络环境下的健壮性，在提高带宽利用率的同时强调其公平分配，保证无线网络通信的可靠性和时效性。
文档编号H04W72/12GK102970762SQ20121034794
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年5月11日
发明者娄长剑 申请人:深圳市创想网络系统有限公司