一种适用于集中式TDMA网络的多优先级时隙分配方法与流程

本发明涉及集中式tdma网络时隙调度技术领域，特别是指一种适用于集中式tdma网络的多优先级时隙分配方法。

背景技术：

目前，需方对tdma网络提出了更苛刻的要求，在网络总带宽受限条件下，需要智能化调节各个业务间的传输带宽，使得各业务间保持传输的公平性和紧急性。公平性是指多业务并发时，每个业务均应得到发送机会而不被其他业务完全堵塞；紧急性是指当发生某紧急业务或某业务突然流量增大时，理应得到带宽资源的倾斜。

西安电子科技大学王春侠比较了几种典型网络调度算法（参考文献“tdma系统中的时隙分配策略研究”，王春侠，西安电子科技大学），指出主流的轮询算法，可以一定程度上保证多业务的公平性，但并未过多考虑不同用户间信道的具体情况，会造成系统吞吐量降低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种适用于集中式tdma网络的多优先级时隙分配方法，其能够在保证各业务间传输公平性的基础上，满足其紧急性，使得带宽资源得到最优动态配比，提高系统吞吐量。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种适用于集中式tdma网络的多优先级时隙分配方法，其将历元划分为用于传输控制信令的控制时隙和用于传输数据信令的数据时隙，所述控制时隙的个数为2n-2，所述数据时隙的个数为m，n为全网节点个数，数据时隙的个数至少满足一轮调度；本方法包括以下步骤：

（1）在业务发起端根据业务的紧急性将业务分为紧急业务和非紧急业务两类，并为业务划分优先级，紧急业务被划分为最高和次高两个优先级，非紧急业务被划分为多个优先级，紧急业务的优先级高于非紧急业务的优先级；

（2）簇头根据优先级为业务分配时隙；其中，簇头中存在三个队列，第一队列用于收集一个历元内全网中存在的最高优先级业务，第二队列用于收集一个历元内全网中存在的次高优先级业务，第三队列用于收集一个历元内全网中存在的非紧急业务并按优先级由高到低排列；

（3）执行时隙分配算法，具体如下：

（301）若三个队列均为空，则执行固定分配方式；即，将m个数据时隙按照在网节点顺序依次分配，以每个在网节点各分一个时隙为一轮，循环多轮直到将m个数据时隙分完，记录截止位置；下一历元若仍是执行固定分配方式，则在截止位置处开始分配，循环多轮直到将m个数据时隙分完；

（302）若第一队列不为空，则执行独占分配方式；即，根据路由算法寻找第一队列中业务流的最佳路径，并根据路径上节点占用情况形成第一分配队列，第一分配队列中的元素根据最佳路径中的业务顺序排列，以第一分配队列中各元素顺序各分一个时隙为一轮，循环多轮直到将m个数据时隙分完，并记录截止位置；下一历元若仍是执行独占分配方式，则在截止位置处开始分配一轮，再按照新的第一分配队列的元素顺序循环多轮直到将m个数据时隙分完；

（303）若第一队列为空而第二队列不为空，则执行紧急通道方式；即，根据路由算法寻找第二队列中业务流的最佳路径，并根据路径上节点占用情况形成第二分配队列，第二分配队列中的元素根据最佳路径中的业务顺序排列，为第二分配队列中各元素按顺序各分一个时隙；然后，若第三队列不为空，则将剩余数据时隙按照（304）中的动态分配方式进行分配；若第三队列为空，则将剩余数据时隙按照（301）中的固定分配方式进行分配；

（304）若第一、第二队列均为空而第三队列不为空，则执行动态分配方式；即，根据路由算法寻找第三队列中业务流的最佳路径，并根据路径上节点占用情况形成第三分配队列，第三分配队列中的元素根据最佳路径中的业务顺序排列，以第三分配队列中各元素顺序各分一个时隙为一轮，循环多轮直到将m个数据时隙分完，记录截止位置；下一历元若仍是执行动态分配方式，则在截止位置处开始分配一轮，再按照新的第三分配队列的元素顺序循环多轮直到将m个数据时隙分完。

具体的，所述步骤（1）的具体方式为：

（101）以强插方式指定最高优先级业务，且同一时间最多有一个最高优先级业务；

（102）根据全网总带宽设定依次递减的多个阈值，当业务流量大于最大的阈值时，将该业务作为紧急业务并划为次高优先级；

（103）当业务流量小于最大的阈值时，将该业务作为非紧急业务，并根据业务流量所在的阈值区间，为该业务划分相应的优先级。

具体的，所述多个阈值中，最大的阈值为全网总带宽的2/3，次大的阈值为全网总带宽的1/2，后续阈值线性递减。

从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：

1、本发明能够解决多业务流同时存在时对带宽资源的分配合理性要求高的问题。它充分利用集中式tdma网络的管理优势，对多业务流区分若干个优先级，可以实现多业务流同时存在时对全网带宽资源的合理分配。应用本方法可以实现集中式tdma网络时隙的合理分配，减小业务传输时延，优化多业务带宽资源调度。

2、本发明利用网络管理层中的簇头进行资源调度，能够根据全网业务流优先级等级分配时隙资源，合理调控对每个业务流时隙资源的配比，实现全网带宽资源的合理分配。

3、本发明将时隙分配与路由相结合，按实际传输路径分配时隙。这种方式既考虑了业务的紧急程度及业务量大小，同时结合路由，能够使带宽资源得到最优动态配比，提高系统吞吐量。

总之，本发明方法对业务流区分了优先级，并结合路由进行时隙分配，从而能够在保证各业务间传输公平性的基础上，满足其紧急性，使得带宽资源得到最优动态配比，提高系统吞吐量，特别适用于多业务并发且对传输带宽配比要求高的情况。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。

图1是本发明实施例中历元帧的帧结构示意图；

图2是本发明实施例中簇头分配时隙的流程图；

图3是本发明实施例中结合路由的时隙分配算法的流程图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

一种适用于集中式tdma网络的多优先级时隙分配方法，其将历元划分为用于传输控制信令的控制时隙和用于传输数据信令的数据时隙，所述控制时隙的个数为2n-2，所述数据时隙的个数为m，n为全网节点个数，数据时隙的个数至少满足一轮调度；本方法包括以下步骤：

（1）在业务发起端根据业务的紧急性将业务分为紧急业务和非紧急业务两类，并为业务划分优先级，紧急业务被划分为最高和次高两个优先级，非紧急业务被划分为多个优先级，紧急业务的优先级高于非紧急业务的优先级；

（2）簇头根据优先级为业务分配时隙；其中，簇头中存在三个队列，第一队列用于收集一个历元内全网中存在的最高优先级业务，第二队列用于收集一个历元内全网中存在的次高优先级业务，第三队列用于收集一个历元内全网中存在的非紧急业务并按优先级由高到低排列；

（3）执行时隙分配算法，具体如下：

（301）若三个队列均为空，则执行固定分配方式；即，将m个数据时隙按照在网节点顺序依次分配，以每个在网节点各分一个时隙为一轮，循环多轮直到将m个数据时隙分完，记录截止位置；下一历元若仍是执行固定分配方式，则在截止位置处开始分配，循环多轮直到将m个数据时隙分完；

（302）若第一队列不为空，则执行独占分配方式；即，根据路由算法寻找第一队列中业务流的最佳路径，并根据路径上节点占用情况形成第一分配队列，第一分配队列中的元素根据最佳路径中的业务顺序排列，以第一分配队列中各元素顺序各分一个时隙为一轮，循环多轮直到将m个数据时隙分完，并记录截止位置；下一历元若仍是执行独占分配方式，则在截止位置处开始分配一轮，再按照新的第一分配队列的元素顺序循环多轮直到将m个数据时隙分完；

（303）若第一队列为空而第二队列不为空，则执行紧急通道方式；即，根据路由算法寻找第二队列中业务流的最佳路径，并根据路径上节点占用情况形成第二分配队列，第二分配队列中的元素根据最佳路径中的业务顺序排列，为第二分配队列中各元素按顺序各分一个时隙；然后，若第三队列不为空，则将剩余数据时隙按照（304）中的动态分配方式进行分配；若第三队列为空，则将剩余数据时隙按照（301）中的固定分配方式进行分配；

（304）若第一、第二队列均为空而第三队列不为空，则执行动态分配方式；即，根据路由算法寻找第三队列中业务流的最佳路径，并根据路径上节点占用情况形成第三分配队列，第三分配队列中的元素根据最佳路径中的业务顺序排列，以第三分配队列中各元素顺序各分一个时隙为一轮，循环多轮直到将m个数据时隙分完，记录截止位置；下一历元若仍是执行动态分配方式，则在截止位置处开始分配一轮，再按照新的第三分配队列的元素顺序循环多轮直到将m个数据时隙分完。

以下为一个更具体的例子：

一种适用于集中式tdma网络的多优先级时隙分配方法，其对一个历元帧结构的划分如图1所示，图中，历元被划分为两部分：用于传输控制信令的控制时隙和用于传输数据信令的数据时隙。

假设全网节点个数为，则控制时隙个数为，分别包含上、下行两部分，保证集中式网络必要参数的收集和下发。簇头对业务流优先级信息的收集和对时隙分配结果信息的下发均是通过控制时隙实现的。假设数据时隙个数为，应当足够大，从而保证数据时隙个数至少满足一轮调度。

业务优先级划分在业务发起端给出，并通过控制时隙将结果传给簇头。具体方式为：

首先，根据业务的紧急性，将业务流划分两类：紧急业务和非紧急业务。紧急业务优先于非紧急业务占用时隙，当业务量大时可阻塞非紧急业务的传输。非紧急业务在保证公平性的基础上，将带宽资源向优先级高的非紧急业务倾斜。优先级划分规则如下：

1)紧急业务划分两个优先级。其中，第1优先级为用户指定，具有强插性，即规定某业务为第1优先级，则将全部资源分配给该业务并将其他业务中断，此优先级队列同一时间只具有一个业务，多于一个时不响应后面的。

第2优先级是通过阈值来判断的，不具有强插性，一般用于突然大流量紧急任务，故一般取接近或大于全网总带宽。本例中选取阈值为全网总带宽的2/3。

第1优先级的优先级最高，此优先级队列若不为空，则队列中的紧急业务独占全网带宽；第2优先级的优先级次之，此优先级队列若不为空且若不为空，则中紧急业务优先分配时隙。

2)非紧急业务划分个优先级，对应优先级队列表示为到。非紧急业务的优先级可通过阈值以及权值pi来划分，pi属于(0,1)区间，i=1,2…r-1，pi依次递减。即，业务流量大于的为非紧急业务中的第1优先级，业务流量小于且大于p1的为非紧急业务中的第2优先级，业务流量小于p1且大于p2的为非紧急业务中的第3优先级，以此类推。本例中值可取为全网总带宽1/2。

本方法中，簇头根据优先级对业务流分配时隙，其流程如图2所示，图2中的算法1即为图3所示的算法。

在簇头存在三个队列、和，其中中收集一个历元内全网中存在的第1优先级业务，中收集一个历元内全网中存在的第2优先级业务。在实际情况中，同一历元、队列总元素个数一般不会超过1个。中收集一个历元内全网中存在的非紧急业务并按优先级由高到低排列。例如，网络中用户3向用户1发起第1优先级业务申请，同时用户2分别向用户3发起第4优先级业务申请，和向用户1,4发起第3优先级业务申请，则簇头收集全网信息后，队列，，。

本方法中，结合路由的时隙分配算法如图3所示。其具体过程如下：

1)若、及均为空，则执行固定分配方式。将个数据时隙按照在网节点顺序依次分配，每个在网节点分一个时隙为一轮，循环多轮直到将个数据时隙分完，并记录截止位置。下一历元若仍是执行固定分配方式，则在截止位置开始分配，循环多轮直到将个数据时隙分完。

2)若不为空，则执行独占分配方式。首先，根据路由算法寻找业务流最佳路径，并将路径上节点占用情况形成队列，其中代表业务顺序标号，当中只存在一个业务时，以顺序各分一个时隙为一轮，循环多轮直到将个数据时隙分完，并记录截止位置。下一历元若仍是执行独占分配方式，则在截止位置开始分配一轮，再按照新的顺序循环多轮直到将个数据时隙分完。

3)若为空，不为空，则执行紧急通道方式。首先，根据路由算法寻找中业务流最佳路径，并将路径上节点占用情况形成队列，其中代表业务顺序标号，当中只存在一个业务时，以顺序各分一个时隙，此部分相当于开启一条紧急业务传输通道，只有中紧急业务结束释放申请后，通道也相应进行释放。在此基础上，若不为空，剩余数据时隙按照4)中动态分配方式分配；若为空，则剩余数据时隙按照1)中固定分配方式分配。

4)若、为空，不为空，则执行动态分配方式。首先，根据路由算法寻找中业务流最佳路径，并将路径上节点占用情况形成队列，其中代表业务顺序标号，以顺序各分一个时隙为一轮，循环多轮直到将个数据时隙分完，并记录截止位置。下一历元若仍是执行动态分配方式，则在截止位置开始分配一轮，再按照新的顺序循环多轮直到将个数据时隙分完。

本发明方法对业务流区分了优先级，并结合路由进行时隙分配，从而能够在保证各业务间传输公平性的基础上，满足其紧急性，使得带宽资源得到最优动态配比，提高系统吞吐量，特别适用于多业务并发且对传输带宽配比要求高的情况。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。

出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。

总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。