专利名称：无线网状网络中协同分布式调度的方法
技术领域：
本发明涉及由宽带无线接入系统IEEE 802.16中网状(Mesh)模式所定义的 无线网状网络中的协同分布式调度问题，属于无线移动通信领域。
背景技术：
IEEE 802,16标准主要对支持多媒体业务的固定宽带无线接入系统的物理层 和媒体接入(MediaAccess,简称MAC)层进行定义。在MAC层中，标准规定了点 到多点和Mesh两种模式，其中点到多点模式依靠中央控制设备，而Mesh模式可 以不需要中央控制设备。在Mesh模式下，如图l所示，系统时间轴被组织为控制 子帧与数据子帧交错出现的帧结构，其中控制子帧用于传输各种控制消息，而数 据子帧用来传输数据消息。根据标准的规定，控制子帧是由16个传输机会 (Transmission Opportunity,简称T0)构成的，其中每个TO正好可以传输一条 控制消息。每个节点在传输自己的数据消息之前，必须首先在控制子帧中通过某 种调度机制竞争获得TO，然后在所获得的的TO上传输为在数据子帧中传输数据消 息预约资源的控制消息，从而可以实现在数据子帧中无竞争的数据消息传输。根 据标准的规定，节点可以通过中心式、协同分布式、以及无协同分布式三种调度 机制竞争获得控制子帧中的TO。本发明只涉及其中的协同分布式调度机制。在下 文中，为了方便描述协同分布式调度机制，如图2所示，我们将忽略时间轴上的 所有数据子帧，而只关注由控制子帧组成的TO轴。考虑系统中某个Mesh模式下的节点A,其协同分布式调度机制说明如下。如 图3所示，记某次竞争成功(即可以在其中发送控制消息)的TO的编号为力，则 在第A个TO开始时，节点A首先要执行预测过程，即设法计算其下一次竞争成功 的T0编号;^的取值，然后执行压缩过程，即把计算得到的/7^以某种压缩方式填 入准备在第A个T0中发送的控制消息中。压縮完毕后，节点A把准备好的控制消 息以广播的方式在第A个T0中发送出去。为了便于理解，下文将首先解释压缩过 程，然后解释预测过程。在压縮过程中，节点A要设法压縮/7a的值。根据标准的规定，节点々要把/^压縮为下一次传输参数/z^ (Next Transmission Mx)和传输沉默指数参数exA (Transmission Holdoff Exponent)使得满足<formula>formula see original document page 5</formula> 。在压縮之后，节点A要把得到的/z^和e义A填入准备在第a个TO中发送的控制消 息中。除了自己的这两个参数外，节点A还要把自己在单跳范围内的所有邻居节 点的这两个参数也填入控制消息中。这样，对于节点A来说，如果节点i是其在 两跳范围内的邻居节点，那么节点A可以掌握节点j'的与下一次发送时刻有关的 参数/^,和e义A的取值情况。现在回到预测过程，即节点A要设法计算/^。根据标准规定，如图3所示， 节点A在使用第a个T0完毕后，首先要在接下来的/4个T0内保持沉默，其中是传输沉默时间参数(Transmission Holdoff Time)。在沉默期结束后，节点A 将开始与其在两跳范围内的所有邻居节点以分布式的方式进行竞争以决定自己的 /%的取值。在一开始，节点A设置临时传输时间参数"(Temporary Transmission Time)为;^+私+l。对于给定的时刻"，节点A将首先计算每一个两跳邻居节点j' 的最早下一次传输时间参数(Earliest Subsequent Transmission Time)为 y^+"+l，其中/^的取值被隐含在参数历义,和e义A的取值中。根<formula>formula see original document page 5</formula>或者<formula>formula see original document page 5</formula>那么节点h就认为节点/也会试图获得第"个T0，即节点j'是自己的一个候选竞 争节点。再确定了所有的候选竞争节点后，节点A会在本地运行一种由标准规定 的随机选举函数以决定哪个节点可以获得第"个TO。如果该随机选举函数决定节 点A获得该T0，那么节点々会设置/%="并结束调度过程。反之，如果该随机选 举函数没有决定节点A获得该T0，那么节点A会设置z^=^fl并重复上述过程直 到被随机选举函数选中为止。发明内容技术问题IEEE 802. 16标准给出了 Mesh模式下协同分布式调度机制的框架， 但却没有给出具体的实现细节。例如，标准虽然明确规定了参数ezA、 ；/%和 的含义，但却没有规定应该如何设置这些参数的取值(即对制造厂家是开放的)。 针对该问题，本发明提供了一种具体的容易实现的与IEEE 802. 16标准相兼容的 无线网状网络协同分布式调度方法。技术方案在IEEE 802. 16无线网状网络运行过程中，假设节点A某次竞争 成功(即可以在其中发送控制消息)的T0的编号为A,则本发明的协同分布式调 度方法使用时分双工且控制子帧与数据子帧交错出现的帧结构，每个节点必须通 过协同分布式调度竞争获得控制子帧中的传输机会，然后在控制子帧中传输含有 传输沉默指数参数e义p的控制消息为在数据子帧中传输数据消息预约资源，从而 实现在数据子帧中的无竞争的数据消息的传输;考虑无线网状网络中的某个节点A 并假设其在运行过程中某次竞争成功(即可以在其中发送控制消息)的传输机会 的编号为A，则本发明的具体实现包括以下三个步骤-第一步节点々持续监听自己的所有两跳邻居节点J'的信息；第二步节点A在第A个TO中发送准备好的控制消息；第三步:节点A在第A个T0中预测自己下一次竞争成功的TO的编号恥的取值。在上述实现步骤中，第一步监听过程包括以下步骤1) 在第^个T0开始前，对于每一个两跳邻居节点厶节点A监听并记录节 点i最近一次发送控制信息的TO的编号为"2) 在第^个T0开始前，对于每一个两跳邻居节点厶节点A监听并记录节点i的包含在控制消息中的参数e^A的取值；3) 在第^个T0开始前，节点A监听并记录自己所有的两跳邻居节点的个数 M的取值。在上述实现步骤中，第二步发送过程包括以下步骤1) 在第A个TO开始前，节点A设置参数exA取值满足下列约束条件，4+1，其中i^是节点A的所有两跳邻居节点的个数；2) 在第A个TO开始前，节点A:把参数exA填入准备在第^个T0中发送的控制消息中，而把与参数/a^相对应的位置上填充全零；除了自己的Mp参数外， 节点A还要把自己所有单跳邻居节点的eAp参数也填入该控制消息中；3)在第a个T0中，节点A发送准备好的控制消息。在上述实现步骤中，第三步预测过程包括以下步骤1) 在第a个T0中，节点A设置临时传输时间<formula>formula see original document page 7</formula>其中，是节点A的沉默期长度；2) 在第^个T0中，对于每一个两跳邻居节点节点A设置节点i的最早下一次传输时间为<formula>formula see original document page 7</formula>，其中，是节点i的沉默期长度；3) 在第a个T0中，对于给定的时刻"，对于每一个两跳邻居节点j'，如果满足 或者& 2 % ，的条件，那么节点A就认为节点/是自己的一个候选竞争节点；4) 在第a个T0中，对于给定的时刻"，在确定了所有的两跳范围的候选竞 争节点后，节点A在本地运行由标准规定的随机选举函数；5) 在第a个T0中，对于给定的时刻"，如果随机选举函数的运行结果为节 点A获得该T0，那么节点A设置下一次竞争成功的TO的编号为y^p",然后准备 在/^再次发送一条新的控制消息；反之，如果随机选举函数的运行结果为节点A 没有获得该T0，那么节点A设置临时传输时间fFtxfl,然后返回本预测过程中 的第3)步继续执行。有益效果在分布式竞争的场景下，如果对于给定TO有两个或两个以上节点 同时认为自己可以使用该TO,那么这些节点在该TO上各自发送的控制消息就会因 为传输时间重叠而发生碰撞。对IEEE 802.16无线网状网络来说，如果参数e;fp、 /狄以及e义的取值设置不当，那么节点之间是有可能发生碰撞的。本发明的有益效 果在于可以保证节点之间不会发生碰撞，即对于某个给定的TO可以保证至多只有 一个节点决定自己可以使用该TO传输控制消息。除了避免发生碰撞外，本发明的 有益效果还在于实现简单。这主要体现在，在本发明所提出的协同分布式调度方 法中，不需要必须在执行完毕预测过程后然后才能执行发送过程，并且不再需要 使用参数/^，因此是比较容易实现的。
图1为IEEE 802. 16 Mesh模式下的帧结构示意图。 图2为仅考虑控制子帧而组成的TO轴示意图。图3为IEEE 802. 16 Mesh模式下协调分布式调度机制的工作原理示意图。
具体实施方式
如图3所示，考虑IEEE802. 16无线网状网络中的某一节点A，记某一次竞争 成功(即可以在其中发送控制消息)的T0的编号为"则节点A的协同分布式调 度机制的具体实施方式
可以分为下列三个步骤。第一步，节点々持续监听自己的所有两跳邻居节点J'在控制子帧中所发送的 控制消息，不断更新记录每个节点J'到记录时刻为止最近的一次发送控制信息的 T0的编号A，不断更新记录每个节点i的被包含在控制消息中的参数^A的取值， 并不断更新统计自己的所有两跳邻居节点的个数W4的取值。第二步，在第A个T0开始前，根据最新的统计结果，节点A设置自己的参数 ^A取值满足下列约束条件并把参数e义A填入准备在第A个T0中发送的控制消息中，除了自己的e;rp参数外, 节点A还要把自己所有单跳邻居节点的e^)参数也填入该控制消息中，然后在第 A个T0中发送准备好的控制消息；第三步，在第A个T0中，节点A首先设置临时传输时间的初始取值为设置每一个两跳邻居节点/的最早下一次传输时间为eW2.2邵'+4+2，对于给定的时刻"，对于每一个两跳邻居节点厶如果x, +严4 2邻,"+ 2邵,，或者那么节点A就认为节点/是自己的一个候选竞争节点，在确定了所有的两跳范围 的候选竞争节点后，节点A在本地运行由标准规定的随机选举函数，如果随机选举函数确定节点A获胜，那么节点A设置下一次竞争成功的T0的编号为77^="，反之，则递增临时传输时间为tf^fl，然后对新的"重复上述确定候选竞争节 点以及随机选举的过程，直到节点A获胜为止。
权利要求
1.一种无线网状网络协同分布式调度方法，其特征在于使用时分双工且控制子帧与数据子帧交错出现的帧结构，每个节点必须通过协同分布式调度竞争获得控制子帧中的传输机会，然后在控制子帧中传输含有传输沉默指数参数exp的控制消息为在数据子帧中传输数据消息预约资源，从而实现在数据子帧中的无竞争的数据消息的传输；考虑无线网状网络中的某个节点k并假设其在运行过程中某次竞争成功的传输机会的编号为xk，则本发明的具体实现包括以下三个步骤第一步节点k持续监听自己的所有两跳邻居节点i的信息；第二步节点k在第xk个传输机会中发送准备好的控制消息；第三步节点k在第xk个传输机会中预测自己下一次竞争成功的传输机会的编号nxk的取值。
2. 如权利要求1所述的无线网状网络中的协同分布式调度方法，其特征在于， 其实现步骤中的第一步监听过程中包括以下步骤1) 在第A个传输机会开始前，对于每一个两跳邻居节点/，节点A监听并记 录节点i最近一次发送控制信息所在的传输机会的编号为A;2) 在第A个传输机会开始前，对于每一个两跳邻居节点厶节点^监听并记 录节点/的包含在控制消息中的传输沉默指数参数e,A的取值；3) 在第A个传输机会开始前，节点A监听并记录自己所有的两跳邻居节点的 个数i^的取值。
3. 如权利要求1所述的无线网状网络中的协同分布式调度方法，其特征在于, 其实现步骤中的第二步发送过程中包括以下步骤1) 在第A个传输机会开始前，节点A设置自己的传输沉默指数参数e义A的取 值满足下列约束条件其中M是节点A的所有两跳邻居节点的个数；2) 在第A个传输机会开始前，节点A把参数^A填入准备在第A个传输机 会中发送的控制消息中；除了自己的e义p参数外，节点A还要把自己所有单跳邻 居节点的e^ 参数也填入该控制消息中；3) 在第A个传输机会中，节点A发送准备好的控制消息。
4.如权利要求1所述的无线网状网络中的协同分布式调度方法，其特征在于， 其实现步骤中的第三步预测过程中包括以下步骤 1) 在第A个传输机会中，节点A"设置临时传输时间<formula>formula see original document page 0</formula> ，其中，是节点A的沉默期长度； 2) 在第A个传输机会中，对于每一个两跳邻居节点J'，节点A设置节点J'的 最早下一次传输时间<formula>formula see original document page 0</formula>，其中，<formula>formula see original document page 0</formula>是节点i的沉默期长度； 3) 在第A个传输机会中，对于给定的时刻"，对于每一个两跳邻居节点/， 如果满足<formula>formula see original document page 0</formula>，或者的条件，那么节点A就认为节点i是自己的一个候选竞争节点； 4) 在第A个传输机会中，对于给定的时刻"，在确定了所有的两跳范围内 的候选竞争节点后，节点A在本地运行标准随机选举函数； 5) 在第A个传输机会中，对于给定的时刻"，如果标准随机选举函数的运 行结果为节点A获得该传输机会，那么节点A"设置下一次竞争成功的传输机会的 编号为/7义尸"，然后准备在/ A再次发送一条新的控制消息；反之，如果随机选举 函数的运行结果为节点A没有获得该传输机会，那么节点A设置临时传输时间^="+1，然后返回本预测过程中的第3)步继续执行。
全文摘要
无线网状网络协同分布式调度方法涉及一种在由IEEE 802.16网状(Mesh)模式所定义的无线网状网络中的协同分布式调度的方法。在该同分布式调度方法的运行过程中，每个节点持续监听自己的所有两跳邻居节点的信息，设置自己的传输沉默指数参数，在当前允许发送控制消息的传输机会中发送自己的控制消息，设置自己在两跳范围内的相邻节点的最早下一次传输时间参数，然后预测自己的下一次允许发送控制消息的传输机会的编号。本发明可以保证节点之间不会发生碰撞，并且是实现简单的。
文档编号H04L12/56GK101242364SQ200810018728
公开日2008年8月13日 申请日期2008年1月22日 优先权日2008年1月22日
发明者丁铉奎, 尤肖虎, 源 张, 河定洛, 潘志文, 郑炳章 申请人:东南大学;韩国电子通信研究院