无线自组织网络的业务调度方法与流程

本发明涉及一种调度方法，尤其是一种无线自组织网络的业务调度方法，属于无线通信网络的
技术领域：
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背景技术：
：无线自组织网络有两个明显特征：信道出错率高和稀有的带宽资源，要保证无线自组织网络的QoS(QualityOfService)指标，业务调度是一个非常重要的问题。需要针对这两个问题，设计出既能保证系统吞吐量又可以保证公平性的调度算法。目前，在点到多点领域主要存在三类调度算法：轮询RR(RoundRobin)、最大载干比调度算法MaxC/I(MaximumCarriertoInterference)、比例公平算法PF(ProportionalFairness)。RR保证系统中所有用户具有相同机会来获得系统资源，该算法没有考虑用户信道状况，用户进行数据传输时的可靠性不高，获得的系统吞吐量也不高。最大载干比调度算法MaxC/I在每个调度时隙中，总是选择无线信道条件好最好的用户进行调度，能够很好地适应无线信道的时变性，却不能保证用户间的公平性。比例公平算法PF取得系统吞吐量和公平性两个指标的折中，充分利用信道的时频特性尽可能调度信道状况较好的用户，并且尽可能调度到每一个用户，此方法并未考虑用户等待时间，不能保证系统时延。在无线自组织网领域，由于各节点地位对等，因此采用分布式调度，各点争抢资源是一种很自然的想法，但分布式调度较难保证各点业务的QoS，另外由于要与周边邻居节点进行协商，因此调度时延也相对较长。而集中式调度又存在节点信息传递开销较大，往返传输时延较长的问题，因此在实际应用中也较少采用。技术实现要素：本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种无线自组织网络的业务调度方法，其可以在降低无线自组织网络调度时延的基础上提升QoS的保障能力，最终提升整网的服务质量。按照本发明提供的技术方案，所述无线自组织网络的业务调度方法，对组成无线自组织网络的若干节点，每个节点的通信频率同步，且每个节点的空口无线帧边界同步，无线自组织网络采用时分方式步，将时域资源划分为连续的时帧，每个时帧包括控制时帧以及数据时帧，控制时帧和数据时帧在时间上间隔出现，且每个节点均采用相同的时帧样式；在无线自组织网络的所有节点中，确定调度中心节点；在有业务需要发送时，无线自组织网络中除调度中心节点的其余节点作为请求节点，请求节点在属于所述请求节点的控制时隙上将调度请求信息上报给调度中心节点，当调度中心节点也有业务需要发送时，调度中心节点保存所述调度中心节点自身的调度请求信息；调度中心节点收集各请求节点上报的调度请求信息，并根据所收集的调度请求信息确定各请求节点的业务优先级，并对确定请求节点的业务优先级进行排序，以得到调度业务优先级队列；调度中心节点根据调度业务优先级队列来分配空口带宽资源，调度中心节点将调度结果发送回至各请求节点，所述请求节点接收并保存调度结果；请求节点确定自身的待发链路以及业务的业务优先级，并对确定的业务优先级进行排序，以形成本地业务优先级队列；请求结果保存调度结果中的数据时隙资源按照本地业务优先级队列一一分配给对应的业务。在无线自组织网络的所有节点中，确定调度中心节点的过程包括如下步骤：步骤s1、在无线自组织网络的所有节点中，指定一个节点作为主节点，并由主节点维护无线自组织网络的网络拓扑；步骤s2、所述无线自组织网络中除主节点外的其余节点周期性地向主节点上报节点信息，所述上报的节点信息包括节点标识、一跳邻居节点标识以及两跳邻居节点标识；步骤s3、主节点根据收集各节点的节点信息，确定每个节点到其他所有节点的距离之和Disti，以及所有距离之和Disti中的最小距离之和Disti，主节点将最小距离之和Disti对应的节点确定为调度中心节点；步骤s4、主节点在确定调度中心节点后，将调度中心节点的节点信息发送至每个节点，以使得调度中心节点能接收请求节点上报的调度请求信息。在请求节点上报的调度请求信息中，若请求节点的业务优先级由所述请求节点自己计算时，则调度请求信息包括待调度业务优先级、待调度业务所属的链路、待调度链路的信道质量信息、待调度业务发送需求以及待调度业务的调度约束；若请求节点的业务优先级由调度中心节点计算时，则调度请求信息包括待调度节点拥塞程度、待调度链路的信道质量、待调度业务的首包时延、待调度业务需求、待调度业务的已调度速率、待调度业务的调度桶大小以及实际水量。所述业务优先级的计算方法为：SchPri＝eff/r(t)×DgBlock×Delay×VolumRemin/Volum其中，SchPri为业务优先级，eff为待调度链路的信道质量信息，r(t)为待调度业务的已调度速率，DgBlock为待调度节点拥塞程度，Delay为待调度业务的首包时延，VolumRemin为实际水量，Volum为待调度业务的调度桶大小；调度中心节点在确定各请求节点的业务优先级后，将所述业务优先级由高到低进行排列，以得到调度业务优先级队列。所述调度中心节点发送的调度结果包括请求节点的节点标识、分配的数据时隙位置/长度信息。当所有业务均调度完成后，或所有可用的时隙资源都分配完成后，请求节点按照调度链路，重整每条链路的时隙资源。本发明的优点：通过指定的主节点收集网络拓扑信息，选择/更新调度中心节点；调度中心节点通过收集请求节点当前的信息完成对各请求节点空口资源的中速调度；各请求节点本地的调度器，基于获取到的空口资源，进行快速的本地业务调度，以此在降低无线自组织网络调度时延的基础上提升QoS的保障能力，最终提升整网的服务质量。附图说明图1为本发明的节点拓扑示意图。图2为本发明业务调度示意图。图3为本发明业务调度过程示意图。图4为本发明业务调度流程图。图5为本发明资源分配示意图。具体实施方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。为了能在降低无线自组织网络调度时延的基础上提升QoS的保障能力，最终提升整网的服务质量，本发明的无线自组织网络的业务调度方法，具体包括：对组成无线自组织网络的若干节点，每个节点的通信频率同步，且每个节点的空口无线帧边界同步，无线自组织网络采用时分方式步，将时域资源划分为连续的时帧，每个时帧包括控制时帧以及数据时帧，控制时帧和数据时帧在时间上间隔出现，且每个节点均采用相同的时帧样式；在无线自组织网络的所有节点中，确定调度中心节点；在有业务需要发送时，无线自组织网络中除调度中心节点的其余节点作为请求节点，请求节点在属于所述请求节点的控制时隙上将调度请求信息上报给调度中心节点，当调度中心节点也有业务需要发送时，调度中心节点保存所述调度中心节点自身的调度请求信息；调度中心节点收集各请求节点上报的调度请求信息，并根据所收集的调度请求信息确定各请求节点的业务优先级，并对确定请求节点的业务优先级进行排序，以得到调度业务优先级队列；调度中心节点根据调度业务优先级队列来分配空口带宽资源，调度中心节点将调度结果发送回至各请求节点，所述请求节点接收并保存调度结果；请求节点确定自身的待发链路以及业务的业务优先级，并对确定的业务优先级进行排序，以形成本地业务优先级队列；请求结果保存调度结果中的数据时隙资源按照本地业务优先级队列一一分配给对应的业务。具体地，无线自组织网络中所有节点的通信频率同步，每个节点的空口无线帧边界同步，即不同节点的起始无线帧边界存在设定的联系，绝对偏差在预设范围内，比如空口时延的2倍。本发明实施例中，调度的资源为空口的时域资源，最小的调度粒度为一个时隙，多个时隙可以组成一个时帧，时帧基于用途可以分为控制时帧和数据时帧，控制时帧和数据时帧在时间上间隔出现，所有节点都采用相同的数据时隙样式。进一步地，在无线自组织网络的所有节点中，确定调度中心节点的过程包括如下步骤：步骤s1、在无线自组织网络的所有节点中，指定一个节点作为主节点，并由主节点维护无线自组织网络的网络拓扑；步骤s2、所述无线自组织网络中除主节点外的其余节点周期性地向主节点上报节点信息，所述上报的节点信息包括节点标识、一跳邻居节点标识以及两跳邻居节点标识；步骤s3、主节点根据收集各节点的节点信息，确定每个节点到其他所有节点的距离之和Disti，以及所有距离之和Disti中的最小距离之和Disti，主节点将最小距离之和Disti对应的节点确定为调度中心节点；步骤s4、主节点在确定调度中心节点后，将调度中心节点的节点信息发送至每个节点，以使得调度中心节点能接收请求节点上报的调度请求信息。本发明实施例中，调度中心节点的功能是进行调度，为无线自组织网络中的其余节点提供资源。为降低各节点到调度中心节点的调度相关控制信令传输开销，以及降低各节点到调度中心节点的传输时延，调度中心的选择需要综合考虑各节点的直接邻居节点数，以及整网拓扑。指定作为主节点的节点可以为全网最先入网的节点或者全网物理地址最小的节点，也可为其他方式，比如网管配置，各系统可自行确认。通过确定每个节点到其他所有节点的距离之和Disti，能够得到所有节点的距离之和Disti；当存在多个节点的距离之和Disit相同且均最小时，可以任选其中一个节点作为调度中心节点。在进行资源调度时，调度中心节点也可以基于不同的需求设置不同的选择方案，比如：全网中一跳邻居数最多的节点，但此方案空口开销及整网调度时延要大一些。调度中心节点选择成功后，可以升级成为新的主节点，也可以维持原有主节点不变，在请求节点上报的调度请求信息中，若请求节点的业务优先级由所述请求节点自己计算时，则调度请求信息包括待调度业务优先级、待调度业务所属的链路、待调度链路的信道质量信息、待调度业务发送需求以及待调度业务的调度约束；若请求节点的业务优先级由调度中心节点计算时，则调度请求信息包括待调度节点拥塞程度、待调度链路的信道质量、待调度业务的首包时延、待调度业务需求、待调度业务的已调度速率、待调度业务的调度桶大小以及实际水量。本发明实施例中，调度桶的容量值表征了一类业务每次调度的最大容量，其具体值根据具体业务设定，记为Volum，每一类业务维护一个调度桶。请求节点通过调度桶注水来维护一段时间内某类业务的速率，即维护调度桶水量。若注后水量(注入水量+桶中原有水量)小于此调度桶大小，则实际水量即注后水量；若注后水量大于或等于此调度桶大小，则实际水量即调度桶大小。用实际水量来代表此业务的平均速率，记为VolumRemin。当控制时隙未到，而节点当前有数据时隙可用时，为加快调度速度，调度请求也可以随数据一起发送。所述业务优先级的计算方法为：SchPri＝eff/r(t)×DgBlock×Delay×VolumRemin/Volum其中，SchPri为业务优先级，eff为待调度链路的信道质量信息，r(t)为待调度业务的已调度速率，DgBlock为待调度节点拥塞程度，Delay为待调度业务的首包时延，VolumRemin为实际水量，Volum为待调度业务的调度桶大小；调度中心节点在确定各请求节点的业务优先级后，将所述业务优先级由高到低进行排列，以得到调度业务优先级队列。本发明实施例中，根据优先级由高到低的次序依次从调度业务优先级队列中取出业务，分配空口资源。具体分配的资源数量由待调度业务的调度桶实际水量、待调度链路的空口质量以及待调度节点的可用数据时隙资源共同决定。调度完成后，调度中心节点对每个已调度请求节点的所有已分配资源进行求和，即将一个请求节点所有已分配的业务资源进行整合分配，以此来减少时域资源在节点间的切换次数，最终提升空口效率。当调度完成后，如果还有有效数据时隙未分配，则将这些时隙资源均分给各节点，以保证业务的实时性。所述调度中心节点发送的调度结果包括请求节点的节点标识、分配的数据时隙位置/长度信息。本发明实施例中，请求节点在保存调度结果后，待本地调度时间到达后启动本地资源调度。在本地资源调度时，具体过程为：请求节点对自己的待发链路及业务进行优先级计算并排序，此优先级计算采用上述调度中心节点相同的优先级计算方式进行。并在排序后得到本地业务优先级队列。请求节点将调度结果中获得的数据时隙资源按照本地优先级队列从高到低的次序一一分配给各个业务，具体分配的资源数需要考虑待调度链路的质量及待调度业务的待发数据量。当所有业务都调度完成后，或所有可用时隙资源都分配完成后，请求节点按照待调度链路，重整每条链路的时隙资源，以降低空口开销，最终节点按照每条链路在空口的对应时隙资源上传输业务。本地业务资源调度完成后，需要更新调度桶水量，针对每一种业务，其实际水量更新为原实际水量减去调度出去的部分。如图1～图5所示，结合具体实施例对本发明进行详细说明。图1为一个无线自组织网络节点拓扑示例，其中闪电标识代表节点发送信息可以到达的距离。以此图为代表介绍本发明的业务调度过程，本发明的业务调度机制并不局限于此拓扑结构。图2为业务调度的示意图，上半部分展示出图一拓扑里的八个节点(Node0～7)，每个节点有不同种业务(用CID表示)需要向其他节点发送，每两个相距一跳的节点构成一条链路(用Link表示)，此图不代表每个节点都有这五种业务需要发送，这些业务即调度对象；下半部分展示系统拥有的数据时隙资源，此系统资源是非常有限的，需要将其合理的分配给节点，乃至节点的某一种业务，保证各业务流的服务质量以及公平性。表一展示了调度的业务信息分类，本发明实施例中，按照业务类型不同将业务分为五类，不同系统可以按照自己的业务进行种类的划分，此例所划分的五类业务分别是：控制类消息、语音、时频、业务广播和尽力而为数据，其优先级依次降低，为每一种业务维护一个调度桶。例如控制类消息，此例为其维护的调度桶大小是10KB，此大小可以改变，具体如下表所示。表1CID业务种类调度桶大小3控制类消息10KB4话音信息400KB5视频业务500KB6业务广播4MB7尽力而为数据5MB以图1的拓扑结构为例来介绍业务调度过程，具体为：第一步是选择调度中心节点。首先指定主节点，由于节点0物理地址最小，指定为主节点；到达节点上报节点信息时，各节点向主节点上报节点信息(包括节点标识、一跳和两跳邻居标识)；上报结束，主节点选择调度中心节点，选择规则是到其他节点距离之和最小，即和所有节点的跳数之和最小。以图1的拓扑为例，节点0和节点1之间跳数为1，和节点2之间跳数为2，和节点3之间跳数为2，和节点4之间跳数为2，和节点5之间跳数为1，和节点6之间跳数为1，和节点7之间跳数为2，节点0和所有节点跳数总和为11；节点1和所有节点跳数总和为11；节点2和所有节点跳数总和为11；节点3和所有节点跳数总和为11；节点4和所有节点跳数总和为13；节点5和所有节点跳数总和为8；节点6和所有节点跳数总和为13；节点7和所有节点跳数总和为14。所以节点5成为调度中心节点；节点0以广播的方式将此结果告诉各节点。其次是集中式节点调度过程，此例中节点2要向节点3发送控制类业务信息，要向节点5发送业务，还有节点1要向节点0和节点7发送信息等其他需求。各个待发送节点需要向调度中心节点5来申请资源，根据业务优先级计算的位置不同，分为两种实现方法，由请求节点自己计算优先级和由调度中心节点计算优先级，在此分别介绍。具体过程如图3所示，包括以下步骤：a)、调度优先级由请求节点自己计算：1)、请求节点(节点2、1、3、4等)在自己的控制时隙向节点5发送调度请求，调度请求携带如下信息：待调度业务优先级、待调度链路的信道质量信息(eff)、待调度业务发送需求(Demand)、调度桶实际水量(VolumRemin)。待调度业务优先级针对每一种业务通过以下公式计算：SchPri＝eff/r(t)×DgBlock×Delay×VolumRemin/Volum其中，待调度节点拥塞程度(DgBlock)可通过过去一段时间内节点占用信道的比例来计算；待调度业务的已调度速率(r(t))即上一次调度时段内该业务分得的时隙资源去掉物理层开销和MAC层开销后的净数据速率；待调度链路的信道质量(eff)可根据物理层传输模式和天线模式来共同确定；每一种业务包到达MAC层，均将其和其到达时间保存下来，Delay即当前时间减去该业务类型中最早到达包的到达时间；Demand即该业务类型待调度业务包大小；Volum由各节点按照业务表为每种业务维护；根据调度请求消息中的业务量大小Demand向每个业务的调度桶注水，注入后的水量不能超过桶的最大容量。注水后桶中的实际水量为：VolumRemin＝Min((VolumRemin+Demand),Volum)，请求节点针对每种业务将其优先级结果保存下来。2)、调度中心节点5收到请求节点的请求消息，根据各节点调度请求中的待调度业务优先级，对所有业务进行优先级排序，得到调度业务优先级队列。3)、对已经排序完成的业务，从优先级由高到低为其分配资源，分配的资源大小为该业务调度桶实际水量，将已分配完全的业务从此优先级队列中剔除，若相邻两种业务属于不同节点，则需要增加保护间隔GAP，再分配下一种业务，直到现有系统资源全部分配完成或者业务需求全部分配完成(优先级队列为空)；如果存在节点某些业务尚未分配到资源的情况，则在下一次调度请求中继续将此业务调度请求发送给调度中心节点；如果存在此次业务请求全部分配完成，现有资源还有剩余的情况，则将这些时隙资源均分给各请求节点，以保证业务的实时性。4)、调度中心节点5对同一请求节点所有业务所分配的资源进行求和，即将一个节点散落在不同位置的不同业务资源进行综合，整合成一个节点的整个资源。整合方法可以按照时隙递增的顺序，以节点为单位，将每个节点每条链路已调度业务的时隙大小加起来，将此次分配的时隙按照每个节点被分配的时隙大小重新分配给各个节点。图5提供了一个示例，一帧中数据时隙块被分给不同节点的不同业务，整合将此帧中同一节点的不同业务放到了一起，此整合方式是将以此来减少节点间的切换，减少节点间的保护间隔，图5中整合前包含八块保护间隔，整合之后变成五块，减少的保护间隔的资源分配给最后一个节点的优先级略低的另一种业务，或者分配给优先级队列中还未被分配资源的最高优先级业务，各系统可以采用不同处理方式，通过这种方式充分利用频谱资源。5)、调度中心节点5将此调度结果在控制时隙发送出去。b)、调度优先级由调度中心节点计算：1)、请求节点在自己的控制时隙向节点5发送调度请求，调度请求携带如下信息：待调度节点拥塞程度(DgBlock)、待调度业务所属的链路、待调度链路的信道质量(eff)、待调度业务类型、待调度业务的已调度速率(r(t))、待调度业务首包时延(Delay)、待调度业务需求(Demand)、待调度业务的调度桶大小(Volum)和实际水量(VolumRemin)。2)、调度中心节点5收到请求节点的请求消息，到达进行调度的时间时，采用和请求节点计算优先级相同方法来计算业务优先级，之后的步骤同上述方法一致。各请求节点在接收到调度结果后将此信息保存下来，待本地调度时间到达后开启本地业务调度过程。请求节点对自己的待发链路及业务进行优先级计算并排序(若集中调度采用请求节点计算优先级，此时不用再计算优先级)，此优先级计算采用上述调度中心节点相同的优先级计算方式进行。根据计算出来的业务优先级由高到低对请求的业务进行排序，形成一个本地业务优先级队列。请求节点将调度结果中获得的数据时隙资源按照本地优先级队列一一分配给各个业务。请求节点将优先级队列中业务由高到低的顺序依次取出，为其分配的资源大小为调度桶内的实际水量，直到所拥有的资源分配完成或所有可用时隙资源都分配完成后。当所有业务都调度完成后，节点按照待调度链路，重整每条链路的时隙资源，依据集中调度整合资源的方法将每一条链路的业务都整合到一起，以降低空口开销，最终节点按照每条链路在空口的对应时隙资源上传输业务。采用请求节点计算业务优先级的方式可以减小传输的信息大小，进一步减小控制时隙的大小，节省资源；同时降低了调度中心节点的计算量和存储量。本实施例子仅以一种拓扑结构为例阐述业务调度算法，其余情况可以类似处理，在此不作详细说明。本发明通过指定的主节点收集网络拓扑信息，选择/更新调度中心节点；调度中心节点通过收集请求节点当前的信息完成对各请求节点空口资源的中速调度；各请求节点本地的调度器，基于获取到的空口资源，进行快速的本地业务调度，以此以在降低无线自组织网络调度时延的基础上提升QoS的保障能力，最终提升整网的服务质量。当前第1页1 2 3