專利名稱：基于IEEE802.16的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層QoS保障方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于正EE802.16的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層QoS 保障方法，屬于AdHoc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)跨層設(shè)計和服務(wù)質(zhì)量管理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Ad Hoc技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今無線通信領(lǐng)域研究的一個熱點。隨著研 究的不斷深入，無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用環(huán)境要求其必須提供一定的服 務(wù)質(zhì)量(QoS)保證。但是IEEE802.16Mesh模式下MAC層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)沒有
對資源調(diào)度算法進(jìn)行詳細(xì)規(guī)范，留給設(shè)計者廣泛的研究空間。
本發(fā)明根據(jù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點，以正EE802.16 Mesh模式下MAC 層的QoS保障框架為基礎(chǔ)，設(shè)計了資源調(diào)度和預(yù)留方法；依據(jù)跨層設(shè) 計的理論，提出了擁塞檢測方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種 基于正EE802.16的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層QoS保障方法。 本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達(dá)到
1) 資源調(diào)度方法在對資源調(diào)度算法進(jìn)行設(shè)計時提高了轉(zhuǎn)發(fā)實時 業(yè)務(wù)的優(yōu)先級，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的多跳性對其影響。
2) 資源預(yù)留方法在已有的動態(tài)資源預(yù)留策略基礎(chǔ)上，改變了原 有的固定步長調(diào)整方法，動態(tài)地設(shè)置資源預(yù)留調(diào)整步長，使資 源分配更快更好地隨著業(yè)務(wù)情況的變化而變化。3)擁塞檢測方法在MAC層創(chuàng)造性地加入擁塞檢測模塊，給出 了 AdH0C網(wǎng)絡(luò)擁塞檢測指標(biāo)，提高了網(wǎng)絡(luò)擁塞處理能力，完
善了QoS保障方法。
所述的資源調(diào)度方法具體內(nèi)容包括
授權(quán)節(jié)點可以維護(hù)三個請求隊列第一個是其它節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到請求 節(jié)點的實時業(yè)務(wù)，請求節(jié)點為其向授權(quán)節(jié)點請求業(yè)務(wù)發(fā)送而形成的多
跳轉(zhuǎn)發(fā)實時業(yè)務(wù)請求隊列；第二個是請求節(jié)點本身產(chǎn)生的需要發(fā)送給
授權(quán)節(jié)點的實時業(yè)務(wù)，請求節(jié)點為發(fā)送業(yè)務(wù)而形成了"單跳"實時業(yè)
務(wù)請求隊列；第三個是請求節(jié)點為請求發(fā)送非實時業(yè)務(wù)而形成的非實 時業(yè)務(wù)請求隊列。
隊列調(diào)度同下述的資源預(yù)留聯(lián)合進(jìn)行。
所述的資源預(yù)留方法具體內(nèi)容包括
在動態(tài)業(yè)務(wù)流(DSA)算法基礎(chǔ)上，將步長St設(shè)定為一個隨著 兩類業(yè)務(wù)量差值大小，動態(tài)變化的量。即當(dāng)實時業(yè)務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于(少于) 非實時業(yè)務(wù)的時候，St取一個較大值，使實時業(yè)務(wù)立即占有(退讓出) 一個較大(較小)的微時隙資源預(yù)留，滿足當(dāng)前的業(yè)務(wù)量需求；當(dāng)實 時業(yè)務(wù)與非實時業(yè)務(wù)量相差不大時，St取值應(yīng)該也比較小，保障兩個
業(yè)務(wù)繼續(xù)公平地占有微時隙資源。
為了解決多跳實時業(yè)務(wù)時延性能在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中受到影響的
問題，在資源預(yù)留的時候，也為多跳實時業(yè)務(wù)請求進(jìn)行資源預(yù)留。那 么，這種改進(jìn)的DSA算法在考慮其應(yīng)用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的時候就 需要另加一個預(yù)留點Nd。在三種業(yè)務(wù)的資源預(yù)留方面，定義多跳實時業(yè)務(wù)可以占用從數(shù)據(jù)子幀開始到子幀結(jié)束的資源；"單跳"實時業(yè) 務(wù)占用從每幀Nd點對應(yīng)的微時隙開始到數(shù)據(jù)子幀結(jié)束的資源；非實 時業(yè)務(wù)占用每幀從Md點對應(yīng)的微時隙開始到數(shù)據(jù)子幀結(jié)束的資源。
結(jié)合的資源調(diào)度方法與本節(jié)的資源預(yù)留方法，多跳實時業(yè)務(wù)得到 較為優(yōu)先"處理權(quán)"，減小多跳網(wǎng)絡(luò)為實時業(yè)務(wù)帶來的時延影響，使 多跳實時業(yè)務(wù)也能較大比率地被接受服務(wù)。不僅可以使總的實時業(yè)務(wù) 被拒絕服務(wù)的比率變小，而且多跳實時業(yè)務(wù)的失敗傳輸率也會降低， 減小多跳實時業(yè)務(wù)資源占用上的浪費(未成功傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，對其之前 占用的資源是一種浪費)。并且本方法根據(jù)業(yè)務(wù)請求情況來實時地改 變業(yè)務(wù)請求調(diào)度數(shù)和微時隙資源預(yù)留大小，使得資源利用更加有效。
所述的擁塞檢測方法具體內(nèi)容包括
針對于基于正EE802.16的AdHoc網(wǎng)絡(luò)，通過判斷授權(quán)節(jié)點可用 微時隙利用情況和緩存區(qū)中業(yè)務(wù)請求隊列長度，來聯(lián)合檢測授權(quán)節(jié)點 的擁塞狀態(tài)。
第一個指標(biāo)，統(tǒng)計授權(quán)節(jié)點的可用微時隙利用情況。 IEEE802.16AdHoc網(wǎng)絡(luò)中，授權(quán)節(jié)點發(fā)送完Mesh分布式調(diào)度消 息(MSH-DSCH)的時候，它會計算出其下次發(fā)送MSH-DSCH消息 的時間。在兩次發(fā)送MSH-DSCH消息的時間內(nèi)，它會對此段時間到 來的請求發(fā)送業(yè)務(wù)作出微時隙占用安排，并且這個占用安排對應(yīng)的幀 號一定大于等于授權(quán)節(jié)點下次發(fā)送MSH-DSCH消息所在幀的幀號。 在這段授權(quán)節(jié)點MSH-DSCH "發(fā)送周期"內(nèi)，如果授權(quán)節(jié)點能夠為 請求節(jié)點合理地安排傳輸占用時隙，則說明此授權(quán)節(jié)點的可用微時隙資源還"富裕"；如果授權(quán)節(jié)點在一段時間內(nèi)都不能夠為請求節(jié)點合 理安排微時隙，則說明授權(quán)節(jié)點的微時隙資源出現(xiàn)緊缺，即擁塞將會 發(fā)生。
在本發(fā)明中，為了保障實時業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，考察網(wǎng)絡(luò)是否擁塞 時，主要考察網(wǎng)絡(luò)中實時業(yè)務(wù)的"供求"關(guān)系情況。
統(tǒng)計授權(quán)節(jié)點對于微時隙資源實時業(yè)務(wù)的利用情況，設(shè)置一個計
數(shù)器；用計數(shù)器T—fUll統(tǒng)計在MSH-DSCH "發(fā)送周期"內(nèi)，授權(quán)節(jié) 點為實時業(yè)務(wù)微時隙資源占用安排情況。當(dāng)一個實時業(yè)務(wù)請求被拒絕 時就啟動統(tǒng)計計數(shù)器，其初始值為C。如果授權(quán)節(jié)點服務(wù)沒有成功為 一個實時業(yè)務(wù)請求安排資源時，計數(shù)器減l。否則，計數(shù)器重新設(shè)置 為初始值C。當(dāng)計數(shù)器等于0時，仍然有實時業(yè)務(wù)沒有被成功安排資 源，則就可以看出在這段時間內(nèi)，授權(quán)節(jié)點的時隙利用率已經(jīng)很高， 不能再處理實時業(yè)務(wù)請求。這時可以設(shè)定一個全局函數(shù)flag-foll，每 "MSH-DSCH"周期開始時，其初始值設(shè)定為0，當(dāng)通過上述方法檢 測出授權(quán)節(jié)點微時隙資源不足時，更新flag-fUll=l。 第二個指標(biāo)，緩存區(qū)中請求隊列長度。
這個值可以表征緩存區(qū)中還存在的未處理的業(yè)務(wù)請求。需要另加 設(shè)定一個隊列計數(shù)器&0"",，進(jìn)行對緩存區(qū)中的隊列計數(shù)，當(dāng)有隊列 進(jìn)入緩存區(qū)時，工c加上此隊列長度，當(dāng)有隊列已經(jīng)被處理完畢時
須減去此隊列長度，Lth為緩存區(qū)中能容納隊列長度的閾值， 這個參數(shù)可以根據(jù)緩存區(qū)的大小而確定。當(dāng)緩存區(qū)中的隊列長度 Zc。"w大于Lth時，則說明緩存區(qū)中的請求業(yè)務(wù)仍然很多，此時設(shè)置一個標(biāo)志位flag-long =1，表明此刻還有大量的業(yè)務(wù)需要被處理。當(dāng) 緩存區(qū)中的隊列長度小于Lth時，設(shè)置標(biāo)志位flag-longi，表明緩存 區(qū)中的請求業(yè)務(wù)量不是很大。
聯(lián)合授權(quán)節(jié)點可用微時隙利用情況標(biāo)示位和請求隊列長度標(biāo)示
位信息，可以得到節(jié)點的擁塞狀況，即如下所述
當(dāng)flag-fh1^0， flag-1ong^時，授權(quán)節(jié)點沒有發(fā)生擁塞。
當(dāng)flag-fUll=0， flag-long=l時，授權(quán)節(jié)點緩存區(qū)中請求隊列長度
超過門限值，但其可用微時隙資源利用率不高。說明只是此時網(wǎng)絡(luò)中
有突發(fā)業(yè)務(wù)流。
當(dāng)flag-fUll=l， flag-long^時，授權(quán)節(jié)點發(fā)生擁塞。 當(dāng)flag-fol卜l， flag-long^時，授權(quán)節(jié)點發(fā)生嚴(yán)重的擁塞。 本發(fā)明的優(yōu)點為
設(shè)計的資源調(diào)度方法考慮了多跳網(wǎng)絡(luò)對實時業(yè)務(wù)時延上的影響， 提高了實時業(yè)務(wù)的優(yōu)先級別，使得實時業(yè)務(wù)由于超時傳輸被拒絕的概 率減小。該方法根據(jù)業(yè)務(wù)請求情況動態(tài)地改變資源預(yù)留步長，解決了 原DSA算法固定步長地改變資源預(yù)留不能及時地滿足業(yè)務(wù)需求的問 題，從而時隙利用率有所增加。擁塞檢測方法的采用，使得授權(quán)節(jié)點 可以及時地檢測到網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀態(tài)，采取一定的措施，如另請求節(jié) 點更改轉(zhuǎn)跳路徑， 一定程度的保障了網(wǎng)絡(luò)端到端的吞吐量。


圖1是本發(fā)明IEEE 802.16 QoS保障框圖2是本發(fā)明多跳實時預(yù)留和DSA的時隙利用率的比較；圖3是本發(fā)明多跳實時預(yù)留和DSA的請求拒絕率的比較；
圖4是本發(fā)明擁塞檢測算法對網(wǎng)絡(luò)吞吐量的提高；
圖5是本發(fā)明擁塞檢測算法對減少丟包性能的提高；
圖6資源預(yù)留方法流程圖7預(yù)留時隙Nd點調(diào)整的方法流程圖8動態(tài)時隙劃分圖9時隙動態(tài)分布圖。
具體實施例方式
如圖1所示為本發(fā)明正EE 802.16 QoS保障方法原理框圖。 資源調(diào)度方法
實時業(yè)務(wù)在AdHoc網(wǎng)絡(luò)傳輸時，如果經(jīng)歷多跳，其時延性能會 受到很大影響。所以，網(wǎng)絡(luò)需要注意保證多跳轉(zhuǎn)發(fā)的實時業(yè)務(wù)的時延 性能。因此，本專利預(yù)通過為多跳轉(zhuǎn)發(fā)實時業(yè)務(wù)提升服務(wù)優(yōu)先級別的 方法，來補(bǔ)償實時業(yè)務(wù)應(yīng)用于多跳網(wǎng)絡(luò)所引發(fā)的時延影響。因此，授 權(quán)節(jié)點可以維護(hù)三個請求隊列第一個是其它節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到請求節(jié)點的
實時業(yè)務(wù)，請求節(jié)點為其向授權(quán)節(jié)點請求業(yè)務(wù)發(fā)送而形成的多跳轉(zhuǎn)發(fā)
實時業(yè)務(wù)請求隊列；第二個是請求節(jié)點本身產(chǎn)生的需要發(fā)送給授權(quán)節(jié) 點的實時業(yè)務(wù)，請求節(jié)點為發(fā)送業(yè)務(wù)而形成了 "單跳"實時業(yè)務(wù)請求隊 列；第三個是請求節(jié)點為請求發(fā)送非實時業(yè)務(wù)而形成的非實時業(yè)務(wù)請 求隊列。
為了授權(quán)節(jié)點可以正確地區(qū)分出三類業(yè)務(wù)請求，將不同的業(yè)務(wù)請 求歸入到對應(yīng)的隊列中，可以利用Mesh分布式調(diào)度消息中的請求消息單元(MSH-DSCH Request正)中的預(yù)留域(reserved)。對于非實 時業(yè)務(wù)，請求節(jié)點在為其形成請求消息單元(Request正)時，將 reserved域設(shè)置為0;對于實時業(yè)務(wù)，授權(quán)節(jié)點需要根據(jù)業(yè)務(wù)來源判 斷此業(yè)務(wù)。如果業(yè)務(wù)是請求節(jié)點本身產(chǎn)生的，就將此域設(shè)置為l;如 果業(yè)務(wù)是請求節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的，就將此域設(shè)置為2。這樣授權(quán)節(jié)點就可以 通過收到的請求節(jié)點的Request IE中的reserved域，來對業(yè)務(wù)進(jìn)行區(qū) 分。
資源預(yù)留方法
DSA的基本思想是，為數(shù)據(jù)子幀設(shè)置一個微時隙劃分點Md，將 數(shù)據(jù)子幀劃分為兩個部分。前一部分從數(shù)據(jù)子幀微時隙開始至子幀結(jié) 束，后一部分是從Md點對應(yīng)的微時隙開始到子幀結(jié)束點。如圖8所 示當(dāng)采用這種動態(tài)時隙劃分思想后，DSA給出了實時業(yè)務(wù)可以占 用劃分的第一部分，而非實時業(yè)務(wù)可以占用劃分的第二部分。從圖8 可以看出，每幀中的微時隙開始點至Md點對應(yīng)的這段微時隙只能被 實時業(yè)務(wù)占用，從而形成了實時業(yè)務(wù)資源預(yù)留空間。用此種方法就保 障了實時業(yè)務(wù)不會受到非實時業(yè)務(wù)惡意突發(fā)等因素的影響，無論何時 都有一定的資源占用空間，保障了其業(yè)務(wù)的高QoS需求。然而，固 定地給定實時業(yè)務(wù)的資源預(yù)留空間是不能保證微時隙資源被充分利 用的。當(dāng)為實時業(yè)務(wù)的資源預(yù)留過大時，非實時業(yè)務(wù)流會受到抑制， 從而影響了網(wǎng)絡(luò)的公平性；當(dāng)為實時業(yè)務(wù)的資源預(yù)留過小時，又不能 為實時業(yè)務(wù)的QoS提供有利的保障。因此，為了使網(wǎng)絡(luò)不僅能夠為 高優(yōu)先級業(yè)務(wù)提供QoS保障，還能維護(hù)網(wǎng)絡(luò)本身的公平性，DSA算法將Md點設(shè)定為隨兩類業(yè)務(wù)請求隊列情況動態(tài)變化的。
但是這種方法存在一定問題算法每次調(diào)整的步長St是一個固 定的值。而對于當(dāng)前業(yè)務(wù)請求情況，如果實時業(yè)務(wù)和非實時業(yè)務(wù)量相 差很大的時候，當(dāng)St取值過小調(diào)節(jié)速度將會很慢，微時隙資源的供 給不能快速地適應(yīng)當(dāng)前業(yè)務(wù)需求情況的變化；如果實時業(yè)務(wù)和非實時 業(yè)務(wù)量相差很小的時候，如果St的取值過大，反而會影響到業(yè)務(wù)的 公平性。
所以本發(fā)明對上述問題做出改進(jìn)，將步長St設(shè)定為一個隨著兩
類業(yè)務(wù)量差值大小，動態(tài)變化的量。即當(dāng)實時業(yè)務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于(少于)
非實時業(yè)務(wù)的時候，St取一個較大值，使實時業(yè)務(wù)立即占有(退讓出)
一個較大(較小)的微時隙資源預(yù)留，滿足當(dāng)前的業(yè)務(wù)量需求；當(dāng)實
時業(yè)務(wù)與非實時業(yè)務(wù)量相差不大時，St取值應(yīng)該也比較小，保障兩個
業(yè)務(wù)繼續(xù)公平地占有微時隙資源。
具體改進(jìn)方法如圖6所示，將當(dāng)前實時業(yè)務(wù)請求隊列長度與非實
時業(yè)務(wù)請求隊列長度進(jìn)行比較，計算步長系數(shù)，利用步長系數(shù)重新分
配實時業(yè)務(wù)占用時隙資源。其中Md代表上次業(yè)務(wù)請求隊列"調(diào)度周
期"結(jié)束時預(yù)留給實時業(yè)務(wù)的微時隙資源數(shù)；St代表資源預(yù)留的調(diào)整
步長；Md—Max代表最大微時隙資源預(yù)留數(shù)；Md一Min代表最小微時
隙資源預(yù)留數(shù)；rt—Q為實時業(yè)務(wù)請求隊列長度；nrt一Q為非實時業(yè)務(wù)
請求隊列長度。compare—Q是一個系統(tǒng)定義的量，可以將它對應(yīng)為一
個請求的差值。當(dāng)實時業(yè)務(wù)量和非實時業(yè)務(wù)量處于一個請求差值的時
候，其對應(yīng)的基本調(diào)整步長為St。用調(diào)度周期內(nèi)的業(yè)務(wù)量相差值比上
這個基本的業(yè)務(wù)量相差值取整數(shù)部分作為步長變化因子，就可以通過
這個變化因子動態(tài)地改變調(diào)整步長，使資源預(yù)留的改變量隨著業(yè)務(wù)情為了解決多跳實時業(yè)務(wù)時延性能在Ad HOC網(wǎng)絡(luò)中受到影響的 問題，可以在資源預(yù)留的時候，也為多跳實時業(yè)務(wù)請求進(jìn)行資源預(yù)留。
那么，這種改進(jìn)的DSA算法在考慮其應(yīng)用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的時候 就需要另加一個預(yù)留點Nd。如圖9所示，在三種業(yè)務(wù)的資源預(yù)留方 面，定義多跳實時業(yè)務(wù)可以占用從數(shù)據(jù)子幀開始到子幀結(jié)束的資源； "單跳"實時業(yè)務(wù)占用從每幀Nd點對應(yīng)的微時隙開始到數(shù)據(jù)子幀結(jié)束 的資源；非實時業(yè)務(wù)占用每幀從Md點對應(yīng)的微時隙開始到數(shù)據(jù)子幀 結(jié)束的資源。如圖9所示為時隙動態(tài)分布圖。
預(yù)留時隙Nd點調(diào)整的方法，與Md點調(diào)整的方法相同，可以如 圖7所示，將當(dāng)前多跳實時業(yè)務(wù)請求隊列長度與單跳實時業(yè)務(wù)量請求 隊列長度進(jìn)行比較，計算步長系數(shù)，利用步長系數(shù)重新分配單跳實時 業(yè)務(wù)占用時隙資源。Nd為上次業(yè)務(wù)調(diào)度結(jié)束時預(yù)留給多跳實時業(yè)務(wù) 的微時隙資源；Md—Min和Md—Max是限定Nd點在之前為實時業(yè)務(wù) 做出的資源預(yù)留內(nèi)變化；hop_rt—Q為多跳實時業(yè)務(wù)請求隊列長度， s—rt_Q為"單跳"實時業(yè)務(wù)請求隊列長度。
結(jié)合的隊列調(diào)度算法與本節(jié)的資源預(yù)留算法，多跳實時業(yè)務(wù)得到 較為優(yōu)先"處理權(quán)"，減小多跳網(wǎng)絡(luò)為實時業(yè)務(wù)帶來的時延影響，使多 跳實時業(yè)務(wù)也能較大比率地被接受服務(wù)。這樣一來不僅可以使總的實 時業(yè)務(wù)被拒絕服務(wù)的比率變小，而且多跳實時業(yè)務(wù)的失敗傳輸率也會 降低，減小多跳實時業(yè)務(wù)資源占用上的浪費(未成功傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，對 其之前占用的資源是一種浪費)。并且該方法根據(jù)業(yè)務(wù)請求情況來實時地改變業(yè)務(wù)請求調(diào)度數(shù)和微時隙資源預(yù)留大小，使得資源利用更加 有效。如圖2所示為多跳實時預(yù)留和DSA的時隙利用率比較，如圖
3所示為多跳實時預(yù)留和DSA的請求拒絕率比較。
擁塞檢測方法
由于AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點存儲空間不足，帶寬容量不足，處理
器處理能力弱，處理速度慢，當(dāng)用戶的"需求"大于網(wǎng)絡(luò)資源的"供給"
時，網(wǎng)絡(luò)就會出現(xiàn)擁塞。對于基于IEEE802.16的AdHoc網(wǎng)絡(luò)，授權(quán) 節(jié)點業(yè)務(wù)請求隊列的長度可以表征請求節(jié)點發(fā)送的業(yè)務(wù)請求還沒有 被處理的量。如果這個量值過大，第一種原因是網(wǎng)絡(luò)中請求業(yè)務(wù)突然 增多，授權(quán)節(jié)點還沒有來得及進(jìn)行處理。第二個原因是授權(quán)節(jié)點很難 為請求業(yè)務(wù)找到合適的微時隙資源令其占用，即此時授權(quán)節(jié)點的可用 微時隙資源不足，使得請求隊列在授權(quán)節(jié)點緩存區(qū)中持續(xù)等待被服 務(wù)。在這種情況下，就可以判斷為授權(quán)節(jié)點產(chǎn)生了擁塞。 因此針對于基于正EE802.16的AdHoc網(wǎng)絡(luò)，可以通過判斷授權(quán)節(jié)點 可用微時隙利用情況和緩存區(qū)中業(yè)務(wù)請求隊列長度，來聯(lián)合檢測授權(quán) 節(jié)點的擁塞狀態(tài)。
第一個指標(biāo)，統(tǒng)計授權(quán)節(jié)點的可用微時隙利用情況。 IEEE802.16Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，授權(quán)節(jié)點發(fā)送完MSH-DSCH消息的時候， 它會計算出其下次發(fā)送MSH-DSCH消息的時間。在兩次發(fā)送 MSH-DSCH消息的時間內(nèi)，它會對此段時間到來的請求發(fā)送業(yè)務(wù)作 出微時隙占用安排，并且這個占用安排對應(yīng)的幀號一定大于等于授權(quán) 節(jié)點下次發(fā)送MSH-DSCH消息所在幀的幀號。在這段授權(quán)節(jié)點MSH-DSCH"發(fā)送周期"內(nèi)，如果授權(quán)節(jié)點能夠為請求節(jié)點合理地安排 傳輸占用時隙，則說明此授權(quán)節(jié)點的可用微時隙資源還"富裕"；如果 授權(quán)節(jié)點在一段時間內(nèi)都不能夠為請求節(jié)點合理安排微時隙，則說明 授權(quán)節(jié)點的微時隙資源出現(xiàn)緊缺，即擁塞將會發(fā)生。
實時業(yè)務(wù)不但包括一些時延敏感性的業(yè)務(wù)，設(shè)計時還可能會包括 一些上層的控制消息，影響實時業(yè)務(wù)的傳輸不但網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量不能 保證，還有可能影響網(wǎng)絡(luò)的正常運轉(zhuǎn)。在本發(fā)明中，為了保障實時業(yè) 務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，考察網(wǎng)絡(luò)是否擁塞時，主要考察網(wǎng)絡(luò)中實時業(yè)務(wù)的"供 求"關(guān)系情況。
根據(jù)微時隙的占用是從前向后的原則，排在請求隊列前邊的業(yè)務(wù) 發(fā)送請求一般情況下會被安排占用前邊的可用微時隙資源；而排在請 求隊列后邊的請求發(fā)送業(yè)務(wù)， 一般情況下會被安排占用后邊的可用微 時隙資源；那么對應(yīng)的請求發(fā)送業(yè)務(wù)，成功發(fā)送的時延就會有所不同。 例如，如果幀長為20ms，被安排在授權(quán)節(jié)點發(fā)送MSH-DSCH幀后的 第1幀發(fā)送的業(yè)務(wù)，其時延是約為20ms;而被安排在授權(quán)節(jié)點發(fā)送 MSH-DSCH幀后的第IO幀發(fā)送的業(yè)務(wù)，其時延約為200ms (由于控 制消息相對數(shù)據(jù)發(fā)送所占用的時間很短，所以控制消息發(fā)送的時間差 異可以忽略不計)。那么對于實時業(yè)務(wù)，當(dāng)實時業(yè)務(wù)請求處于被服務(wù) 的時候，授權(quán)節(jié)點通過授權(quán)節(jié)點微時隙安排方法，來為實時業(yè)務(wù)安排 微時隙資源。此時安排的微時隙資源對應(yīng)的幀號可能為授權(quán)節(jié)點下次 發(fā)送MSH-DSCH幀后的第N幀，那么當(dāng)幀長為t(ms)時，此實時業(yè) 務(wù)在發(fā)送的時候其時延至少為N*t(ms)。然而由于實時業(yè)務(wù)的時延敏感性，其發(fā)送時延應(yīng)該是有限制的，超過其本身的時延限制，其發(fā)送 就會變得沒有意義，此請求應(yīng)該被拒絕，這個實時業(yè)務(wù)就沒有被很好 的安排資源。
但是一個實時請求業(yè)務(wù)微時隙資源需求沒有被很好的供給是不
能說明此時授權(quán)節(jié)點的可用微時隙資源不足的。有可能是此請求業(yè)務(wù) 本身的微時隙資源需求的特殊性，使得授權(quán)節(jié)點運用時隙安排算法時 不能為其找到合適的微時隙資源。為統(tǒng)計授權(quán)節(jié)點對于微時隙資源實 時業(yè)務(wù)的利用情況，這時設(shè)置一個計數(shù)器；用計數(shù)器T—foil統(tǒng)計在
MSH-DSCH"發(fā)送周期"內(nèi)，授權(quán)節(jié)點為實時業(yè)務(wù)微時隙資源占用安排 情況。當(dāng)一個實時業(yè)務(wù)請求被拒絕時就啟動統(tǒng)計計數(shù)器，其初始值為 C。如果授權(quán)節(jié)點服務(wù)沒有成功為一個實時業(yè)務(wù)請求安排資源時，計 數(shù)器減l。否則，計數(shù)器重新設(shè)置為初始值C。當(dāng)計數(shù)器等于0時， 仍然有實時業(yè)務(wù)沒有被成功安排資源，則就可以看出在這段時間內(nèi)， 授權(quán)節(jié)點的時隙利用率已經(jīng)很高，不能再處理實時業(yè)務(wù)請求。這時可 以設(shè)定一個全局函數(shù)flag-fUll，每"MSH-DSCH"周期開始時，其初始 值設(shè)定為0，當(dāng)通過上述方法檢測出授權(quán)節(jié)點微時隙資源不足時，更 新flag-flil卜l。
第二個指標(biāo)，緩存區(qū)中請求隊列長度，這個值可以表征緩存區(qū)中 還存在的未處理的業(yè)務(wù)請求。需要另加設(shè)定一個隊列計數(shù)器^。"",， 進(jìn)行對緩存區(qū)中的隊列計數(shù)，當(dāng)有隊列進(jìn)入緩存區(qū)時，^"",加上此 隊列長度，當(dāng)有隊列已經(jīng)被處理完畢時^°""纟須減去此隊列長度，Lth 為緩存區(qū)中能容納隊列長度的閾值，這個參數(shù)可以根據(jù)緩存區(qū)的大小而確定。當(dāng)緩存區(qū)中的隊列長度z""^大于Lth時，則說明緩存區(qū)中 的請求業(yè)務(wù)仍然很多，此時設(shè)置一個標(biāo)志位flag-kmg二l，表明此刻還 有大量的業(yè)務(wù)需要被處理。當(dāng)緩存區(qū)中的隊列長度小于Lth時，設(shè)置 標(biāo)志位flag-lOng=0，表明緩存區(qū)中的請求業(yè)務(wù)量不是很大。
聯(lián)合授權(quán)節(jié)點可用微時隙利用情況標(biāo)示位和請求隊列長度標(biāo)示
位信息，可以得到節(jié)點的擁塞狀況，即如下所述
當(dāng)flag-full=0， flag-long^時，授權(quán)節(jié)點沒有發(fā)生擁塞。
當(dāng)flag-full=0， flag-long=l時，授權(quán)節(jié)點緩存區(qū)中請求隊列長度超
過門限值，但其可用微時隙資源利用率不高。說明只是此時網(wǎng)絡(luò)中有
突發(fā)業(yè)務(wù)流。
當(dāng)flag-fol卜l， flag-longi時，授權(quán)節(jié)點發(fā)生擁塞。 當(dāng)flag-fiil卜l， flag-long^l時，授權(quán)節(jié)點發(fā)生嚴(yán)重的擁塞。 如圖2所示，為多跳實時預(yù)留和DSA的時隙利用率比較，如圖3 所示為多跳預(yù)留和DSA的請求拒絕率比較圖。
權(quán)利要求
1、基于IEEE802. 16的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層QoS保障方法，其特征是包括資源調(diào)度方法，資源預(yù)留方法，擁塞檢測方法；所述的資源調(diào)度方法包括用授權(quán)節(jié)點維護(hù)三個請求隊列第一個是其它節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到請求節(jié)點的實時業(yè)務(wù)，請求節(jié)點為其向授權(quán)節(jié)點請求業(yè)務(wù)發(fā)送而形成的多跳轉(zhuǎn)發(fā)實時業(yè)務(wù)請求隊列；第二個是請求節(jié)點本身產(chǎn)生的需要發(fā)送給授權(quán)節(jié)點的實時業(yè)務(wù)，請求節(jié)點為發(fā)送業(yè)務(wù)而形成了“單跳”實時業(yè)務(wù)請求隊列；第三個是請求節(jié)點為請求發(fā)送非實時業(yè)務(wù)而形成的非實時業(yè)務(wù)請求隊列；所述的資源預(yù)留方法具體內(nèi)容包括將步長St設(shè)定為一個隨著兩類業(yè)務(wù)量差值大小，動態(tài)變化的量；即當(dāng)實時業(yè)務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于或少于非實時業(yè)務(wù)的時候，St取一個較大值，使實時業(yè)務(wù)立即占有或退讓出微時隙資源預(yù)留，滿足當(dāng)前的業(yè)務(wù)量需求；當(dāng)實時業(yè)務(wù)與非實時業(yè)務(wù)量相差不大時，St取值應(yīng)該也比較小，保障兩個業(yè)務(wù)繼續(xù)公平地占有微時隙資源；所述的擁塞檢測方法具體內(nèi)容包括判斷授權(quán)節(jié)點可用微時隙利用情況方法和判斷緩存區(qū)中業(yè)務(wù)請求隊列長度方法；所述的判斷授權(quán)節(jié)點可用微時隙利用情況方法包括設(shè)置一個統(tǒng)計授權(quán)節(jié)點對于微時隙資源實時業(yè)務(wù)利用情況的計數(shù)器；用計數(shù)器T_full統(tǒng)計在MSH-DSCH“發(fā)送周期”內(nèi)，授權(quán)節(jié)點為實時業(yè)務(wù)微時隙資源占用安排情況；當(dāng)一個實時業(yè)務(wù)請求被拒絕時就啟動統(tǒng)計計數(shù)器，其初始值為C；如果授權(quán)節(jié)點服務(wù)沒有成功為一個實時業(yè)務(wù)請求安排資源時，計數(shù)器減1；否則，計數(shù)器重新設(shè)置為初始值C；當(dāng)計數(shù)器等于0時，仍然有實時業(yè)務(wù)沒有被成功安排資源，則就可以看出在這段時間內(nèi)，授權(quán)節(jié)點的時隙利用率已經(jīng)很高，不能再處理實時業(yè)務(wù)請求；這時可以設(shè)定一個全局函數(shù)flag-full，每“MSH-DSCH”周期開始時，其初始值設(shè)定為0，當(dāng)通過上述方法檢測出授權(quán)節(jié)點微時隙資源不足時，更新flag-full＝1；所述的判斷緩存區(qū)中請求隊列長度方法包括設(shè)定一個隊列計數(shù)器Lcount，進(jìn)行對緩存區(qū)中的隊列計數(shù)，當(dāng)有隊列進(jìn)入緩存區(qū)時，Lcount加上此隊列長度，當(dāng)有隊列已經(jīng)被處理完畢時Lcount須減去此隊列長度，Lth為緩存區(qū)中能容納隊列長度的閾值，這個參數(shù)可以根據(jù)緩存區(qū)的大小而確定；當(dāng)緩存區(qū)中的隊列長度Lcount大于Lth時，則說明緩存區(qū)中的請求業(yè)務(wù)仍然很多，此時設(shè)置一個標(biāo)志位flag-long＝1，表明此刻還有大量的業(yè)務(wù)需要被處理；當(dāng)緩存區(qū)中的隊列長度小于Lth時，設(shè)置標(biāo)志位flag-long＝0，表明緩存區(qū)中的請求業(yè)務(wù)量不是很大。
2、如權(quán)利要求1所述的基于IEEE802. 16的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層QoS 保障方法，其特征是授權(quán)節(jié)點可用微時隙利用情況標(biāo)示位和請求隊 列長度標(biāo)示位信息，可以得到節(jié)點的擁塞狀況，當(dāng)flag-fUl瀘O， flag-longK)時，授權(quán)節(jié)點沒有發(fā)生擁塞；當(dāng)flag-full=0， flag-long=l時，授權(quán)節(jié)點緩存區(qū)中請求隊列長度超過門限值，但其可用微時隙資源利用率不高。說明只是此時網(wǎng)絡(luò)中 有突發(fā)業(yè)務(wù)流；當(dāng)flag-fo1—1， flag-longi時，授權(quán)節(jié)點發(fā)生擁塞； 當(dāng)flag-fo1—1， flag-long^時，授權(quán)節(jié)點發(fā)生嚴(yán)重的擁塞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于IEEE802.16的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層QoS保障方法。本發(fā)明根據(jù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點，以IEEE802.16Mesh模式下MAC層的QoS保障框架為基礎(chǔ)，包括資源調(diào)度方法、預(yù)留方法、擁塞檢測方法。本發(fā)明設(shè)計的資源調(diào)度方法考慮了多跳網(wǎng)絡(luò)對實時業(yè)務(wù)時延上的影響，提高了實時業(yè)務(wù)的優(yōu)先級別，使得實時業(yè)務(wù)由于超時傳輸被拒絕的概率減小。該方法根據(jù)業(yè)務(wù)請求情況動態(tài)地改變資源預(yù)留步長，解決了原DSA算法固定步長地改變資源預(yù)留不能及時地滿足業(yè)務(wù)需求的問題，從而時隙利用率有所增加。擁塞檢測方法的采用，使得授權(quán)節(jié)點可以及時地檢測到網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀態(tài)，采取一定的措施。
文檔編號H04W72/00GK101459966SQ20091007653
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者蕾 崔, 旭 李, 申宏剛 申請人:北京交通大學(xué)