專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種用于ieee802.15.4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的基于時(shí)間敏感傳輸和帶寬優(yōu)化利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接口技術(shù)、管理機(jī)制、MAC層協(xié)議，尤其涉及它的調(diào)度算法。
背景技術(shù)：
：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)低能耗、低速率的IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)的研究興趣越來(lái)越大，因?yàn)槠湓谲娛?、礦場(chǎng)、家庭自動(dòng)化和醫(yī)療看護(hù)等方面有很大的應(yīng)用前景。一個(gè)完整的IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)由幾個(gè)或者多個(gè)微微網(wǎng)(piconet)組成。微微網(wǎng)由多個(gè)單獨(dú)節(jié)點(diǎn)組成，可進(jìn)一步分為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)和7個(gè)活躍從節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。這些微微網(wǎng)是可以互連的，從而形成更大規(guī)模的分散網(wǎng)(scatternet)。調(diào)頻技術(shù)的應(yīng)用可以讓IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在某個(gè)區(qū)域內(nèi)部高密度的存在。如何組建一個(gè)高帶寬利用率、低延時(shí)、低能耗和網(wǎng)絡(luò)魯棒性好的IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)是人們研究該網(wǎng)絡(luò)的最具有挑戰(zhàn)性的難題。這些難題包含有IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立、網(wǎng)絡(luò)路由算法的研究、網(wǎng)絡(luò)切換算法的研究和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度算法的研究。為了解決上述問(wèn)題，人們進(jìn)行著深入和廣泛的研究，并將研究成果一步步的應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活的應(yīng)用上。本發(fā)明著重研究IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度算法。IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度算法研究的必要性主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都是低功率、低速率的無(wú)線電子設(shè)備，并且一般都是單射頻的。它只能以時(shí)分復(fù)用方式(TDMA)接入無(wú)線信道，在某一具體時(shí)刻只能在某個(gè)特殊信道內(nèi)工作。這時(shí)，在一個(gè)龐大的WPAN網(wǎng)絡(luò)中，有眾多的通信請(qǐng)求的情況下，一個(gè)高帶寬利用率、低延時(shí)的調(diào)度算法的存在是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定工作的基本保證?，F(xiàn)階段，人們對(duì)IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度算法的主要是研究一下幾個(gè)方面1、低時(shí)延；2、高帶寬利用率；3、公平性好；4、Qos保證；5、安全性高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種基于時(shí)間敏感傳輸，同時(shí)優(yōu)化帶寬利用率的調(diào)度算法。該算法在充分滿足各從節(jié)點(diǎn)對(duì)時(shí)延要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)度選擇，并通過(guò)對(duì)UGTS的重新分配，提高GTS使用率從而達(dá)到提高帶寬利用率。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的一種用于IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的基于時(shí)間敏感傳輸和帶寬優(yōu)化利用方法I、時(shí)限值的微調(diào)給定一組需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)據(jù)Ti(C^piJi)，其中Cli為傳輸?shù)臅r(shí)限值，Pi為需要傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)量，^為從節(jié)點(diǎn)到簇頭的距離。首先需要對(duì)時(shí)限值進(jìn)行微調(diào)，其微調(diào)后的值定義為Di。Di的計(jì)算公式如下權(quán)利要求一種用于IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的基于時(shí)間敏感傳輸和帶寬優(yōu)化利用方法，其特征在于Ⅰ、時(shí)限值的微調(diào)給定一組需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)Ti(di，pi，ri)，其中di為傳輸?shù)臅r(shí)限值，pi為需要傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)量，ri為從節(jié)點(diǎn)到簇頭的距離；首先需要對(duì)時(shí)限值進(jìn)行微調(diào)，其微調(diào)后的值定義為Di；Di的計(jì)算公式如下<mrow><msub><mi>D</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''separators=''><mtable><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mo>[</mo><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mi>BI</mi><mo>]</mo><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mi>BI</mi><mo>+</mo><mi>CFP</mi><mo>+</mo><mi>CAP</mi></mtd><mtd><mi>ifk</mi><mo>≥</mo><mi>CAP</mi><mo>+</mo><mi>CFP</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mo>[</mo><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mi>BI</mi><mo>]</mo><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mi>BI</mi><mo>+</mo><mi>k</mi></mtd><mtd><mi>ifk</mi><mo>></mo><mi>CAPandk</mi><mo><</mo><mi>CAP</mi><mo>+</mo><mi>CFP</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mo>[</mo><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mi>BI</mi><mo>]</mo><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mi>BI</mi><mo>+</mo><mi>CFP</mi><mo>+</mo><mi>CAP</mi></mtd><mtd><mi>ifk</mi><mo>≤</mo><mi>CAPand</mi><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>≥</mo><mi>BI</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>其中k＝mod(di，BI)Ⅱ、傳輸時(shí)延的計(jì)算計(jì)算傳輸每個(gè)Ti(di，pi，ri)總共需要的時(shí)間；假設(shè)Ti(di，pi，ri)分成bi個(gè)超幀傳輸，則ED(i)的計(jì)算需要分為兩部分第一部分是在前bi1個(gè)超幀中，傳輸時(shí)延為(bi1)BI；第二部分就是Ti(di，pi，ri)在第bi個(gè)超幀中的時(shí)延，只考慮在第bi個(gè)超幀中處于它之前的時(shí)間；Ti(di，pi，ri)在第bi個(gè)超幀中的時(shí)延的計(jì)算，首先給出參量的定義；(i)w一個(gè)GTS的時(shí)間長(zhǎng)度；(ii)SiTi(di，pi，ri)在前bi1個(gè)超幀中占有的GTS數(shù)；(iii)F每個(gè)GTS中包含的時(shí)隙數(shù)，在算法實(shí)現(xiàn)以前就定下來(lái)的；(iv)Ti(di，pi，ri)在第bi個(gè)超幀中占有的GTS數(shù)；(v)Edelay數(shù)據(jù)由節(jié)點(diǎn)傳播到簇頭的時(shí)間；<mrow><msub><mi>E</mi><mi>delay</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>ri</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>R</mi></mfrac><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mi>v</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>l為待傳播的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，R為傳播速率，ri為節(jié)點(diǎn)傳播到簇頭的距離，v為數(shù)據(jù)在空中的傳播速率；(vi)*EDiTi(di，pi，ri)在第bi個(gè)BI中的幀處理需要的時(shí)延；<mrow><mmultiscripts><mi>ED</mi><mi>i</mi><none/><mprescripts/><none/><mo>*</mo></mmultiscripts><mo>=</mo><msub><mover><mi>S</mi><mo>~</mo></mover><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><mi>w</mi><mo>+</mo><msub><mi>E</mi><mi>delay</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>f</mi><msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msub></msub><mo>,</mo><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>(vii)*ED第bi個(gè)超幀中排在Ti(di，pi，ri)之前的其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)占用的時(shí)延；總的傳輸時(shí)延為<mrow><mi>ED</mi><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>b</mi><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mi>BI</mi><mo>+</mo><msub><mover><mi>S</mi><mo>~</mo></mover><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><mi>w</mi><mo>+</mo><msub><mi>E</mi><mi>delay</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>f</mi><msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msub></msub><mo>,</mo><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mo>*</mo><mi>ED</mi><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>Ⅲ、Si值的計(jì)算Si＝min{Simin，7Simin}；將Si的值代入公式(2)得到就可以為T(mén)i(di，pi，ri)分配具體的GTS；Ⅳ、對(duì)沒(méi)有使用的GTS(UGTS)的重新分配首先排定好Ti(di，pi，ri)的順序，然后取隊(duì)列的前3個(gè)任務(wù)安排新的UGTS，首先判斷Ti(di，pi，ri)中pi大小，將傳輸數(shù)據(jù)多的節(jié)點(diǎn)即pi大的節(jié)點(diǎn)放在隊(duì)列前；當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)或者多個(gè)pi相等的時(shí)候，再判斷時(shí)延要求di，將di小的放在隊(duì)列的前面；在完成隊(duì)列的排列后，考慮到一般情況下，一個(gè)CFP中UGTS最多為三個(gè)；將UGTS重新分配給隊(duì)列前的兩到三個(gè)Ti即可，同時(shí)考慮到公平性，每個(gè)Ti將重新分配一個(gè)UGTS。FSA00000244324200012.tif,FSA00000244324200013.tif,FSA00000244324200023.tif全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種用于IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的基于時(shí)間敏感傳輸和帶寬優(yōu)化利用方法。首先，考慮不同節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間期限D(zhuǎn)i和傳輸應(yīng)占用的時(shí)間ED(i)。另外，在分配GTS給每個(gè)節(jié)點(diǎn)以后，再通過(guò)有效的方法重新分配前一次調(diào)度過(guò)程中沒(méi)有使用的GTS(UGTS)，提高GTS使用率從而達(dá)到提高帶寬利用率。該發(fā)明在傳輸時(shí)間敏感業(yè)務(wù)時(shí)有很好的表現(xiàn)，并且可以方便地在用戶(hù)終端實(shí)現(xiàn)。文檔編號(hào)H04W28/16GK101945430SQ201010263000公開(kāi)日2011年1月12日申請(qǐng)日期2010年8月26日優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日發(fā)明者唐張杰,曹江蓮,李哲濤,田淑娟,裴廷睿申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)