基于IEEE802.16的Ad Hoc网络MAC层QoS保障方法技术

本发明专利技术涉及一种基于ＩＥＥＥ８０２．１６的Ａｄ　Ｈｏｃ网络ＭＡＣ层ＱｏＳ保障方法。本发明专利技术根据Ａｄ　Ｈｏｃ网络的特点，以ＩＥＥＥ８０２．１６Ｍｅｓｈ模式下ＭＡＣ层的ＱｏＳ保障框架为基础，包括资源调度方法、预留方法、拥塞检测方法。本发明专利技术设计的资源调度方法考虑了多跳网络对实时业务时延上的影响，提高了实时业务的优先级别，使得实时业务由于超时传输被拒绝的概率减小。该方法根据业务请求情况动态地改变资源预留步长，解决了原ＤＳＡ算法固定步长地改变资源预留不能及时地满足业务需求的问题，从而时隙利用率有所增加。拥塞检测方法的采用，使得授权节点可以及时地检测到网络的拥塞状态，采取一定的措施。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于正EE802.16的Ad Hoc网络MAC层QoS 保障方法，属于AdHoc网络系统跨层设计和服务质量管理领域。
技术介绍
Ad Hoc技术已经成为当今无线通信领域研究的一个热点。随着研 究的不断深入，无线Ad Hoc网络的应用环境要求其必须提供一定的服 务质量(QoS)保证。但是IEEE802.16Mesh模式下MAC层协议标准没有对资源调度算法进行详细规范，留给设计者广泛的研究空间。本专利技术根据Ad Hoc网络的特点，以正EE802.16 Mesh模式下MAC 层的QoS保障框架为基础，设计了资源调度和预留方法；依据跨层设 计的理论，提出了拥塞检测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的不足之处而提供一种 基于正EE802.16的Ad Hoc网络MAC层QoS保障方法。 本专利技术的目的可以通过以下措施来达到1) 资源调度方法在对资源调度算法进行设计时提高了转发实时 业务的优先级，补偿网络的多跳性对其影响。2) 资源预留方法在已有的动态资源预留策略基础上，改变了原 有的固定步长调整方法，动态地设置资源预留调整步长，使资 源分配更快更好地随着业务情况的变化而变化。3)拥塞检测方法在MAC层创造性地加入拥塞检测模块，给出 了 AdH0C网络拥塞检测指标，提高了网络拥塞处理能力，完善了QoS保障方法。所述的资源调度方法具体内容包括授权节点可以维护三个请求队列第一个是其它节点转发到请求 节点的实时业务，请求节点为其向授权节点请求业务发送而形成的多跳转发实时业务请求队列；第二个是请求节点本身产生的需要发送给授权节点的实时业务，请求节点为发送业务而形成了单跳实时业务请求队列；第三个是请求节点为请求发送非实时业务而形成的非实 时业务请求队列。队列调度同下述的资源预留联合进行。所述的资源预留方法具体内容包括在动态业务流(DSA)算法基础上，将步长St设定为一个随着 两类业务量差值大小，动态变化的量。即当实时业务远远多于(少于) 非实时业务的时候，St取一个较大值，使实时业务立即占有(退让出) 一个较大(较小)的微时隙资源预留，满足当前的业务量需求；当实 时业务与非实时业务量相差不大时，St取值应该也比较小，保障两个业务继续公平地占有微时隙资源。为了解决多跳实时业务时延性能在Ad Hoc网络中受到影响的问题，在资源预留的时候，也为多跳实时业务请求进行资源预留。那 么，这种改进的DSA算法在考虑其应用于Ad Hoc网络环境的时候就 需要另加一个预留点Nd。在三种业务的资源预留方面，定义多跳实时业务可以占用从数据子帧开始到子帧结束的资源；单跳实时业 务占用从每帧Nd点对应的微时隙开始到数据子帧结束的资源；非实 时业务占用每帧从Md点对应的微时隙开始到数据子帧结束的资源。结合的资源调度方法与本节的资源预留方法，多跳实时业务得到 较为优先处理权，减小多跳网络为实时业务带来的时延影响，使 多跳实时业务也能较大比率地被接受服务。不仅可以使总的实时业务 被拒绝服务的比率变小，而且多跳实时业务的失败传输率也会降低， 减小多跳实时业务资源占用上的浪费(未成功传输的业务，对其之前 占用的资源是一种浪费)。并且本方法根据业务请求情况来实时地改 变业务请求调度数和微时隙资源预留大小，使得资源利用更加有效。所述的拥塞检测方法具体内容包括针对于基于正EE802.16的AdHoc网络，通过判断授权节点可用 微时隙利用情况和缓存区中业务请求队列长度，来联合检测授权节点 的拥塞状态。第一个指标，统计授权节点的可用微时隙利用情况。 IEEE802.16AdHoc网络中，授权节点发送完Mesh分布式调度消 息(MSH-DSCH)的时候，它会计算出其下次发送MSH-DSCH消息 的时间。在两次发送MSH-DSCH消息的时间内，它会对此段时间到 来的请求发送业务作出微时隙占用安排，并且这个占用安排对应的帧 号一定大于等于授权节点下次发送MSH-DSCH消息所在帧的帧号。 在这段授权节点MSH-DSCH 发送周期内，如果授权节点能够为 请求节点合理地安排传输占用时隙，则说明此授权节点的可用微时隙资源还富裕；如果授权节点在一段时间内都不能够为请求节点合 理安排微时隙，则说明授权节点的微时隙资源出现紧缺，即拥塞将会 发生。在本专利技术中，为了保障实时业务的服务质量，考察网络是否拥塞 时，主要考察网络中实时业务的供求关系情况。统计授权节点对于微时隙资源实时业务的利用情况，设置一个计数器；用计数器T—fUll统计在MSH-DSCH 发送周期内，授权节 点为实时业务微时隙资源占用安排情况。当一个实时业务请求被拒绝 时就启动统计计数器，其初始值为C。如果授权节点服务没有成功为 一个实时业务请求安排资源时，计数器减l。否则，计数器重新设置 为初始值C。当计数器等于0时，仍然有实时业务没有被成功安排资 源，则就可以看出在这段时间内，授权节点的时隙利用率已经很高， 不能再处理实时业务请求。这时可以设定一个全局函数flag-foll，每 MSH-DSCH周期开始时，其初始值设定为0，当通过上述方法检 测出授权节点微时隙资源不足时，更新flag-fUll=l。 第二个指标，缓存区中请求队列长度。这个值可以表征缓存区中还存在的未处理的业务请求。需要另加 设定一个队列计数器&0,，进行对缓存区中的队列计数，当有队列 进入缓存区时，工c加上此队列长度，当有队列已经被处理完毕时须减去此队列长度，Lth为缓存区中能容纳队列长度的阈值， 这个参数可以根据缓存区的大小而确定。当缓存区中的队列长度 Zc。w大于Lth时，则说明缓存区中的请求业务仍然很多，此时设置一个标志位flag-long =1，表明此刻还有大量的业务需要被处理。当 缓存区中的队列长度小于Lth时，设置标志位flag-longi，表明缓存 区中的请求业务量不是很大。联合授权节点可用微时隙利用情况标示位和请求队列长度标示位信息，可以得到节点的拥塞状况，即如下所述当flag-fh1^0， flag-1ong^时，授权节点没有发生拥塞。当flag-fUll=0， flag-long=l时，授权节点缓存区中请求队列长度超过门限值，但其可用微时隙资源利用率不高。说明只是此时网络中有突发业务流。当flag-fUll=l， flag-long^时，授权节点发生拥塞。 当flag-fol卜l， flag-long^时，授权节点发生严重的拥塞。 本专利技术的优点为设计的资源调度方法考虑了多跳网络对实时业务时延上的影响， 提高了实时业务的优先级别，使得实时业务由于超时传输被拒绝的概 率减小。该方法根据业务请求情况动态地改变资源预留步长，解决了 原DSA算法固定步长地改变资源预留不能及时地满足业务需求的问 题，从而时隙利用率有所增加。拥塞检测方法的采用，使得授权节点 可以及时地检测到网络的拥塞状态，采取一定的措施，如另请求节 点更改转跳路径， 一定程度的保障了网络端到端的吞吐量。 附图说明图1是本专利技术IEEE 802.16 QoS保障框图2是本专利技术多跳实时预留和DSA的时隙利用率的比较；图3是本专利技术多跳实时预留和DSA的请求拒绝率的比较；图4是本专利技术拥塞检测算法对网络吞吐量的提高；图5是本专利技术拥塞检测算法本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ＩＥＥＥ８０２．１６的Ａｄ　Ｈｏｃ网络ＭＡＣ层ＱｏＳ保障方法，其特征是：包括资源调度方法，资源预留方法，拥塞检测方法；　所述的资源调度方法包括：　用授权节点维护三个请求队列：第一个是其它节点转发到请求节点的实时业务，请求节点为其向授权节点请求业务发送而形成的多跳转发实时业务请求队列；第二个是请求节点本身产生的需要发送给授权节点的实时业务，请求节点为发送业务而形成了“单跳”实时业务请求队列；第三个是请求节点为请求发送非实时业务而形成的非实时业务请求队列；所述的资源预留方法具体内容包括：　将步长Ｓｔ设定为一个随着两类业务量差值大小，动态变化的量；即当实时业务远远多于或少于非实时业务的时候，Ｓｔ取一个较大值，使实时业务立即占有或退让出微时隙资源预留，满足当前的业务量需求；当实时业务与非实时业务量相差不大时，Ｓｔ取值应该也比较小，保障两个业务继续公平地占有微时隙资源；　所述的拥塞检测方法具体内容包括：　判断授权节点可用微时隙利用情况方法和判断缓存区中业务请求队列长度方法；　所述的判断授权节点可用微时隙利用情况方法包括：　设置一个统计授权节点对于微时隙资源实时业务利用情况的计数器；用计数器Ｔ＿ｆｕｌｌ统计在ＭＳＨ－ＤＳＣＨ“发送周期”内，授权节点为实时业务微时隙资源占用安排情况；当一个实时业务请求被拒绝时就启动统计计数器，其初始值为Ｃ；如果授权节点服务没有成功为一个实时业务请求安排资源时，计数器减１；否则，计数器重新设置为初始值Ｃ；当计数器等于０时，仍然有实时业务没有被成功安排资源，则就可以看出在这段时间内，授权节点的时隙利用率已经很高，不能再处理实时业务请求；这时可以设定一个全局函数ｆｌａｇ－ｆｕｌｌ，每“ＭＳＨ－ＤＳＣＨ”周期开始时，其初始值设定为０，当通过上述方法检测出授权节点微时隙资源不足时，更新ｆｌａｇ－ｆｕｌｌ＝１；　所述的判断缓存区中请求队列长度方法包括：　设定一个队列计数器Ｌｃｏｕｎｔ，进行对缓存区中的队列计数，当有队列进入缓存区时，Ｌｃｏｕｎｔ加上此队列长度，当有队列已经被处理完毕时Ｌｃｏｕｎｔ须减去此队列长度，Ｌｔｈ为缓存区中能容纳队列长度的阈值，这个参数可以根据缓存区的大小而确定；当缓存区中的队列长度Ｌｃｏｕｎｔ大于Ｌｔｈ时，则说明缓存区中的请求业务仍然很多，此时设置一个标志位ｆｌａｇ－ｌｏｎｇ＝１，表明此刻还有大量的业务需要被处理；当缓存区中的队列长度小于Ｌｔｈ时，设置标志位ｆｌａｇ－ｌｏｎｇ...

【技术特征摘要】
1、基于IEEE802. 16的Ad Hoc网络MAC层QoS保障方法，其特征是包括资源调度方法，资源预留方法，拥塞检测方法；所述的资源调度方法包括用授权节点维护三个请求队列第一个是其它节点转发到请求节点的实时业务，请求节点为其向授权节点请求业务发送而形成的多跳转发实时业务请求队列；第二个是请求节点本身产生的需要发送给授权节点的实时业务，请求节点为发送业务而形成了“单跳”实时业务请求队列；第三个是请求节点为请求发送非实时业务而形成的非实时业务请求队列；所述的资源预留方法具体内容包括将步长St设定为一个随着两类业务量差值大小，动态变化的量；即当实时业务远远多于或少于非实时业务的时候，St取一个较大值，使实时业务立即占有或退让出微时隙资源预留，满足当前的业务量需求；当实时业务与非实时业务量相差不大时，St取值应该也比较小，保障两个业务继续公平地占有微时隙资源；所述的拥塞检测方法具体内容包括判断授权节点可用微时隙利用情况方法和判断缓存区中业务请求队列长度方法；所述的判断授权节点可用微时隙利用情况方法包括设置一个统计授权节点对于微时隙资源实时业务利用情况的计数器；用计数器T_full统计在MSH-DSCH“发送周期”内，授权节点为实时业务微时隙资源占用安排情况；当一个实时业务请求被拒绝时就启动统计计数器，其初始值为C；如果授权节点服务没有成功为一个实时业务请求安排资源时，计数器减1；否则，计数器重新设置为初始值C；当计数器等于0时，仍然有实时业务没有被成功安排资源，则就可以看出在这段时间内，授权节...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，崔蕾，申宏刚，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]