基于IEEE802.16d标准的无线Mesh网MAC层资源调度策略

摘要

基于IEEE802.16d标准的无线Mesh网MAC层资源调度策略，在一定程度上解决了单业务资源调度的公平性问题和多业务资源调度时服务质量(QoS)保证问题。网络只有单类型业务时，每个节点建立两类队列，请求队列和授权队列，通过对每个队列进行轮询调度来使每种业务流公平地占用资源，包括带宽请求/授权机制、调度机制、时隙分配机制和补偿机制；在多业务的情况下，根据业务实时性要求的不同，可对各种不同的业务流设置不同的优先级，动态分配带宽，使得在满足每种业务流的服务质量(QoS)的前提下，尽可能大的提高系统的吞吐量，包括分类机制、带宽预留机制和降级机制。

主权项

1.基于IEEE802.16d标准的无线Mesh网MAC层资源调度策略，其特征是：网络中只有一种类型的业务时，采用一种公平的端对端资源调度方法，该调度方法的实施分为四种机制：带宽请求/授权机制、调度机制、时隙分配机制和补偿机制；所述的带宽请求/授权机制具体内容包括：从上层接收到的服务数据单元被送进分组调度器中，每个调度器选择要传送的分组，封装成协议数据单元，然后送往物理层，在每个分组调度器里，不同的业务分组被送进不同的缓存中，采用赤字轮询调度方式调度；以下定义，只要从源节点产生一个服务数据单元，发送给目的节点，则认为是从源节点到目的节点的一个业务流，对于该业务流的路径中任一节点(X)，执行以下两种情况：a)当任一节点(X)接收到该服务数据单元时，查找它的有效流列表，如果列表中没有该业务流的记录，则添加该业务流到其有效列表；b)当任一节点(X)在某个规定的时间内还没有接收到该流的服务数据单元时，则任一节点(X)将这业务流从其有效列表中删除；对于任一节点(X)，维护着两类队列：请求队列和授权队列；请求队列：如果有业务流从任一节点(X)流向其邻居节点(Y)，则任一节点(X)维护着一个虚拟的向其邻居节点(Y)的请求队列，请求队列中包含以下状态变量：reqY out：任一节点(X)通过请求信息单元向其邻居节点(Y)发送请求，通知它要传输的字节数；cnfY out：任一节点(X)确认其邻居节点(Y)分配给它的字节数；blogY out：任一节点(X)向其邻居节点(Y)发送等待的字节数，因为这些等待的数据发送的带宽请求消息未被处理；如果${b\log }_Y^{\mathrm{out}}=0,则认为请求队列无效，该队列从有效列表中删除；再定义一个变量pending，该变量计算如式：$ \mathrm{pending}={\mathrm{req}}_Y^{\mathrm{out}}-{\mathrm{cnf}}_Y^{\mathrm{out}}该变量的阈值为pendingmax，当超过阈值时，表明请求节点的请求已经不能被授权节点所满足；授权队列：如果有业务流从其邻居节点(Y)流向任一节点(X)，则任一节点(X)维护着一个虚拟的向其邻居节点(Y)的授权队列，该队列包含以下状态变量：reqY\; in：其邻居节点(Y)通过请求信息单元向任一节点(X)发送请求，通知它要传输的字节数；gntY\; in：任一节点(X)已经向其邻居节点(Y)授权了的字节数；如果$ {\mathrm{req}}_Y^{\mathrm{in}}={\mathrm{gnt}}_Y^{\mathrm{in}},则该队列从有效列表中删除；任一节点(X)对每个流向自己的业务流维护一个授权队列，以向从它的邻居节点发来的业务流提供资源，它将该业务流转发向其他节点时，为该业务流维护一个请求队列，以向它要转发的节点请求资源，对于每个队列，都分配了一个权重值\phi ，该权重值的计算如式：$ {\phi }_i=\frac{{\Sigma }_{j\in A}{I}_i\left(j\right)}{\left|A\right|}其中，|A|表示流入和流出任一节点(X)的业务流数的总和，j是有效的流，Ii(j)是指示函数，如果j是在队列i下的服务时，指示函数的值为1，否则为0；由于每个业务流在确定的一个队列下得到服务，因此\sum iФi＝1，带宽请求和授权机制适用于所有的有效请求和授权队列；所述的调度机制具体内容包括：请求队列和授权队列是通过轮询方式被服务的，在每一轮中队列被服务的字节数是ФiFRR，其中FRR是系统参数，称为一轮持续时间；在分布式调度消息中，每一个授权队列i有权授予超过ФiFRR的字节数给i的邻居节点，同时每个请求队列i有权请求超过ФiFRR的字节数给i的邻居节点；如果从i的邻居节点请求/授予的字节数少于ФiFRR，这个队列在服务后将被从有效列表中去除；对有效列表中所有的队列采用一种轮询的方式，直到出现以下几个条件为止：1)有效列表为空；2)在控制帧中没有剩余的时隙来增加其他的信息单元给分布式调度消息；3)未被服务的队列的补偿参数的值超过了其阈值；所述的时隙分配机制具体内容包括：1)随机选择一个信道；2)找出第一个帧的第一个可用时隙；3)如果没有可用的时隙，转到下一个信道；4)如果所有的时隙都被搜索到，转到下一个帧；首先，时隙的访问顺序是时间顺序的，能够减少带宽协商的时间；第二，相隔两跳的节点不知道对方发送的分布式调度消息，它们能授权相同的时隙给未被确认的邻居节点，这些邻居节点在同一个信道上，随机选择信道降低该事件发生的概率；最后，在同一个信道下的同一个帧里，授权越多连续时隙能减少分布式调度消息中的授权信息单元数；所述的补偿机制具体内容包括：一个队列在一轮的调度中未被服务的字节数用补偿参数来表示，当在进行下一轮调度时，它可以在本次多使用一些带宽以补偿上次的调度，补偿参数应设置一个上界值，以防止该队列长期不被服务，导致“饿死”的现象。$$$$