CN103596287B - 一种基于异构网络融合环境下的资源调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于异构网络融合环境下的资源调度方法，该方法的内容为：基站利用进入盲区内的移动终端UE首先将盲区的节点划分成若干个组；移动终端UE进入盲区成为移动网关UE后，盲区的节点以组为单位快速接入移动网关，同时采集并上传数据到移动网关；移动网关收集完数据后可以随时离开此组节点，然后移动到下一组节点继续收集数据。本发明利用移动网关UE根据区域内的分组情况调度各节点，快速建立连接并进行数据通信，无需重新组网并分配时隙，保证了数据的有效性和可靠性，增加了能量使用效率，有效的减少了数据冲突及入网传输延时，提高了网络的整体性能。

Description

一种基于异构网络融合环境下的资源调度方法

技术领域

本发明属于移动无线通信技术领域，涉及一种资源调度方法，特别是涉及一种基于异构网络融合环境下的资源调度方法。

背景技术

近年来，随着通信技术的飞速发展，使越来越多的无线通信***为用户提供了各种异构网络环境。无线传感网（如Zigbee）、无线个域网（如Bluetooth）、无线局域网（如Wi-Fi）、公众移动通信网（如2G，3G）等通信网络日臻成熟。上述网络为用户提供了无处不在，无时不在的信息通信服务。而为了给用户提供更好的接入服务，使网络具有更优的拓扑结构及可扩展性，实现真正意义上的自组织，自适应，以及具有端到端服务质量（QoS）保证的服务，异构网络从异构到融合成为不可避免的发展趋势。目前为止，异构网络融合技术中如何最高效的利用彼此网络的优势，通过对接入的控制实现无缝接入，是目前异构网络融合技术研究中的重点方向。

星型网络是自组织网络中应用较多的一种网络拓扑结构。星型网络属于集中控制型网络，整个网络由中心节点执行集中式通行控制管理，各节点间的通信都要通过中心节点。因此，中心节点相当复杂，而各个节点的通信处理负担都很小，只需要满足链路的简单通信要求即可。星型网络有几个优点：第一，控制简单，任何一站点只和中央节点相连接，易于网络监控和管理。第二，故障诊断和隔离容易，中央节点对连接线路可以逐一隔离进行故障检测和定位，单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网。第三，方便服务，中央节点可以方便地对各个站点提供服务和网络重新配置。但星型网络的中央节点负担重，容易形成“瓶颈”，且各站点的分布处理能力较低，导致中心节点的灵活性比较差。当中心节点即网关切换频繁时，移动网关每次进入盲区或暂时处于非连接状态的自组织网络区域时，中心节点将重组网络并利用传统的信道接入机制收集数据，这通常会带来很大的能量消耗和传输延时，使网络性能下降。

在如图1所示的基于多移动网关的应用场景中，如旅游景点、医院或大型购物中心等多对一的应用环境，各节点处于固定位置，UE进入盲区后，将作为网关收集节点的数据，收集数据之后可以随时离开网络。节点需要尽快接入并与UE进行通信，使延时最小化。在异构网络融合的架构下，移动终端的引入将有助于在蜂窝网协助下，提高盲区节点入网和传输效率，改善自组织网的性能。然而，在多移动UE的无线自组织网络应用中，移动网关进入盲区或暂时处于非连接状态的自组织网络区域时，停留时间相对较短，网关切换频率相对较高，按照现有的自组织网络组网方式对网络进行频繁重组及信道接入，通常会带来很大的能量消耗和传输延时，使网络性能下降，影响网络的生命周期。

在自组织网络应用中存在两种基于时分多址（TDMA，TimeDivisionMultipleAccess）的信道接入机制，帧结构如图2所示，其中图2（a）表示集中式TDMA的帧格式，图2（b）表示分布式TDMA的帧格式。在集中式TDMA模式下，第一个时隙用于接入点向网内节点广播流量控制信息，控制器通过调度信令发送节点ID和相应的时隙序列号，节点在所分配的指定时隙内传输消息。在分布式TDMA模式下，一个主动节点在分配的时隙内将分为三个执行部分，第一部分，在时隙开始的一小段时间内，首先侦听来自被动节点的请求通信消息，即通信请求部分（CR，communicationRequest）；第二部分，主动节点发送一个短控制消息，即流量控制部分（TC，TrafficControl），其中包含对被动节点请求的确认消息及其他控制及同步消息，比如时隙调度表；节点也侦听邻居节点的TC，从而能够获得邻居节点的信息来为自己选择合适的时隙；第三部分即数据部分，用于高协议层数据的实际传输。每一个时隙都由两部分组成：控制消息和数据单元。不管是哪种方式，调度信令负载都相对较大，包含了每个节点的ID及相应的时隙信息。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于异构网络融合环境下的资源调度方法，用于解决减少数据冲突及入网传输延时的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于异构网络融合环境下的资源调度方法。

一种基于异构网络融合环境下的资源调度方法，所述基于异构网络融合环境下的资源调度方法包括：

S1，移动网关UE进入自组织网络区域搜集节点的信息，并将所述节点的信息上报给基站BS；

S2，基站将上报的节点分组，移动网关确定各组内节点的调度时隙；

S3，基站BS定位移动网关UE的位置，并根据UE位置判断UE通信范围内的节点是否已经分组，如果已经分组完毕，则移动网关UE直接执行调度信令；如果存在节点未分组，则返回执行步骤S2。

优选地，所述步骤S1的一种详细实现过程为：

S11，移动网关UE在自组织网络区域内广播Beacon包，通过Beacon包唤醒一跳范围内的节点；

S12，被唤醒的节点上报自身的ID给移动网关UE；

S13，移动网关UE通过蜂窝端链路将节点的ID上传给基站BS。

优选地，所述步骤S2的一种详细实现过程为：

S21，基站BS记录上报的节点ID，产生一个逻辑组ID及此组节点的开始时间，同时更新基站中存储的组结构信息表；所述组结构信息表包括逻辑组ID、组内节点个数、组内中心节点位置以及组内节点信息单元；所述组内节点信息单元包括组内每个节点的ID及节点位置；

S22，基站BS将逻辑组ID及其组起始时间发送给移动网关UE；

S23，移动网关UE为该逻辑组内的节点分配调度时隙；

S24，移动网关UE通过自组织网络广播该逻辑组ID及其调度信令；所述调度信令包括逻辑组内所有节点的ID及其调度时隙。

优选地，步骤S3中，所述移动网关UE执行调度信令的一种详细实现过程为：

S31，基站BS确定移动网关UE的位置，并根据UE的位置和组结构信息表找出UE通信范围内的各组节点；

S32，基站BS向UE下发组控制信令，所述组控制信令包括逻辑组ID和组起始时间；

S33，UE向一跳范围内的节点发送所述组控制信令；

S34，所述一跳范围内的节点查询所述组控制信令获知自身节点的指定调度时隙，并根据所述指定调度时隙发送数据给UE。

如上所述，本发明所述的基于异构网络融合环境下的资源调度方法，具有以下有益效果：

本发明利用移动网关UE根据区域内的分组情况调度各节点，快速建立连接并进行数据通信，无需重新组网并分配时隙，保证了数据的有效性和可靠性，增加了能量使用效率，有效的减少了数据冲突及入网传输延时，提高了网络的整体性能。

附图说明

图1显示为基于多移动网关的应用场景示意图。

图2显示为帧结构示意图；其中图2（a）为集中式TDMA的帧格式示意图；图2（b）为分布式TDMA的帧格式示意图。

图3显示为本发明所述的基于异构网络融合环境下的资源调度方法的应用场景示意图。

图4显示为本发明所述的组结构信息表的结构示意图。

图5显示为本发明所述的基于异构网络融合环境下的资源调度方法的流程示意图。

图6显示为本发明所述的步骤S1的一种详细实现过程的流程示意图。

图7显示为本发明所述的步骤S2的一种详细实现过程的流程示意图。

图8显示为本发明所述的移动网关UE执行调度信令的一种详细实现过程的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在传统网络中，移动网关进入盲区或暂时处于非连接状态的自组织网区域时，停留时间相对较短，网关切换频率相对较高，按照现有的自组织组网方式需对网络进行频繁重组及信道接入，通常会带来很大的能量消耗和传输延时，使网络性能下降，影响网络的生命周期。而本发明公开了一种基于异构网络融合环境下的资源调度方法，该方法适用于存在移动网关并容易产生网关切换或网络定期休眠的环境监测，可以改善异构融合网络环境下宽带无线设备的接入和传输性能。

数据采集设备检测到高优先级突发业务的发生时，在一对多的自组织网络内，存在许多孤立节点由于网络处于非连接状态而不能工作。由于靠近网关端的节点很容易耗尽能量而导致其以下子节点也随之与网关断开连接，或者这些区域内没有固定的网关存在，节点以孤点的方式分布在此区域内并休眠，不定时的会有移动终端作为网关对区域内节点进行激活并组网，这些区域被认为是盲区。在融合网络架构下，自组织网络的应用服务类型和覆盖范围都将得到扩展，移动终端（UE，UserEquipment）能够作为移动网关在基站（BS，BaseStation）与自组织网络之间传输控制消息，并收集盲区内节点的相关信息。因此如何在蜂窝网的辅助下从处于盲区的节点处高效的收集消息并传递相关数据信息是一个关键的问题。

本发明的适用场景即定位于同一地点存在蜂窝网与其他自组织网络（传感网，WiFi等）同时覆盖的环境，大量移动终端具有双模（存在蜂窝网和自组织网络两种接入方式）功能且能同时运行不同业务，数据采集设备能够收集多种业务类型数据，并能提供一定的数据存储、分析及运算功能。本发明假设基站能获得网关UE的精确位置，基站通过组结构信息表维护自组织网络内各组节点的信息，包括分配给各组节点的逻辑组标识和组内节点的地址标识（ID，IDentity）。基站将盲区分成若干个组，UE进入网络区域内时，基站下发分组请求命令给UE，通过UE测量并上报节点信息，基站根据上报信息决定最终的分组。UE根据区域内的分组情况调度各节点，快速建立连接并进行数据通信，无需重新组网并分配时隙，保证数据的有效性和可靠性，增加了能量使用效率，有效的减少了数据冲突及入网传输延时。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

实施例

本实施例提供一种基于异构网络融合环境下的资源调度方法，该方法的适用场景如图3所示，为同一地点多种异构无线网络同时覆盖（比如传感网、蜂窝网等），且指定区域内存在大量孤立的节点，这些孤立的节点的位置基本固定，而且多数时间处于非链接状态，即为盲区。盲区内存在大量移动终端UE，且UE具有多模功能，即网络传输具有多对一的特点。

所述基于异构网络融合环境下的资源调度方法的主要内容为：基站利用进入盲区内的移动终端UE首先将盲区的节点划分成若干个组；移动终端UE进入盲区成为移动网关UE后，盲区的节点以组为单位快速接入移动网关，同时采集并上传数据到移动网关；移动网关收集完数据后可以随时离开此组节点，然后移动到下一组节点继续收集数据。

所述基于异构网络融合环境下的资源调度方法的具体实现过程如图5所示，包括：

S1，移动网关UE进入自组织网络区域搜集节点的信息，并将所述节点的信息上报给基站BS。

进一步，步骤S1的一种详细实现过程如图6所示，包括：

S11，移动网关UE在自组织网络区域内广播Beacon包，通过Beacon包唤醒一跳范围内的节点；

S12，被唤醒的节点上报自身的ID给移动网关UE；

S13，移动网关UE通过蜂窝端链路将节点的ID上传给基站BS。

S2，基站将上报的节点分组，移动网关确定各组内节点的调度时隙。

进一步，步骤S2的一种详细实现过程如图7所示，包括：

S21，基站BS记录上报的节点ID，产生一个逻辑组ID及此组节点的开始时间，同时更新基站中存储的组结构信息表；所述组结构信息表是描述在异构网络融合架构下，自组织网络节点组内信息的列表；如图4所示，所述组结构信息表包括逻辑组ID（GroupID）、组内节点个数（NodeNum）、组内中心节点位置（Locationofgroupcentre）以及组内节点信息单元（NodeInformationUnit）；所述组内节点信息单元包括组内每个节点的ID（NodeID）及节点位置（NodeLocation）。

S22，基站BS将逻辑组ID及其组起始时间发送给移动网关UE；

S23，移动网关UE为该逻辑组内的节点分配调度时隙；

S24，移动网关UE通过自组织网络广播该逻辑组ID及其调度信令；所述调度信令包括逻辑组内所有节点的ID及其调度时隙。

所述步骤S22至步骤S24详细描述了基站根据移动网关位置及组结构信息表帮助移动网关快速获取组地址且与组内节点建立链接的过程。

S3，基站BS定位移动网关UE的位置，并根据UE位置判断UE通信范围内的节点是否已经分组，如果已经分组完毕，则移动网关UE直接执行调度信令；如果存在节点未分组，则返回执行步骤S2。

进一步，移动网关UE执行调度信令的一种详细实现过程如图8所示，包括：

S31，基站BS确定移动网关UE的位置，并根据UE的位置和组结构信息表找出UE通信范围内的各组节点；

S32，基站BS向UE下发组控制信令，所述组控制信令包括逻辑组ID和组起始时间；

S33，UE向一跳范围内的节点发送所述组控制信令；

S34，所述一跳范围内的节点查询所述组控制信令获知自身节点的指定调度时隙，并根据所述指定调度时隙发送数据给UE。

本发明提供的基于异构网络融合环境下的资源调度方法适用于基于移动网关的大面积自组织网络，移动终端UE进入自组织网络区域成为移动网关后，节点将以组为单位快速接入移动网关并根据需求上传数据，UE网关收集完数据后可以随时离开此组节点。

本发明中，UE根据区域内的分组情况调度各节点，快速建立连接并进行数据通信，无需重新组网并分配时隙，保证数据的有效性和可靠性，增加了能量使用效率，有效的减少了数据冲突及入网传输延时，提高了网络的整体性能。

在本发明中，移动终端UE进入盲区成为移动网关后，BS定位UE位置并通过UE将盲区内的节点划分成若干个组，节点将以组为单位快速接入UE移动网关，并上传数据。UE网关可以随时离开此组节点或替换移动网关而不需要重组网络。本发明所述方法是一种预设顺序调度方式，是描述在异构网络融合架构下，BS预先设定组内各节点的通信时隙，之后的重新组网都将按照此预设时隙传输数据，无需网关重新分配时隙；而且本发明加入并改进了异构网络融合中的相关信令，降低了接入及传输过程中的能量损耗和不必要的信令交互。这种方法不仅可以减少网络的能量消耗及信令消耗，延长自组织网络的生命周期，增加能量使用效率；还可以减少入网和传输的时延，提高网络整体性能。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种基于异构网络融合环境下的资源调度方法，其特征在于，所述基于异构网络融合环境下的资源调度方法包括：

S1，移动网关UE进入自组织网络区域搜集节点的信息，并将所述节点的信息上报给基站BS；所述步骤S1的一种详细实现过程为：

S11，移动网关UE在自组织网络区域内广播Beacon包，通过Beacon包唤醒一跳范围内的节点；

S12，被唤醒的节点上报自身的ID给移动网关UE；

S13，移动网关UE通过蜂窝端链路将节点的ID上传给基站BS；

S2，基站将上报的节点分组，移动网关确定各组内节点的调度时隙；

S3，基站BS定位移动网关UE的位置，并根据UE位置判断UE通信范围内的节点是否已经分组，如果已经分组完毕，则移动网关UE直接执行调度信令；如果存在节点未分组，则返回执行步骤S2。

2.根据权利要求1所述的基于异构网络融合环境下的资源调度方法，其特征在于，所述步骤S2的一种详细实现过程为：

S21，基站BS记录上报的节点ID，产生一个逻辑组ID及此组节点的开始时间，同时更新基站中存储的组结构信息表；所述组结构信息表包括逻辑组ID、组内节点个数、组内中心节点位置以及组内节点信息单元；所述组内节点信息单元包括组内每个节点的ID及节点位置；

S22，基站BS将逻辑组ID及其组起始时间发送给移动网关UE；

S23，移动网关UE为该逻辑组内的节点分配调度时隙；

S24，移动网关UE通过自组织网络广播该逻辑组ID及其调度信令；所述调度信令包括逻辑组内所有节点的ID及其调度时隙。

3.根据权利要求1所述的基于异构网络融合环境下的资源调度方法，其特征在于：步骤S3中，所述移动网关UE执行调度信令的一种详细实现过程为：

S31，基站BS确定移动网关UE的位置，并根据UE的位置和组结构信息表找出UE通信范围内的各组节点；

S32，基站BS向UE下发组控制信令，所述组控制信令包括逻辑组ID和组起始时间；

S33，UE向一跳范围内的节点发送所述组控制信令；

S34，所述一跳范围内的节点查询所述组控制信令获知自身节点的指定调度时隙，并根据所述指定调度时隙发送数据给UE。