CN109041230A - 一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，采用逐轮递增循环控制算法为路径分配时隙资源，在每轮次时隙分配时，执行如下步骤：步骤一、通过优先链路选择算法选出可用时隙数量最少的链路集，确定待分配时隙的链路；步骤二、通过优先时隙选择算法为待分配时隙的链路，在可用时隙集中查找干扰程度最小的时隙；步骤三、通过时隙分配算法为待分配时隙的链路分配步骤二得到的干扰程度最小的时隙，并对一跳、两跳邻居链路的可用时隙集进行更新。本发明克服了现有的时隙分配方法难以同时满足计算量小和获取路径最大带宽这两方面需求，为TDMA网络路径传输能力评估和QoS路径选择提供理论依据。

Description

一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法

技术领域

本发明涉及一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法。

背景技术

时分多址接入(Time Division Multiple Aceess,TDMA)是移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Networks,MANET)中常用的信道接入协议，通过动态的时隙分配和无冲突的空间复用，可有效提高信道资源的利用率和网络整体性能。基于TDMA的MANET网络(以下简称“TDMA网络”)的路径最大带宽是进行路径传输能力评估的重要指标，也是进行QoS路由选择的判决依据，但TDMA网络的路径带宽计算属于典型的NP(Non-DeterminationPolynomial)完全问题，路径带宽大小由时隙分配方法决定，现有的路径带宽计算及时隙分配方法主要有以下三类：

一是使用构成该路径各条链路的最小带宽作为路径最大带宽，这显然是不正确的。

二是采用基于前向/后向算法(Forwarding/Backward Algorithm,FA/BA)的启发式分配方法，从源/目的节点开始逐跳计算局部最优解，直至到达目的/源节点后为止，该方法与AODV路由协议的寻址机制非常匹配，计算效率高，但由于求解的是本地最大带宽，无法得到全局最优解,即获取不了路径最大带宽。

三是从全局的角度进行时隙分配(Slot Assignment by Global Overview,SAGO)，优先为可用时隙资源少的链路分配时隙；优先分配对其它链路干扰小的时隙；当存在多条时隙资源最少的链路时，从中找出对其它链路干扰小的时隙，优先为该时隙所对应的链路分配时隙。与基于局部最优的启发式时隙分配方法相比，SAGO时隙分配方法更有利于获取全局最优的时隙分配方案；但SAGO主要用于判断路径是否满足给定带宽需求，而不是求解路径最大带宽，若定义“为1条链路分配1个时隙的计算量等于1”，则SAGO时隙分配方法获取路径最大带宽的计算量略大于其中N为构成路径的链路数，r_max为路径最大带宽。当r_max较大时，SAGO时隙分配方法的计算量远大于启发式分配方法的计算量N·r_max。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，旨在解决现有TDMA网络路径带宽计算与时隙分配方法难以同时解决计算量和全局最优解的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，采用逐轮递增循环控制算法为路径分配时隙资源，在每轮次时隙分配时，执行如下步骤：

步骤一、通过优先链路选择算法选出可用时隙数量最少的链路集，确定待分配时隙的链路；

步骤二、通过优先时隙选择算法为待分配时隙的链路，在可用时隙集中查找干扰程度最小的时隙；

步骤三、通过时隙分配算法为待分配时隙的链路分配步骤二得到的干扰程度最小的时隙，并对一跳、两跳邻居链路的可用时隙集进行更新。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明提出的逐轮递增循环分配、受限链路优先分配和低干扰时隙优先分配相结合的联合分配方法，克服了现有的时隙分配方法难以同时满足计算量小和获取路径最大带宽这两方面需求，为TDMA网络路径传输能力评估和QoS路径选择提供理论依据。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为TDMA网络链路时隙干扰示意图；

图2为基于受限优先的逐轮递增式时隙分配过程；

图3为前向启发式时隙分配过程；

图4为SAGO时隙分配过程。

具体实施方式

一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，包括如下内容：

在MANET网络中，设R表示由N条链路l_i,i∈[1,N]构成的路径，即R＝l₁→l₂→L l_N，如图1所示。链路l_i的可用时隙集记为x(i),当链路l_i选取时隙j,j∈x(i)进行通信时，如果链路l_i一跳邻居链路l_i-1、l_i+1和两跳邻居链路l_i-2、l_i+2也采用时隙j进行通信，则由于无线信号的广播特性，链路之间会发生相互干扰；定义x(i)中时隙j对其余链路的干扰程度为m(i,j)，等于时隙j在链路l_i的一跳邻居链路可用时隙集x(i-1)、x(i+1)和两跳邻居链路可用时隙集x(i-2)、x(i+2)中出现的次数，取值范围[0,4]。

1.时隙分配原则

基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法遵循以下原则：

原则一：照逐轮递增的顺序，循环为路径分配时隙资源，即每轮为各链路分配1个时隙，一轮结束后再开始下一轮时隙分配，直至所有可用时隙分配完为止；

原则二：从当前轮次尚未分配时隙的链路中，选择可用时隙数量少的链路分配时隙；

原则三：当存在多条可用时隙数量最少的链路时，计算各链路每个时隙对其余链路的干扰大小，优先为干扰最小的时隙所对应的链路分配时隙；

原则四：当存在多条可用时隙数量最少的链路，且有多个对其余链路干扰最小且相等的时隙，且多个时隙属于不同的链路，则优先为链路序号最小的链路分配时隙；

原则五：选定待分配链路后，为其优先分配对其余链路干扰小的时隙；

原则六：选定待分配链路后，若存在多个对其余链路干扰小且相等的时隙，则优先分配时隙序号最小的时隙；

原则七：当前轮次任一尚未分配时隙的链路无可用时隙时，时隙分配过程终止。

2.算法实现

设每时帧的业务时隙数量为T，路径R的最大带宽为r_max个时隙，分配给链路l_i的时隙集记为y(i)；将当前轮次尚未分配时隙的链路集记为L₁，L₁中可用时隙数量最少的链路集记为L₂。对应时隙分配原则，时隙分配过程主要包括以下算法：

(1)逐轮递增循环控制算法

逐轮递增循环控制算法对应时隙分配原则一，用于确保当前轮次为所有链路各分配1个时隙后才允许启动下一轮次时隙分配。逐轮递增循环控制算法伪代码为：

(2)优先链路选择算法

优先链路选择算法对应时隙分配原则二、三、四，用于确保资源受限的链路享受优先分配时隙的权利。优先链路选择算法伪代码为：

(3)优先时隙选择算法

优先时隙选择算法对应时隙分配原则五、六，用于确保干扰程度最小的时隙享受优先分配的权利。优先时隙选择算法伪代码为：

(4)时隙分配算法

时隙分配算法用于为选定的链路分配选定的时隙，并对可用时隙集和分配时隙集进行更新。时隙分配算法伪代码为：

(5)过程控制算法

过程控制算法用于控制时隙分配方案的启动、运行和结束，对应时隙分配原则一～七。过程控制算法伪代码为：

3.举例说明

假设路径R＝l₁→l₂→l₃→l₄→l₅，每时帧业务时隙数量为6，各链路可用时隙集分别为x(1)＝{1,2,5,6}、x(2)＝{1,3,4}、x(3)＝{1,2,5,6}、x(4)＝{3,4,5,6}、x(5)＝{1,3,4}，采用基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，时隙分配过程如图2所示：

Stepi表示执行第i次时隙分配。

在Step1阶段，首先通过LinkSelection()算法选出可用时隙数量最少的链路集L₂＝{l₂,l₅}，确定待分配时隙的链路为l₂，再通过SlotSelection()算法查找链路l₂可用时隙集x(2)中干扰程度最小的时隙3^#，最后通过SlotAssignment()算法为链路l₂分配时隙3^#，并对一跳、两跳邻居链路可用时隙集进行更新；

Step2-10阶段的时隙分配过程与Step1完全相同，计算量等于10，最后得到各链路分配时隙集分别为y(1)＝{5,6}、y(2)＝{3,4}、y(3)＝{1,2}、y(4)＝{5,6}、y(5)＝{3,4}，路径R＝l₁→l₂→l₃→l₄→l₅最大带宽r_max＝2。

很显然，路径R各链路的最小带宽为3，而路径最大带宽为2，进一步证实了不能将构成路径各链路的最小带宽作为路径最大带宽。

若采用前向启发式时隙分配方法，时隙分配过程如图3所示：

在Step1-6阶段，根据l₁、l₂、l₃三条链路可用时隙集x(1)＝{1,2,5,6}、x(2)＝{1,3,4}、x(3)＝{1,2,5,6}，确定分配时隙集分别为y(1)＝{1,2}、y(2)＝{3,4}、y(3)＝{5,6}；在Step7阶段，根据l₂、l₃两条链路分配时隙集y(2)＝{3,4}、y(3)＝{5,6}，以及链路l₄的可用时隙集x(4)＝{3,4,5,6}，确定l₄的分配时隙集为φ。也就是说，采用前向启发式时隙分配方法，求得路径带宽为0，进一步证实了启发式时隙分配方法无法得到全局最优解，获取不了路径最大带宽。

若采取SAGO全局时隙分配方法，时隙分配过程如图4所示：

首先假设路径R能够提供1时隙的带宽，通过采取与“基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法”相同的Step1-5阶段，确认假设成立；再假设路径R能够提供2时隙的带宽，通过Step6-15节点,确认该假设成立；再假设路径R能够提供3时隙的带宽，通过Step16-18，为链路l₅分配时隙y(5)＝{1,3,4}，再检测链路l₄的可用时隙数量为2，小于路径R的3时隙带宽要求，确认假设不成立。也就是说，采用SAGO时隙分配方法，求得路径最大带宽为2，但计算量为18，进一步证实了SAGO时隙分配方法计算量大的问题。

Claims (7)

1.一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，其特征在于：采用逐轮递增循环控制算法为路径分配时隙资源，在每轮次时隙分配时，执行如下步骤：

步骤一、通过优先链路选择算法选出可用时隙数量最少的链路集，确定待分配时隙的链路；

步骤二、通过优先时隙选择算法为待分配时隙的链路，在可用时隙集中查找干扰程度最小的时隙；

步骤三、通过时隙分配算法为待分配时隙的链路分配步骤二得到的干扰程度最小的时隙，并对一跳、两跳邻居链路的可用时隙集进行更新。

2.根据权利要求1所述的一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，其特征在于：所述逐轮递增循环控制算法是指每轮为各链路分配1个时隙，一轮结束后再开始下一轮时隙分配，直至所有可用时隙分配完为止。

3.根据权利要求2所述的一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，其特征在于：所述优先链路选择算法是指：从当前轮次尚未分配时隙的链路中，选择可用时隙数量最少的链路，为其分配时隙。

4.根据权利要求3所述的一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，其特征在于：当存在多条可用时隙数量最少的链路时，计算各链路每个时隙对其余链路的干扰大小，优先为干扰最小的时隙所对应的链路分配时隙。

5.根据权利要求4所述的一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，其特征在于：当存在多条可用时隙数量最少的链路，且有多个对其余链路干扰最小且相等的时隙，且多个时隙属于不同的链路时，优先为链路序号最小的链路分配时隙。

6.根据权利要求5所述的一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，其特征在于：所述优先时隙选择算法是指：选定待分配链路后，为其优先分配对其余链路干扰小的时隙。

7.根据权利要求6所述的一种基于受限优先的逐轮递增式时隙分配方法，其特征在于：选定待分配链路后，若存在多个对其余链路干扰小且相等的时隙，则优先分配时隙序号最小的时隙。