基于队长预测的信道动态分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，涉及一种信道的动态分配方法，可应用于各种通信的 局域网和接入网领域。
【背景技术】
[0002] 在基于共享媒质的局域网和接入网中，为实现信道资源的合理和无冲突的分配， 常采用一个有中心的点到多点的逻辑拓扑结构。在这种网络结构中，中心节点统一为其余 从属节点分配信道资源。中心节点和从属节点之间可以直接进行数据通信。通常，将从属节 点到中心节点方向的传输称为上行传输，将中心节点到从属节点方向的传输称为下行传 输。
[0003] 在实现点到多点通信的广播信道中，为提供服务质量QoS保证，中心节点常采用基 于周期性报告/授权的时分双工/时分多址机制来实现信道资源的动态分配。在这种机制 中，把信道划分成连续且互不重叠的传输周期，每个周期包括上行传输区段和下行传输区 段，上行传输区段依次由多个从属节点的上行传输区间组成，下行传输区段依次由多个从 属节点的下行传输区间组成。各个从属节点生成报告帧并发送给中心节点，报告其上行信 道需求；同时，中心节点获取各个从属节点的下行信道需求。中心节点根据这些信息生成规 划帧并发送给所有从属节点，该帧给出了其后某一个传输周期的信道分配方案。中心节点 和各从属节点在规划帧规定的传输区间进行数据传输。
[0004] 现有的时分双工/时分多址信道分配方法有两种:第一种是基于固定带宽的分配 方法，中心节点为各从属节点分配固定的信道资源，这种分配方法实现简单，但所分配的固 定信道资源无法反映节点的实际业务需求，因此不适于数据业务。如果节点没有数据传输， 会产生信道资源的浪费；如果节点有突发性业务到达，则会因为分配的信道资源不足导致 较大的时延甚至丢包。第二种是在报告/授权机制下基于当前队长的动态分配方法，各个从 属节点在规定时刻向中心节点发送报告帧，其中包含了该节点当前时刻的上行队列长度。 中心节点在信道分配方案计算时刻根据各个从属节点报告的上行队列长度和当前时刻采 集的下行队列长度生成并发布规划帧，各节点在规划帧授权的传输区间进行数据传输。由 于在这种基于报告/授权的信道分配方法中，信道分配方案计算时刻或队长报告时刻与数 据传输开始时刻之间存在一定时延，而该方法并没有考虑这段时间内进入节点队列的数据 量，因此无法反映节点的实际业务需求，影响了信道分配的准确性，降低了信道利用率。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于队长预测的信道动态 分配方法，该方法根据节点在报告时刻或信道分配方案计算时刻的队列长度，预测节点在 数据传输区段开始时刻的队列长度，据此反映节点的实际业务需求，从而可更准确地为节 点分配信道资源，提高信道利用率，为用户提供更好的QoS保证。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
[0007] (1)设网络中有一个中心节点A和P个从属节点，从属节点的编号为Zi，i从1到P;
[0008] (2)将信道划分成连续且互不重叠的传输周期，各从属节点在规定的传输区间向 中心节点A发送报告帧，中心节点A通过发布规划帧告知P个从属节点其后某一个传输周期 的信道分配方案；
[0009] (3)设置不同传输周期的工作时刻：
[0010] 在传输周期a中，设从属节点Zi向中心节点A发送报告帧的时刻为TRi;
[0011] 在传输周期b中，设中心节点A预测从属节点Zi在传输周期d中的上下行信道需求 的时刻为Tc;
[0012] 在传输周期c中，设中心节点A发布规划帧的时刻为Tm;
[0013] 在传输周期d中，设上行数据传输区段的开始时刻为TB，下行数据传输区段的开始 时刻为Te;
[0014] 其中a < b < c〈d，TRi<Tc<TM，Tm<Tb，Tm<Te ;
[0015] (4)中心节点A在Te时刻按照下述规则预测在传输周期d中从属节点Zi的上行信道 需求Sui，i从1到P:
[0016] (4a)中心节点A预测Tc时刻从属节点Zi的上行队列长度:Luci = max(LRi+NR(；i-SRCi， 〇)，其中LRi为TRi时刻从属节点Zi报告的上行队列长度，NRCi为T Ri至Tc之间进入从属节点Zi上 行队列的预测数据量，3^1为1^1至1^之间从属节点Zi按照规划帧的规定传输的上行数据量； [00 17](4b)中心节点A预测TM时刻从属节点Zi的上行队列长度:LuMi = max(Luci+Nui-SuMi， 〇)，其中Nui为Tc至Tm之间进入从属节点Zi上行队列的预测数据量，SuMi为Tc至Tm之间从属节 AZi按照规划帧的规定传输的上行数据量；
[0018] (4c)中心节点A预测TB时刻从属节点Zi的上行队列长度:LBi=max(LuMi+NMBi-SMBi， 0)，其中NMBi为Tm至Tb之间进入从属节点Zi上行队列的预测数据量，SMBi为Tm至Tb之间从属节 AZi按照规划帧的规定传输的上行数据量；
[0019] (4d)中心节点A预测从属节点Zi的上行信道需求:Sui = LBi;
[0020] (5)中心节点A在Tc时刻按照下述规则预测在传输周期d中从属节点Zi的下行信道 需求S Di，i从1到P:
[0021 ] (5a)中心节点A预测TM时刻从属节点Zi的下行队列长度:LDMi = max(LD(；i+NDi-SDMi， 0)，其中LdcATc时刻从属节点Zi的下行队列长度，NdATc至TM之间进入从属节点Zi下行队 列的预测数据量，S DM^TC至TM之间从属节点照规划帧的规定传输的下行数据量；
[0022] (5b)中心节点A预测TE时刻从属节点Zi的下行队列长度:LEi=max(LDMi+NMEi-SMEi， 0)，其中NMEi为Tm至Te之间进入从属节点Zi下行队列的预测数据量，SMEi为Tm至Te之间从属节 AZi按照规划帧的规定传输的下行数据量；
[0023] (5c)中心节点A预测从属节点Zi的下行信道需求:SDi = LEi;
[0024] (6)中心节点A计算从属节点Zi的上行数据传输区间长度Xu和下行数据传输区间 长度XDi :
[0025] 中心节点A计算从属节点Z#输Su的时长：巧和传输SDl的时长：心=^， 得至ijP个从属节点的以和以后，使用调度算法计算得到传输周期d中分配给从属节点Zi的上 行数据传输区间长度Xu和下行数据传输区间长度XDl，其中Vui为从属节点Zi的上行传输速 率，VDi为从属节点Zi的下行传输速率；
[0026] (7)中心节点A将P个从属节点的上行数据传输区间长度XudP下行数据传输区间长 度X Di填入到规划帧中相关字段，并在TM时刻发布规划帧；
[0027] (8)在传输周期d的上行传输方向，从属节点Zi在规划帧规定的上行数据传输区间 向中心节点A发送数据;在传输周期d的下行传输方向，中心节点A在规划帧规定的从属节点 Zi的下行数据传输区间向从属节点&发送数据。
[0028]本发明具有如下优点：
[0029] 1.提高了信道动态分配的准确性
[0030] 本发明由于预测了数据传输区段开始时刻节点的队列长度，更准确地反映节点的 实际业务需求，并据此动态进行信道资源的分配，因此提高了信道动态分配的准确性，最终 提高了信道利用率，为每个用户提供了更好的QoS保证。
[0031] 2.克服了现有技术的不足
[0032] 本发明与基于固定带宽的分配方法相比，可以根据业务速率的变化对信道资源的 分配做出及时调整；
[0033] 本发明与在报告/授权机制下基于当前队长的动态分配方法相比，能够更准确地 预测节点的实际业务需求，提高了信道分配的准确性。
【附图说明】
[0034]图1为本发明的使用场景图；
[0035]图2是本发明的实现流程图；
[0036] 图3是本发明中上行工作时刻和传输周期的关系示意图；
[0037] 图4是本发明中下行工作时刻和传输周期的关系示意图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明的内容做进一步详细阐述。
[0039] 参照图1，本实例使用的网络由1个中心节点A和P = 3个从属节点组成，从属节点编 号为Zni = l~P。该网络中信道被划分成连续且互不重叠的传输周期，其中传输周期a、传 输周期b、传输周期c、传输周期d为四个连续的传输周期，每个传输周期的长度为2.3ms，上 行数据传输区段长度为〇. 8ms，下行数据传输区段长度为lms。
[0040] 参照图2,本实例的实现步骤如下：
[0041 ] 步骤1，获取工作时刻：
[0042]参照图3,在传输周期a中，从属节点Zi开始记录进入其上行队列的数据量的时刻 为IV，本实例中Tw=0;从属节点Zi向中心节点A发送报告帧的时刻为TRi，本实例中从属节点 Zi向中心节点A发送报告帧的时刻Tri = 2ms，从属节点Z2向中心节点A发送报告帧的时刻Tr2 =2.05ms，从属节点Z3向中心节点A发送报告帧的时刻Tr3 = 2.2ms;
[0043] 在传输周期b中，中心节点A预测从属节点Zi