本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及一種資源調度方法，可用于無線MESH網絡，保證大量的業務數據傳送。

背景技術：

Mesh拓撲網絡是一種采用多點到多點拓撲結構的網絡，IEEE802.16協議定義了Mesh拓撲網絡的兩種調度方式：集中式調度和分布式調度。

集中式調度因其過于依賴Mesh網絡BS根節點，在基站出現故障后，整個網絡就會陷入癱瘓的狀態，所以使用較少。

分布式調度又可以分為協同分布式調度和非協同分布式調度。非協同分布式調度的調度消息只是用于在需要發送數據的節點之間建立請求和應答，不用與別的節點協商，一般用于對時間要求比較嚴格的快速調度中。而協同分布式調度的調度消息需要向鄰近節點廣播，且要與全網協商，獲得發送時機，以保證與別的節點之間不會發送碰撞。該協同分布式調度雖然可以實現對發送時隙的動態預約，有效避免由于競爭產生的沖突。但是針對海平面通信環境，在節點的數量不會太多，通信信道相對穩定的情況下，MAC層主要的任務是傳輸大量的業務數據，需要快速穩定的占用時隙資源，假如使用IEEE802.16Mesh網絡MAC層的協同分布式調度算法，幀結構中就需要有固定的調度控制子幀的時隙，調度控制子幀中廣播的消息中就需要包括對調度控制消息的下一次傳輸時隙的調度信息和占用數據子幀時隙的調度信息，同時還有調度算法所帶來的運算量的影響，整體來說，不能實現節點快速穩定的占用時隙資源，節點的管理消息和業務數據的傳輸得不到保障。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種無線MESH網絡的資源調度方法，以實現節點快速穩定的占用時隙資源，保障節點的管理消息和業務數據的正常傳輸。

本發明的技術思路是，通過對基本的幀結構進行改進，使節點對時隙的占用直接基于節點分配得到的地址編號。其實現方案包括如下：

(1)對IEEE802.16Mesh幀結構進行優化：

對IEEE802.16標準的Mesh網絡幀結構中時隙出現的頻率和位置進行改動，并去掉控制子幀的調度子幀部分，使得改動后幀結構中的一個幀僅包括一個網絡控制子幀Cn和M1個數據子幀D，其中，網絡控制子幀Cn中含有一個網絡接入時隙NENT和M2個網絡配置時隙NCFG，數據子幀D中含有M2個用戶設備時隙UE，其中1<M1，1<M2<255；

(2)入網節點按如下兩種情況分別選擇初始支撐節點獲得地址編號Node ID：

對于網絡中有預先設定的初始支撐節點情況，入網節點在開機后一直等待和搜索初始支撐節點發出的網絡配置消息，向其發出入網請求并獲得地址編號Node ID；

對于網絡中沒有預先設定的初始支撐節點情況，根據比較入網節點與鄰節點地址編號的大小得到初始支撐節點，入網節點向其發出入網請求并獲得地址編號Node ID；

(3)入網節點采用基于地址編號Node ID的調度：

(3a)對于網絡接入時隙NENT，所有企圖加入MESH網絡的新節點在此時隙內發送消息，并通過競爭方式對該時隙進行占用；

(3b)對于M2個網絡配置時隙NCFG，入網節點根據其地址編號Node ID的值進行占用，并在與該節點地址編號Node ID的值對應的網絡配置時隙NCFG到來時發送自己的網絡配置消息；

(3c)對于M1個數據子幀，每個數據子幀都有M2個用戶設備時隙UE，入網節點根據其地址編號Node ID的值進行占用，并在與該節點地址編號Node ID的值對應的用戶設備時隙UE到來時發送自己的數據；

(4)對數據子幀時隙調度進行優化：

(4a1)將網絡中存在的節點所占用的用戶設備時隙UE定義為有主用戶設備時隙UE；將未被分配給節點的地址編號Node ID所對應的用戶設備時隙UE定義為無主用戶設備時隙UE；

(4a2)對無主用戶設備時隙UE進行占用：入網節點先根據自身的業務數據流量，以及對Mesh網絡中所有無主用戶設備時隙UE的認知，發起對無主用戶設備時隙UE的占用聲明；再由入網節點的所有一跳鄰節點向該入網節點發送消息，以響應占用聲明；最后由入網節點發送確認消息。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

第一，由于本發明對IEEE802.16Mesh幀結構進行改動，使得更多的時隙用于傳輸業務數據，減少了節點間的管理消息的交互，避免了復雜的調度算法運算量。

第二，由于本發明采用基于地址編號Node ID的調度方法，克服了現有技術中用戶對資源競爭情況的問題，使得本發明具有降低節點時延的優點。

第三，由于本發明對基于地址編號Node ID調度進行了優化，使得本發明具有根據不同業務量需求動態分配資源，實現了快速穩定占用時隙的效果。

附圖說明

圖1是本發明的實現流程圖；

圖2是本發明中的幀結構圖；

圖3是本發明中的控制子幀結構圖；

圖4是本發明中的數據子幀結構圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的描述。

參照圖1，本發明的實現步驟如下：

步驟1，對IEEE802.16Mesh網絡MAC層幀結構進行改進。

在IEEE802.16Mesh拓撲網絡中，MAC層幀結構采用TDD模式。在時域中，一幀分為控制子幀和數據子幀兩部分。控制子幀又分為網絡控制子幀和調度控制子幀，其中網絡控制子幀又包括網絡接入時隙和網絡配置時隙。使用IEEE802.16Mesh網絡MAC層的基本調度算法，幀結構中就需要有固定的調度控制子幀的時隙，同時網絡控制子幀中廣播的消息就需要包括對網絡控制消息的下一次傳輸時隙的調度信息，調度控制子幀中廣播的消息中就需要包括對調度控制消息的下一次傳輸時隙的調度信息和占用數據子幀時隙的調度信息，同時還有調度算法所帶來的運算量對系統的影響，不能實現每個節點快速穩定的占用時隙資源，節點的管理消息和業務數據的傳輸時隙得不到保障，因此需要對該幀結構進行改進并提出相應的調度。

本發明對IEEE802.16標準的Mesh網絡幀結構改進是對其中時隙出現的頻率和位置進行改動，并去掉調度控制子幀，當節點需要發送資源調度控制消息時，把資源調度控制消息放在數據子幀中的基本速率子分組上進行發送。

參照圖2，本發明改動后的一個幀結構僅包括一個控制子幀和M1個數據子幀其中1<M1。

參照圖3，幀結構中的一個控制子幀，即Cn子幀，去掉了原來控制子幀中的調度控制子幀，只保留了網絡控制子幀。該網絡控制子幀包括兩種類型的時隙，分別為網絡接入時隙NENT和M2個網絡配置時隙NCFG，1<M2<255，其中：

所述網絡接入時隙NENT，是指所有企圖加入Mesh網絡的新節點發送消息的時隙；

所述M2個網絡配置時隙NCFG，是指鄰近節點之間進行信息交互傳輸的時隙；

參照附圖4，本發明幀結構的每個數據子幀包含M2個用戶設備時隙UE，用戶設備時隙UE包括數據突發前導序列，數據突發載荷和數據傳輸保護三部分，其中：

數據突發載荷，包括基本速率子分組和可變速率子分組兩種，該基本速率子分組又包括兩部分：第一部分用來指示用戶設備時隙UE中的可變速率子分組的編碼和調制方式，第二部分是基本速率子分組的載荷，其中基本速率子分組的載荷部分用來承載調度信息和短的數據報文，本實例用業務數據的ACK消息作為短的數據報文；該可變速率子分組主要是用來承載節點上層要發送的業務數據。

步驟2，選擇初始支撐節點入網獲得地址編號Node ID。

2a)開機后入網節點為自己隨機分配一個地址編號Node ID，并在與該地址編號Node ID對應的網絡配置時隙NCFG內發送網絡配置消息，在其他時間都持續監聽來自其他節點的網絡配置消息，其中地址編號Node ID，是指對控制子幀的M2個網絡配置時隙NCFG以及數據子幀的M2個用戶設備時隙UE從1到M2的編號，對于新入網的每個節點會分配得到自己唯一的地址編號Node ID，相當于因特網的IP地址；

2b)當入網節點監聽到有多個節點出現在相同的鄰節點域，則從多個節點中選擇一個節點作為初始支撐節點，其他節點向該節點發起入網請求，其選擇分為以下兩種情況：

第一種是：對于網絡中有預先設定的初始支撐節點的情況，入網節點在開機后一直等待和搜索初始支撐節點發出的網絡配置消息，當收到該消息后向其入網并獲得地址編號Node ID；

第二種是：對于網絡中沒有預先設定的初始支撐節點的情況，當入網節點接收到其他節點的網絡配置消息后，入網節點首先判斷對方節點是否是一個在網的節點：

如是，則向對方發起入網申請；

如非，則比較自身與對方的地址編號Node ID，選擇地址編號Node ID小的節點作為初始支撐節點，其他節點向該初始支撐節點發起入網申請并獲得地址編號Node ID，如果雙方地址編號Node ID相同，則等到下一幀周期改變自身地址編號Node ID后再次比較。

所述初始支撐節點，是指作為建立無線MESH網絡根節點的一個節點。

步驟3，入網節點采用基于地址編號Node ID的調度。

基于本發明的幀結構和節點入網后分配得到的地址編號Node ID，按照以下方式對消息和數據進行調度：

3a)對于網絡接入時隙NENT，所有企圖加入Mesh網絡的新節點在此時隙內發送網絡接入消息，對該時隙的占用是競爭式的，即指當網絡接入時隙NENT到來時有多個入網節點同時申請入網，則所有入網節點隨機避讓若干幀周期，而重新申請入網，直到網絡接入時隙NENT到來時只有一個入網節點申請入網，就將網絡接入時隙NENT分配給該入網節點；

3b)對于網絡配置時隙NCFG，采用基于地址編號Node ID的調度方式，在網節點占用獲得的地址編號Node ID對應的傳輸時隙發送網絡配置消息，此網絡配置時隙NCFG被在網節點唯一占用，對于已經分配的網絡配置時隙NCFG的其他節點無法占用，以保證網絡中節點不會發生沖突；

3c)對于數據子幀的用戶設備時隙UE，入網節點根據其地址編號Node ID的值進行占用，并在與該節點地址編號Node ID的值對應的用戶設備時隙UE到來時發送自己的數據，由于一個節點占用一個時隙，不會與別的節點發生沖突，降低了節點時延。

參照圖2，假設網絡中有21個節點，即M2為21，網絡中的這21個節點對應數據子幀中的21個用戶設備時隙UE，每一個節點占用一個時隙，占用時隙的編號和每一個節點分配到的地址編號Node ID對應，例如當編號為2的用戶設備時隙UE到來時地址編號Node ID值為2的節點就可以發送業務數據，如表1所示。

表1基于地址編號Node ID調度的用戶設備時隙UE占用

表1中，地址編號Node ID為2的節點每個幀周期發送8幀的數據小于等于可變速率子分組，鏈隊幀數鏈隊幀數始終為8即說明節點無需占用其他用戶設備時隙UE，則節點在編號為2的幀內占用編號為10、11、12、13的數據子幀的編號為2的用戶設備時隙UE，而節點在編號為3的幀內占用編號為1、2、3、4的數據子幀的編號為2的用戶設備時隙UE，顯示了節點在沒有大量數據發送的情況下按照地址編號Node ID對應的用戶設備時隙UE發送數據。

步驟4，對數據子幀時隙調度進行優化。

上述步驟3的調度僅適合網絡節點較少和在網節點不需要發送大量業務數據的情況，當節點需要發送大量的業務數據，且在網節點占用的用戶設備時隙UE無法完成數據傳輸時，可以申請節點沒有占用的用戶設備時隙UE，如果申請成功就可以在該用戶設備時隙UE發送自己的業務數據，即對數據子幀時隙調度進行如下優化：

(4a)對有主用戶設備時隙UE和無主用戶設備時隙UE進行定義：

將網絡中存在的節點所占用的用戶設備時隙UE定義為有主用戶設備時隙UE；

將未被分配給節點的地址編號Node ID所對應的用戶設備時隙UE定義為無主用戶設備時隙UE；

(4b)對無主用戶設備時隙UE進行占用聲明：

第一步：入網節點根據自身的業務數據流量，以及之前對Mesh網絡中所有無主用戶設備時隙UE的認知，發起對無主無主用戶設備時隙UE的占用聲明，該聲明采用調度控制消息來承載；

第二步：入網節點的所有一跳鄰節點向該入網節點響應占用聲明，也就是說，對某個無主用戶設備時隙UE的占用聲明是否被接受是由其一跳鄰節點來決定的，而一跳鄰節點接受或拒絕是根據其所收到的所有一跳鄰節點的占用聲明來綜合決定的：

對于相互沖突的占用聲明，該鄰節點根據聲明節點的優先級來仲裁，即地址編號Node ID小的聲明節點具有更高的優先級，優先得到響應；

對于優先級相同的占用聲明，則采用隨機函數來響應；

第三步：入網節點發送調度控制確認消息。

上述步驟4的優化可通過表2進一步說明：

表2基于地址編號Node ID優化調度用戶設備時隙UE占用

表2中，地址編號Node ID為2的節點每個幀周期發送16幀的數據大于可變速率子分組，鏈隊幀數鏈隊幀數一直在增加即說明節點在分配的用戶設備時隙UE內無法完成數據的發送需占用其他無主用戶設備時隙UE，則節點在編號為2的幀內占用編號為10、11、12、13的數據子幀的編號為2的用戶設備時隙UE并申請對編號為20的無主用戶設備時隙UE的占用，而節點在編號為3的幀內占用編號為1、2、3、4的數據子幀的編號為2和20的用戶設備時隙UE，顯示了在大量數據發送的情況下節點對無主用戶設備時隙UE的占用。

以上描述僅是本發明的一個具體實例不構成對本發明的任何限制，顯然對于本領域的專業人員來說，在了解了本發明內容和原理后，都可能在不背離本發明原理的情況下，進行形式和細節上的各種修正和改變，但是這些基于本發明思想的修正和改變仍在本發明的權利要求保護范圍之內。