[发明专利]一种面向无线网络的混合时隙调度方法

说明书

本发明公开了一种面向无线网络的混合时隙调度方法。本发明选取网络中产生周期性时隙请求的节点构建周期性时隙请求节点集合，并构建时隙请求周期集集合；选取网络中产生非周期性时隙请求的节点构建非周期性时隙请求节点集合，并构建非周期性时隙请求节点时间集合；计算周期性时隙请求节点集合中每个节点的时隙竞争调度参数；若没有非周期性时隙请求到达时，在周期性时隙调度时将时隙分配给各个请求时隙的节点；若非周期性时隙请求即偶发时隙请求到达时，根据非周期性时隙请求到达的时间通过混合时隙调度方法进行重新调度；本发明实现了面向周期性时隙请求和非周期性时隙请求的混合式时隙调度，提高了时隙调度的效率和时隙的利用率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种面向无线网络的混合时隙调度方法。

背景技术

工业控制网是无线控制网络的典型应用，常用在工厂自动化等领域。工业控制网是一种对实时性要求非常高的网络，要求数据报文能在截止时间内被目的节点接收，而其中MAC层的机制对实时性至关重要。对此工业界开展了广泛研究，并取得了一定的进展，考虑到控制网络通信的周期性和实时性要求，以及Wi-Fi 设备的高性价比特性，学术界目前对基于IEEE802.11设备实现TDMA协议集中在长距离通信和实时性控制两方面。

Wi-Fi TDMA协议用于长距离通信。2006年伯克利TIER研究组利用常规商用802.11器件设计了TDMA机制替代竞争接入机制，用以解决偏远地区的网络接入问题。2009年，印度理工学院的研究人员发布了设计和实现基于MADWIFI的多跳TDMA系统，该系统解决了长距离通信的时钟同步精度低的问题，同时通过测试验证了该TDMA系统的鲁棒性，并初步投入了商用。此外，天津大学在2008 年和2012年承担的国家自然科学基金课题中也进行了类似的研究。

Wi-Fi TDMA协议用于控制网络。针对工业控制应用的研究目前主要集中在学术领域。中科院沈阳自动化所在Atheros5000芯片驱动的基础上设计了工业无线网络TDMA协议，西安电子科技大学将该方案改进并移植到Atheros9000系列网卡芯片上。但是，上述Wi-FiTDMA技术中仅仅考虑了工业网络环境；这与智能家居、智慧城市、智能交通等新场景所处的多种不同设备、协议共存的混合无线网络环境相去甚远。德克萨斯大学奥斯汀分校在实时Wi-Fi技术研究中，通过连续发送两帧(而非重新竞争)的方式来提高Wi-Fi TDMA在控制应用中的实时性。

与IEEE802.11协议相对应的TDMA协议能够提供确定性的时延保证，而 Wi-Fi具有速率高、安全性好等特点。TDMA协议就是每个通信节点分配独立的用于数据收发的时隙，而节点在无收发的空闲时隙内转入睡眠状态；该协议确保站点及时获得无线信道，从而降低发送时延，是解决Wi-Fi实时性问题的一种有效手段。时隙是TDMA系统的基本时间单位，时隙的大小直接决定了数据帧传输截止时间、网络吞吐量等关键性能指标。

在Wi-Fi网络中，对时隙的分配，是满足实时性要求、提高数据传送效率的关键所在。特别是当网络中存在周期性和偶发时隙请求时，对时隙分配的要求更高。本发明针对周期性和偶发请求的时隙分配问题，通过混合式的动态时隙分配，来最大化时隙调度的效率。

发明内容

本发明解决其技术问题采用的技术方案为一种面向无线网络的混合时隙调度方法，具体步骤如下

步骤1，选取网络中产生周期性时隙请求的节点构建周期性时隙请求节点集合，并构建时隙请求周期集集合；

步骤2，选取网络中产生非周期性时隙请求的节点构建非周期性时隙请求节点集合，并构建非周期性时隙请求节点时间集合；

步骤3：计算周期性时隙请求节点集合中每个节点的时隙竞争调度参数；

步骤4：若没有非周期性时隙请求到达时，在周期性时隙调度时将时隙分配给各个请求时隙的节点；