[发明专利]基于动态时隙分配的无线Mesh网络低时延优化方法

说明书

本发明提供一种基于动态时隙分配的无线Mesh网络低时延优化方法，在Mac算法架构设计中控制帧中通过改变节点的广播顺序，使得节点能够根据数据流的路径信息及时更新自己的时隙需求，保证转发节点在时隙分配时获得相应的时隙；在时隙竞争阶段通过调整网络中时隙申请的顺序，为相关数据流添加路径信息，完成了网络节点时隙竞争阶段的时隙需求实时更新，提高了针对数据流的时隙分配的实时性。通过广播时段对网络拓扑信息变化的及时更新，使得节点对网络拓扑变化能够及时感知并进行更新，通过对关键拓扑数据的处理使得控制协议的开销得到了降低，提高了整个网络的数据传输效率。

技术领域

本发明涉及无线网状Mesh网络技术领域，特别涉及一种基于动态时隙分配的无线Mesh网络低时延优化方法。

背景技术

无线Mesh网络一般采用载波侦听多路访问CSMA随机资源调度架构或时分多址TDMA资源调度架构。其中CSMA架构虽然网络可扩展性较强，但无法解决隐藏终端问题，而且碰撞概率随着网络节点数目增加而变大，无法提供端到端时延上的保证。TDMA资源调度架构将信道资源按照时间分成多个时隙来进行资源调度，协议设计上较为清晰，通过控制协议的交互并能够解决隐藏终端问题，但传统的TDMA资源调度架构中Mac和路由算法没有考虑到Mesh网络中多跳数据流与时隙分配的实时性问题，在时隙分配效率和路由效率上都存在改进的空间。

对于分布式调度架构的无线Mesh网络，采用基于时分的周期循环接入调度机制在保证数据端到端时延上有着随机接入调度和伪随机接入调度机制不具备的优势。为了提高信道资源，即时隙的复用率，针对无线Mesh网络的低时延调度架构的设计一般都采用基于TDMA的资源调度架构。

传统的TDMA资源调度架构Mac层分为采用固定时隙分配和动态时隙分配两种信道资源分配方法，固定时隙分配为Mesh网络中每个节点分配一个或多个固定的时隙，在工程实现上简单清晰，但没有考虑到不同的节点时隙需求不一的情况，存在时隙利用率不高，端到端时延无法保证问题。动态时隙分配不为节点指定固定时隙的数量和位置，而是根据时隙需求、业务类型等来动态分配时隙的数量、位置，一种时隙优先级的设计可以用来解决时隙位置时的冲突问题，该设计根据每个节点对时隙的不同优先级可以确定在需要多个时隙分配时除了优先级最高主的时隙外还可以分到其它不同优先级的时隙，针对Mesh网络数据流的特点，在不同时帧采用不同时隙优先级设计可以对端到端时延进行性能上的优化。

传统的动态时隙分配通过所有节点先申请后动态分配的方法在一定程度上提高了时隙利用率，但在分配时没有考虑到数据流中转发节点的时隙需求问题，因此无法保证数据流中本时帧内转发节点时隙分配的实时性，往往无法保证需多跳转发的数据的端到端时延。

申请号为201310108812.3的专利公开了一种基于时分复用的信道资源分配方法。通过将每个时隙分为控制部分和数据部分，控制部分通过对时隙竞争信息两跳范围的广播和数据优先级来进行信道的无碰撞时隙分配，该时隙分配方法中未考虑数据流转发节点的时隙需求，因此不能够充分利用时隙资源，在端到端时延、网络吞吐量等性能上有改善的空间。

申请号为201510906203.1的专利公开了一种基于TDMA的无线MESH网络分布式资源分配的方法。具体地，节点在数据发送之前先按固定的顺序进行时隙需求两跳邻居内的广播，然后根据节点的时隙需求和负载来进行时隙资源的动态分配，该发明在数据发送时隙根据不同数据流路径来选择发送时隙，在一定程度上对数据流的发送时延性能进行了提升，但在时隙分配时也没有考虑到数据流转发节点的时隙需求，并不一定能够保证转发数据流的时隙需求。

无线Mesh网络路由算法选路的重要依据是网络拓扑，对于节点快速移动、网络拓扑高动态变化的无线Mesh网络，拓扑更新必须相应的加快，但完整、详细的网络拓扑的获取往往建立在越来越大的控制协议开销上，传统的分布式无中心Mesh网络往往采用对所有拓扑进行洪泛广播的方式来进行拓扑更新，占用了大量宝贵的带宽，而且因为拓扑中链路不同的建立时间往往没有被考虑在内，不能保证拓扑更新的有效性，从而对路由算法的正确执行造成了不利影响。