本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種無線自組網(wǎng)中的并發(fā)調(diào)度和資源分配方法，包括：初始化移動自組網(wǎng)，所述移動自組網(wǎng)在每一個時間周期內(nèi)，每條傳輸鏈路都有一次傳輸機(jī)會；基于最大獨立集的思想，將當(dāng)前時間周期內(nèi)所有的傳輸鏈路調(diào)度分配到不同并發(fā)集中；在調(diào)度分配時最大化每組并發(fā)鏈路的數(shù)目；初始化一組時隙分配系數(shù)，根據(jù)鏈路不同的業(yè)務(wù)需求構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)效益函數(shù)并將其轉(zhuǎn)化為一個非線性規(guī)劃模型，利用啟發(fā)式搜索算法求解所述非線性規(guī)劃模型得到最優(yōu)的時隙分配策略，基于最優(yōu)的時隙分配策略為每組并發(fā)集合分配傳輸時隙；傳輸鏈路根據(jù)分配到的時隙資源以及自身的業(yè)務(wù)流量，確定傳輸模式以及最優(yōu)的傳輸功率。本發(fā)明專利技術(shù)能夠在最大化能量增益的同時保證吞吐量增益。保證吞吐量增益。保證吞吐量增益。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種無線自組網(wǎng)中的并發(fā)調(diào)度和資源分配方法
[0001]本專利技術(shù)涉及無線自組網(wǎng)中資源分配
，特別是涉及一種無線自組網(wǎng)中的并發(fā)調(diào)度和資源分配方法。
技術(shù)介紹
[0002]傳統(tǒng)的TDMA方式在調(diào)度階段分別為每一條數(shù)據(jù)流單獨分配一定時隙數(shù)單播傳輸。盡管避免了數(shù)據(jù)沖突與碰撞，但降低了系統(tǒng)的傳輸效率。此外，傳統(tǒng)的調(diào)度方案沒有考慮不同鏈路業(yè)務(wù)流量需求異構(gòu)，而且不能根據(jù)鏈路業(yè)務(wù)需求的動態(tài)變化，自適應(yīng)的調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的時隙和功率資源，從而帶來一定的資源浪費。
[0003]在相同的時隙資源分配給多條異構(gòu)鏈路傳輸業(yè)務(wù)的情況下，并行傳輸調(diào)度可以使每條鏈路比單行方案可以獲得更多的傳輸時隙，通過增加了每次傳輸?shù)臅r隙，數(shù)據(jù)傳輸所需的傳輸速率降低，進(jìn)而降低鏈路的傳輸功率，從而可以在完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的同時降低能量消耗。
[0004]并發(fā)調(diào)度示意圖如圖1所示。當(dāng)多條異構(gòu)業(yè)務(wù)需求的鏈路并發(fā)傳輸時，由于并發(fā)時長大于鏈路業(yè)務(wù)傳輸所需的持續(xù)時間，每條鏈路會產(chǎn)生一定的潛在能量增益。該潛在能量增益與并發(fā)時長和鏈路自身業(yè)務(wù)流量相關(guān)，業(yè)務(wù)流量越低，獲得的潛在能量增益越大，但傳輸獲得的吞吐量增益減少。因此，在并發(fā)時長一定時，吞吐量增益和能量增益間存在一個權(quán)衡。因此基于網(wǎng)絡(luò)整體效益的考慮，需要設(shè)計一種無線自組網(wǎng)中的并發(fā)調(diào)度和資源分配機(jī)制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0005]本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種無線自組網(wǎng)中的并發(fā)調(diào)度和資源分配方法，能夠在最大化能量增益的同時保證吞吐量增益。
[0006]本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種無線自組網(wǎng)中的并發(fā)調(diào)度和資源分配方法，包括以下步驟：
[0007](1)初始化移動自組網(wǎng)，所述移動自組網(wǎng)在每一個時間周期內(nèi)，每條傳輸鏈路都有一次傳輸機(jī)會；
[0008](2)基于最大獨立集的思想，將當(dāng)前時間周期內(nèi)所有的傳輸鏈路調(diào)度分配到不同并發(fā)集中；在調(diào)度分配時最大化每組并發(fā)鏈路的數(shù)目；
[0009](3)初始化一組時隙分配系數(shù)，根據(jù)鏈路不同的業(yè)務(wù)需求構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)效益函數(shù)并將其轉(zhuǎn)化為一個非線性規(guī)劃模型，利用啟發(fā)式搜索算法求解所述非線性規(guī)劃模型得到最優(yōu)的時隙分配策略，基于最優(yōu)的時隙分配策略為每組并發(fā)集合分配傳輸時隙；
[0010](4)傳輸鏈路根據(jù)分配到的時隙資源以及自身的業(yè)務(wù)流量，確定傳輸模式以及最優(yōu)的傳輸功率。
[0011]所述步驟(2)具體為：利用競爭圖來模擬各傳輸鏈路之間的競爭關(guān)系，利用最小度貪婪算法逼近最大獨立集，迭代地將所有鏈路調(diào)度到每組并發(fā)集合中。
[0012]所述競爭圖中的每個頂點代表所述移動自組網(wǎng)中的一條傳輸鏈路，每條邊代表傳輸鏈路之間的競爭關(guān)系，相連傳輸鏈路不允許并發(fā)傳輸；如果兩條傳輸鏈路之間的干擾大于預(yù)定閾值，代表兩條傳輸鏈路的頂點相連，如果兩個頂點之間存在一條邊，則稱這兩個頂點為鄰居。
[0013]所述利用競爭圖來模擬各傳輸鏈路之間的競爭關(guān)系，利用最小度貪婪算法逼近最大獨立集，迭代地將所有鏈路調(diào)度到每組并發(fā)集合中，具體包括：
[0014](a)將所述移動自組網(wǎng)中所有傳輸鏈路的集合表示為V，用N(v)來表示任意頂點v∈V的相鄰頂點的集合，任意頂點v∈V的度數(shù)用d(v)表示；
[0015](b)將V中d(v)最小的傳輸鏈路構(gòu)建成第i組并發(fā)集合，并為第i組并發(fā)集合構(gòu)建競爭圖CG
i
＝(V
i
,E
i
)；其中，V
i
為第i組并發(fā)集合中頂點的集合，E
i
為第i組并發(fā)集合中邊的集合；
[0016](c)將V中與任一鏈路v∈V
i
不相連的鏈路作為第i組并發(fā)集合的候選鏈路集，表示為
[0017](d)選擇中d(v)最小的傳輸鏈路加入第i組并發(fā)集合，更新競爭圖CG
i
＝(V
i
,E
i
)并從V和中移除該傳輸鏈路；
[0018](e)循環(huán)步驟(d)直至為空，得到第i組最大并發(fā)鏈路集；
[0019](f)轉(zhuǎn)至步驟(b)構(gòu)建下一組并發(fā)集合，直至V為空。
[0020]所述步驟(3)中的非線性規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)為：其中，{θ1,θ2,
…
,θ
K
}為每組并發(fā)鏈路集的時隙分配系數(shù)，滿足EE為效益函數(shù)，l
i
表示第i條傳輸鏈路，χ
k
表示低載鏈路集合，表示高載鏈路集合，D
i
表示第i條傳輸鏈路的業(yè)務(wù)需求，T
c
表示一個傳輸周期的時隙數(shù)，τ表示一個時隙數(shù)的持續(xù)時間，R
i
表示第i條傳輸鏈路與其所在的并發(fā)鏈路集中其他傳輸鏈路并發(fā)傳輸時能夠達(dá)到的傳輸速率，表示高載鏈路集合中傳輸鏈路的數(shù)量。
[0021]所述低載鏈路集合中的傳輸鏈路的業(yè)務(wù)流量小于設(shè)定流量閾值，所述高載鏈路集合中的傳輸鏈路的業(yè)務(wù)流量大于或等于設(shè)定流量閾值，所述設(shè)定流量閾值ω
i
＝R
i
θ
k
T
c
τ。
[0022]所述步驟(3)中的非線性規(guī)劃模型的約束條件為：其中，C1和C2分別表示低載鏈路集合χ
k
和高載鏈路集合中業(yè)務(wù)需求滿足的閾值條件；C3是為了避免流量堵塞，高載鏈路集合中傳輸鏈路的流量閾值應(yīng)不小于其業(yè)務(wù)需求的ε倍；
C4是并發(fā)鏈路集合對鏈路數(shù)的約束；C5是對時隙分配系數(shù)的約束。
[0023]所述步驟(4)具體為：當(dāng)傳輸鏈路屬于低載鏈路集合時，在分配的時隙中按照確定傳輸功率，當(dāng)傳輸鏈路屬于低載鏈路集合時，在分配的時隙中以最大傳輸功率P
max
作為傳輸功率，W表示信道帶寬，V
k
表示第k個并發(fā)鏈路集，G(i,j)表示第j條傳輸鏈路的發(fā)送節(jié)點到第i條傳輸鏈路接收節(jié)點間的傳輸路徑增益，G(i,i)表示第i條傳輸鏈路的路徑增益。
[0024]有益效果
[0025]由于采用了上述的技術(shù)方案，本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：
[0026]本專利技術(shù)通過并發(fā)傳輸增加了鏈路每次傳輸?shù)目捎脮r隙，使得業(yè)務(wù)傳輸所需的傳輸速率降低，進(jìn)而降低傳輸功率，以獲得更高的能量增益。該策略首先采用競爭圖來模擬鏈路之間的競爭關(guān)系，然后利用最小度貪婪算法來逼近最大獨立集，迭代地將所有待傳輸鏈路調(diào)度到每組并發(fā)集合中。
[0027]本專利技術(shù)根據(jù)業(yè)務(wù)流量需求的動態(tài)變化，自適應(yīng)的為鏈路分配合理的時隙資源和傳輸功率。首先設(shè)計一個流量閾值，將鏈路劃分為低載鏈路和高載鏈路，按照不同的傳輸模式傳輸數(shù)據(jù)，然后，以吞吐量和能耗比作為效益指標(biāo)，提出一個效益最大化的非線性規(guī)劃模型，最后利用啟發(fā)式搜索算法求解得到最優(yōu)的時隙分配策略，并確定所有鏈路的最優(yōu)傳輸功率。
[0028]本專利技術(shù)利用并發(fā)策略實現(xiàn)并管理所有鏈路的并發(fā)傳輸，結(jié)合自適應(yīng)資源分配，合理的分配網(wǎng)絡(luò)的時隙資源和鏈路的傳輸功率，在最大化能量增益的同時保證吞吐量增益，從而獲得更高的網(wǎng)絡(luò)整體的性能效本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種無線自組網(wǎng)中的并發(fā)調(diào)度和資源分配方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)初始化移動自組網(wǎng)，所述移動自組網(wǎng)在每一個時間周期內(nèi)，每條傳輸鏈路都有一次傳輸機(jī)會；(2)基于最大獨立集的思想，將當(dāng)前時間周期內(nèi)所有的傳輸鏈路調(diào)度分配到不同并發(fā)集中；在調(diào)度分配時最大化每組并發(fā)鏈路的數(shù)目；(3)初始化一組時隙分配系數(shù)，根據(jù)鏈路不同的業(yè)務(wù)需求構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)效益函數(shù)并將其轉(zhuǎn)化為一個非線性規(guī)劃模型，利用啟發(fā)式搜索算法求解所述非線性規(guī)劃模型得到最優(yōu)的時隙分配策略，基于最優(yōu)的時隙分配策略為每組并發(fā)集合分配傳輸時隙；(4)傳輸鏈路根據(jù)分配到的時隙資源以及自身的業(yè)務(wù)流量，確定傳輸模式以及最優(yōu)的傳輸功率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線自組網(wǎng)中的并發(fā)調(diào)度和資源分配方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為：利用競爭圖來模擬各傳輸鏈路之間的競爭關(guān)系，利用最小度貪婪算法逼近最大獨立集，迭代地將所有鏈路調(diào)度到每組并發(fā)集合中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線自組網(wǎng)中的并發(fā)調(diào)度和資源分配方法，其特征在于，所述競爭圖中的每個頂點代表所述移動自組網(wǎng)中的一條傳輸鏈路，每條邊代表傳輸鏈路之間的競爭關(guān)系，相連傳輸鏈路不允許并發(fā)傳輸；如果兩條傳輸鏈路之間的干擾大于預(yù)定閾值，代表兩條傳輸鏈路的頂點相連，如果兩個頂點之間存在一條邊，則稱這兩個頂點為鄰居。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線自組網(wǎng)中的并發(fā)調(diào)度和資源分配方法，其特征在于，所述利用競爭圖來模擬各傳輸鏈路之間的競爭關(guān)系，利用最小度貪婪算法逼近最大獨立集，迭代地將所有鏈路調(diào)度到每組并發(fā)集合中，具體包括：(a)將所述移動自組網(wǎng)中所有傳輸鏈路的集合表示為V，用N(v)來表示任意頂點v∈V的相鄰頂點的集合，任意頂點v∈V的度數(shù)用d(v)表示；(b)將V中d(v)最小的傳輸鏈路構(gòu)建成第i組并發(fā)集合，并為第i組并發(fā)集合構(gòu)建競爭圖CG
i
＝(V
i
,E
i
)；其中，V
i
為第i組并發(fā)集合中頂點的集合，E
i
為第i組并發(fā)集合中邊的集合；(c)將V中與任一鏈路v∈V
i
不相連的鏈路作為第i組并發(fā)集合的候選鏈路集，表示為V
ic
；(d)選擇V
ic
中d(v)最小的傳輸鏈路加入第i組并發(fā)集合，更新競爭圖CG
i
＝(V
i
,E
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐慧慧，王江，趙雪，曲志毅，陶紹君，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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