[发明专利]区域限定的临时自组网络中数据调度方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种区域限定的Ad-hoc（临时自组）网络（ARANet，Area-RestrictedAd-hoc Network）中数据调度的方法以及使用该方法的系统。

背景技术

Ad-Hoc网是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络，又称为多跳网（Multi-hop Network）、无基础设施网（Infrastructureless Network）或自组织网（Self-or-ganizing Network）。整个网络没有固定的基础设施，每个节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这种网络中，由于终端无线覆盖取值范围的有限性，两个无法直接进行通信的用户终端可以借助其它节点进行分组转发。每一个节点或主机同时是一个路由器，它们能完成发现以及维持到其它节点路由的功能。在Ad-Hoc网络中，每个主机的通信范围有限，因此路由一般都由多跳组成，数据通过多个主机的转发才能到达目的地。故Ad-Hoc网络也被称为多跳无线网络。在Ad-Hoc网络中，通信的主机一般是便携式计算机、个人数字助理（PDA）等移动终端设备，采用无线链路连接方式。Ad-Hoc网络中移动主机的移动将会导致拓扑结构的改变。因此，Ad-Hoc网络如有独立性、网络拓扑结构动态变化、带宽有限、主机能源有限、分布式网络、抗毁性、生存周期短、以及物理安全有限等特点。

Ad-Hoc网络由于其特点而具有很广的应用范围。近年来，Ad-Hoc网络的研究在民用和商业领域也受到了重视。在民用领域，Ad-Hoc网络可以用于灾难救助。在发生洪水、地震后，有线通信设施很可能因遭受破坏而无法正常通信，通过Ad-Hoc网络可以快速地建立应急通信网络，保证救援工作的顺利进行，完成紧急通信需求任务。Ad-Hoc网络可以用于偏远或不发达地区通信。在这些地区，由于造价、地理环境等原因往往没有有线通信设施，Ad-Hoc网络可以解决这些环境中的通信问题。Ad-Hoc网络还可以用于临时的通信需求，如商务会议中需要参会人员之间互相通信交流，在现有的有线通信系统不能满足通信需求的情况下，可以通过Ad-Hoc网络来完成通信任务。

在无线Ad-hoc网络中，数据传输调度问题是最关键的问题之一。一个好的调度方案能够有效地减少数据冲突次数并极大地改善网络性能。在ARANet中，数据传输调度依然非常重要。由于网络中的某些节点是由电池供电，这就要求数据传输调度必须保证节点的能量有效性。目前为止，已经提出了许许多多的数据调度算法，然而大部分的算法仅仅考虑了一个性能指标，如服务质量、设备类型及节点剩余能量等等。

IEEE802.11标准为无线Ad-hoc网络定义了一个用户优先级（User Priority）。这里用户优先级可以是0到7这八个整数中的一个。尽管如此，当节点进行数据传输时，由于多个数据的优先级可能相同，依然可能存在较为严重的数据冲突问题。

专利号为7852816B2的专利提出了一个数据调度机制，该机制能够降低数据传输时的能耗。该专利的发明人采用ATIM帧中两个信息来定义数据传输优先级。这两个信息分别是需要传输的数据数量和连续的传输失败次数。然而，在ARANet中，某些节点可能会移动至区域外，因此这些节点上的数据需要尽可能地传输完，而此发明无法满足这一需求。

在专利US20060028984A1中，发明人提出了一个针对Ad-hoc网络的能量有效的MAC协议。在这一协议中，ATIM携带了一个名为工作周期的信息，用来表示缓存的数据帧数量。当ATIM窗口结束时，每个节点都知道其他节点的工作周期。然后基于这一信息，具有最短工作周期的节点拥有最高的优先级来进行数据传输。然而这一发明存在着与7852816B2专利一样的缺陷。同时，如果一个节点的工作周期很长，他有可能永远无法进行数据传输。

发明内容

本发明的目的是为区域限定Ad-hoc网络(ARANet)提供一个数据传输调度机制。在该网络中，仅当节点处在同一个限定区域内时，彼此之间才能进行会话及数据传输。因此，当一个节点离边界较近时，它有可能在较短的时间内离开这个区域，而一旦离开了这个区域，它与其他节点之间的会话将不得不中断。而且，网络中的部分节点是由电池供电，如果某个节点的电池电量耗完，这个节点上的数据将无法得到传输。另外，网络中的一些应用对实时性有较高的要求，这就要求我们必须考虑调度机制在服务质量方面的表现。正是因为这些因素，已有的调度协议不再适用于ARANet。