蓝牙微微网内多优先级业务动态带宽分配算法

【摘要】蓝牙技术是一种使用较为广泛的短距离无线通信技术，被广泛应用于日常生活、医疗保健以及工业控制等领域。在这些应用场景中都需要多个蓝牙设备之间进行互联通信，因此如何控制不同的蓝牙设备接入信道以实现高效的数据传输成为研究者们的研究热点。而且随着物联网应用的日益广泛，实时业务在蓝牙设备之间的传输也将普遍存在，因此针对蓝牙网络内既存在实时业务又存在非实时业务的情况，如何实现一种公平有效的调度算法以保障不同类型业务的QoS需求将变得十分重要。针对以上问题，本文提出了一种蓝牙微微网内多优先级业务动态带宽分配算法，用以保证蓝牙微微网内各个高优先级链路的带宽和时延需求，同时兼顾较高的带宽利用率。本文的创新工作共有两点：1.提出了一种针对实时业务传输的自适应分组选择策略。要使全网吞吐量达到最优有两个条件，一是针对不同的信道质量选择不同类型分组进行传输；二是在每次传输的过程中使得发送分组的载荷达到满载。对于第一个条件，论文以时隙消耗的角度对实时流媒体业务在蓝牙网内的传输性能进行分析研究，针对不同的信道质量计算出使用不同类型分组为满足传输实时业务的带宽需求所需消耗的时隙数，从而得出自适应分组选择策略，使得发送节点在发送数据时能够根据当前的信道质量通过自适应分组选择策略选择出最合适的分组类型进行数据传输，以使得每条链路所占用的信道资源最少；2.提出了一种蓝牙微微网内多优先级业务动态带宽分配算法—MPBA（Multi-priorityBandwidthAllocation）算法。算法中将蓝牙网内的业务根据其是否具有实时性分为两种优先级，将实时性业务定义为高优先级业务，将非实时性业务定义为低优先级业务。算法定义了“最佳轮询间隔”，最佳轮询间隔就是当主节点调度完某一高优先级链路后再经过最佳轮询间隔这段时间内，理论上该链路的数据缓冲区到达的数据量能够使得所发送的类型分组达到满载，则此时该链路应该被主节点调度。最佳轮询间隔可由主调度器根据自适应分组选择策略所选出的数据分组类型以及链路的带宽需求计算得出，通过计算最佳轮询间隔可解决在每次传输的过程中使得发送分组的载荷达到满载的问题。主调度器通过比较当前需要调度的链路的时隙计数器是否达到了该链路的最佳轮询间隔来决定是否调度该链路，如果达到了就对该高优先级链路进行调度，如果没有达到，就放弃对该高优先级链路进行调度，转而判断下一条高优先级链路；根据是否有高优先级链路需要调度来决定当前轮询周期中是否调度低优先级链路，如果在一次轮询周期中所有的高优先级链路都不满足发送条件，也即主节点放弃所有高优先级链路的调度，那么此时调度低优先级链路一个数据分组，然后进行下一周期的轮询调度过程。通过这种机制来为蓝牙网内的不同优先级业务提供区分服务机制，为每条高优先级链路提供QoS保障。最后本文对在不同信道质量条件下为满足实时业务带宽要求而使用不同类型分组进行传输时所需消耗的时隙数进行仿真，从仿真结果可以得出针对实时业务传输的自适应分组选择策略；对于蓝牙微微网内多优先级业务动态带宽分配算法进行仿真验证，仿真结果表明算法能够为高优先级链路提供带宽以及时延保证，同时能够提高系统的带宽利用率。
【作者】刘柏强；
【导师】钱志鸿；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】蓝牙微微网；多优先级；调度；分组选择；时隙；

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