一种基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法

本发明涉及一种基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法，属无线自组网技术领域。

令牌环网的逻辑传输方式为环形拓扑结构传输方式，令牌环网其中一个令牌沿着环形总线在入网节点自组网终端间按顺序依次传递，所述令牌实际上是一个特殊格式的帧，用于控制信道的使用，确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道，因此对所有入网自组网终端而言，访问权是公平的。不过，令牌环网一旦失去令牌就无法工作，需要选择专门节点监视和管理令牌。基于令牌环的自组网系统，每个帧之内只有令牌持有者才能进行传输，因此数据传输性能受限于最差的两个令牌相邻节点之间的传输性能；另外，在多跳传输下，传输包的延迟取决于跳数，这样，当令牌环的节点数增多时传输延迟也会相应增大。因此研发一种基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法是十分有必要的。

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种不改变令牌环协议帧格式总体架构，通过预留专用时隙只传输两个节点之间的增强型关键数据包，且任何其他正确接收到该数据包的节点均同时广播此数据包，实现对自组网系统中关键性指令和语音数据包高可靠性、低延时性的传输，避免数据流丢弃，满足用户对不同应用不同服务质量要求的基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法，其特征在于：它是通过包括以下步骤实现的：

步骤一、预留专用时隙，增强传输可靠性，减少传输时延

针对关键性指令和语音数据包，通过QoS的同时广播机制和时隙预留机制，使所有节点都在预留专用时隙转发关键数据包，有效缓解关键数据包最差相邻节点传输受限情况；多节点广播关键数据包产生合作通信和分集传输好效果，大大增强关键数据包传输的可靠性；多节点同时广播关键数据包，使发送节点到目标节点的传输跳数从原来的固定跳数转变为两节点之间的最短跳数，有效减少关键数据包的传输时延。

步骤二、申请预留专用时隙的工作流程

假设令牌环内共有n个节点A1, A2, …, An，同时假设发送节点A1希望向目标节点Am(2≤m≤n)发送QoS增强型关键数据包，首先，节点A1需要以普通令牌环传输模式向节点A2发送预留申请包，如果节点A2能正确接收此包，则节点A2将此包在自身的传输帧内转发给节点A3，否则节点A1需要重新开始节点预留申请流程，同理，以下所有节点的通信过程类似；当最后一个节点An也正确接收到预留申请包并环回给节点A1之后，节点A1确认预留申请成功，并从此时开始在预留专用时隙里发送增强型关键数据包给Am；在预留专用时隙传输阶段，每个正确接收到预留专用时隙增强型关键数据包的节点Ak，都会在随后每个帧的专用时隙里转发此包，直至令牌再次回到节点A1，此时节点A1将传输下一个预留专用时隙关键数据包。

步骤三、取消预留专用时隙的工作流程

节点A1完成QoS增强型关键数据包传输后，需要取消预留专用时隙，取消预留专用时隙的流程与申请预留专用时隙的流程类似；节点A1在预留专用时隙里向节点A2发送预留取消包，如果节点A2能正确接收此包，则节点A2将此包在自身的传输帧内转发给节点A3，否则节点A1需要重新开始节点预留专用时隙的取消流程；以此类推，当所有节点都成功接收到预留取消包后，预留专用时隙的预留取消过程即成功完成。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法，通过预留专用时隙只传输两个节点之间的增强型关键数据包，及通过同时广播机制使得任何其他正确接收到该增强型关键数据包的节点均同时广播此数据包，实现对自组网系统中关键性指令和语音数据包高可靠性、低延时性的传输，避免数据流丢弃，满足用户对不同应用不同服务质量的要求；极大提高了指令和语音关键数据包的传输性能，有效缩短其传输时延。解决了QoS增强应用前数据传输性能受限于最差的两个令牌相邻节点之间的传输性能，及多跳传输下，当令牌环的节点数增多时传输包的错误概率大大增加，导致传输延迟增加，严重影响关键数据包传输的问题。

图1为一种基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法的专用时隙的预留申请的流程图；

图2为一种基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法的节点分布和传输性能示意图；

图3为一种基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法的专用时隙的预留取消的流程图；

图4为传统令牌环数据通信示意图。

本发明申请人的研发思路是：在传统的基于令牌环的自组网系统中，不同的业务具有不同的优先级，比如一些关键性的指令、语音，需要高可靠、低延时的传输。每个帧之内只有令牌持有者才能进行传输，因此数据传输性能受限于最差的两个令牌相邻节点之间的传输性能；另外，在多跳传输下，传输包的延迟取决于跳数，假设节点A需要向节点D发送数据包，就需要经过A->B、B->C、C->D的3跳才能完成，如果这3跳中任何一对相邻节点之间的传输性能较差，则传输包会出现较高的错误概率，这将增大系统包传输及重传的时延，阻滞通信时间，降低通信质量。

本发明申请人考虑到在自组网系统中，不同的业务具有不同的优先级，比如关键指令和语音数据包对于自组网系统具有最高优先级，高传输率和低延时传输至关重要，而当网络发生拥塞时，所有的数据流都有可能被丢弃。本发明申请人利用QoS服务质量（Quality of Service）体系所具备的克服网络延迟和阻塞的功能，在不改变令牌环协议帧格式总体架构的前提下，针对QoS业务类型，采用灵活的时隙预留机制来预留专用时隙，预留专用时隙只用于两个节点之间的数据包传输，并且任何正确接收到这个包的其他节点都同时广播此包；由此，本发明申请人提出一种基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法。

下面结合附图对该基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法的实施方式作进一步详细说明（参见图1～4）：

一种基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法，其特征在于：它是通过包括以下步骤实现的：

步骤一、预留专用时隙，增强传输可靠性，减少传输时延

针对关键性指令和语音数据包，通过QoS的同时广播机制和时隙预留机制，使所有节点都在预留专用时隙转发关键数据包，有效缓解关键数据包最差相邻节点传输受限情况；多节点广播关键数据包产生合作通信和分集传输好效果，大大增强关键数据包传输的可靠性；多节点同时广播关键数据包，使发送节点到目标节点的传输跳数从原来的固定跳数转变为两节点之间的最短跳数，有效减少关键数据包的传输时延。

步骤二、申请预留专用时隙的工作流程

假设令牌环内共有n个节点A1, A2, …, An，同时假设发送节点A1希望向目标节点Am(2≤m≤n)发送QoS增强型关键数据包，首先，节点A1需要以普通令牌环传输模式向节点A2发送预留申请包，如果节点A2能正确接收此包，则节点A2将此包在自身的传输帧内转发给节点A3，否则节点A1需要重新开始节点预留申请流程，同理，以下所有节点的通信过程类似；当最后一个节点An也正确接收到预留申请包并环回给节点A1之后，节点A1确认预留申请成功，并从此时开始在预留专用时隙里发送增强型关键数据包给Am；在预留专用时隙传输阶段，每个正确接收到预留专用时隙增强型关键数据包的节点Ak，都会在随后每个帧的专用时隙里转发此包，直至令牌再次回到节点A1，此时节点A1将传输下一个预留专用时隙关键数据包。

步骤三、取消预留专用时隙的工作流程

节点A1完成QoS增强型关键数据包传输后，需要取消预留专用时隙，取消预留专用时隙的流程与申请预留专用时隙的流程类似；节点A1在预留专用时隙里向节点A2发送预留取消包，如果节点A2能正确接收此包，则节点A2将此包在自身的传输帧内转发给节点A3，否则节点A1需要重新开始节点预留专用时隙的取消流程；以此类推，当所有节点都成功接收到预留取消包后，预留专用时隙的预留取消过程即成功完成。

该基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法，需要完成预留专用时隙的预留申请、以及在预留专用时隙内的通信过程定义，传统的令牌环协议发送节点A到目标节点D需要经过A->B、B->C、C->D这3跳。根据本发明基于令牌环的无线自组网QoS增强应用方法，由于所有节点都在预留专用时隙进行关键数据包转发，因此最短传输路径缩短为A->E、E->D，只有2跳。（参见图3）。

假设令牌环内共有n个节点A1, A2, …, An；（参见图1）图1为本发明的专用时隙的预留申请的流程图。假设发送节点A1希望向目标节点Am (2≤m≤n)发送QoS增强型关键数据包，首先，节点A1需要以普通令牌环传输模式向节点A2发送预留申请包。如果节点A2能正确接收此包，则它将此包在其传输帧内转发给A3，否则A1需要重新开始节点预留申请流程，以下节点的通信过程类似，当最后一个节点An也正确接收到预留申请包并环回给A1之后，节点A1确认预留申请成功，并从此时开始在预留专用时隙里发送增强型关键数据包给Am。

在专用时隙传输阶段，每个正确接收到专用时隙数据包的节点Ak，都会在随后每个帧的专用时隙里转发此包，直至令牌再次回到节点A1手中，此时A1将传输下一个专用时隙数据包。

假设节点A1完成了QoS增强型数据业务，他需要将此前预留的专用时隙取消。（参见图2），专用时隙取消的流程与预留专用时隙预留申请的流程类似：节点A1在预留专用时隙里向节点A2发送预留取消包，如果节点A2能正确接收此包，则它将此包在其传输帧内转发给A3，否则A1需要重新开始节点预留取消流程。（参见图4），以此类推，当所有节点都成功接收到预留取消包后，预留专用时隙的预留取消过程成功完成。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。