一种多媒体传感网实时调度方法
一种多媒体传感网实时调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于网络通信技术领域，具体设及一种保障全局时延的无线多媒体传感网 实时调度方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术及图像音频采集技术的进歩，无线多媒体监控产业发展迅猛， 在安全监控、交通管理、环境监测、智能家居等领域发挥着重要作用。作为物联网信息采集 源的重要组成部分，无线多媒体监控丰富了物联网应用，也为多媒体传感器网络提供了技 术支撑。
[0003] 目前无线多媒体监控多采用嵌入式监控系统，通过监控端反馈图像数据传输信 息，图像数据采集端根据反馈的数据传输信息控制视频编码率，当无线信道出现拥塞时，降 低编码率W缓解拥塞造成的时延和丢包。但是基于嵌入式系统研究的无线视频监控系统监 控形式单一，兼容性和拓展性较差，对促进物联网多媒体传感网监控产业发展的作用微乎 其微。
[0004] 当前无线多媒体传感网数据传输主要存在如下问题；多媒体数据处理和传输复杂 度高，且无线信道资源有限；多媒体数据流突发性强，速率波动剧烈，在某一STA数据出现 波动时，其实时性不能得到保障；在保障一个STA低时延的同时会影响同网络中其他STA的 实时性W及全局网络的实时性；在多个STA出现丢包且需要数据重传时，如何提供基于多 媒体数据重传包优先级的区分服务W降低时延和错误敏感度。
【发明内容】
[0005] 针对在无线多媒体数据传输过程中因网络中各STA多媒体数据采集量波动性大， 而导致信道利用率低，使各STA实时性差，全局网络时延恶化，信道资源分配不公平等问 题，提出了一种针对无线通信技术和多媒体信息采集技术两者特点的无线多媒体传输调度 方法，本发明的技术方案如下；一种多媒体传感网实时调度方法，其包括W下步骤：
[0006] 101、在多媒体传感网中，超帖采用短超帖，将协调器AP在信标帖中分配给各站点 STA的数据传输阶段划分为点协调传输期PCTP，分布式协调传输期DCTP和多媒体数据采集 反馈期DAQFP，其中无线多媒体监控站点STAi在超帖的多媒体数据采集反馈期DAQFP根据 采集多媒体数据量大小向协调器AP申请传输需求时间长度TXOPid^aW;
[0007] 102、协调器AP获取当前多媒体传感网的全局时延Delay和全局丢包率LR，并与无 线多媒体传输0〇5上限值〇61371;[1]1；[1:和]^?1;[1]1；[1:比较；计算得出待分配超帖中的点协调传 输期PCTP信道访问时间长度和分布式协调传输期DCTP的信道访问时间长度；
[000引 103、协调器根据步骤102计算出的待分配超帖中的点协调传输期PCTP和分布式 协调传输期DCTP的信道访问时间长度；站点STACSMA/CA占用信道访问时间传输重传包； 跳转至步骤104 ;当在分布式协调传输期DCTP时，跳转至步骤109 ;
[0009] 104、各站点STAi在点协调传输阶段PCTP下，判断点协调传输阶段PCTP的长度是 否大于所有站点STAi的申请传输需求时间长度TXOP之和；若是则跳转至步骤105,否则跳 转至步骤106 ;
[0010] 105、当点协调传输阶段PCTP的长度大于所有站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPidem。。。之和时，则各站点STAi按照申请的申请传输需求时间长度TX0Pidem。。。分配给各站 点STAi;
[ocm] 106、当点协调传输阶段PCTP的长度小于所有站点STAi的申请传输需求时间长度 TX0P之和，判断是否还有站点STAi的数据未发送，若是则转步骤107 ;否则转步骤108 ; [0012] 107、若有数据未发送时，则优先满足站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPi demand；
[001引108、若没有剩余数据未发送时，则等比例缩短站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPidemand；
[0014] 109、在分布式协调传输期DCTP时，各站点STAi根据重传包数量和重传次数大小 计算本STAi的仲裁帖帖间间隔AIFS[i]，跳转至步骤110 ;
[0015] 110、本STAiWCSMA/CA方式占用信道访问时间传输重传包。
[0016] 进一步的，步骤101中多媒体传感网中站点STA的数据传输，视频传感器和音频传 感器的最高采样频率分别为j化和曲Z，通过采用短超帖消除多媒体采集数据帖传输等待 时延，其中超帖长度SF计算公式为：
[0017] 进一步的，步骤101中站点STAi向协调器AP申请的传输需求时间长度为占用信 道实时发送多媒体采集数据所需的访问时间，其中多媒体数据包括图像、音频和视频，并均 W数据帖的形式进行传输，设传输需求时间长度申请为TXOPid^^d，其运算公式为：
[001 引
[0019] Li(t)表示STAi在当前超帖点协调传输阶段未发送完的数据长度，Li(t+1)表示 STAi在当前时刻采集的数据长度，且需要在下一个超帖点协调传输阶段进行传输，R表示物 理信道速率。
[0020] 进一步的，步骤102中的全局时延为所有站点STA时延的平均值，全局丢包率为协 调器AP未接收到数据包个数与所有站点STA发送数据包总数之比。
[002U 进一步的，步骤102中计算得出待分配超帖中的点协调传输期PCTP信道访问时间 长度和分布式协调传输期DCTP的信道访问时间长度具体为；协调器AP为时延、时延抖动超 过上限值P倍的STAi分配点协调传输阶段实际信道访问时间长度，0. 90<p<0. 95,且该时间 长度等于该STAi申请的传输需求时间长度TX0PAP为时延、时延抖动低于上限值P倍 的STAj.分配点协调传输阶段实际信道访问时间长度，设为TXOPj.，且该时间长度为丫倍该STAj申请的传输需求时间长度TX0Pwemand，比例系数丫的运算公式为：
[0022]
[0023]n表示网络STA总数，k表示时延、时延抖动超过上限值P倍的STA个数，其中
得到，点协调传输时间长度PCTP为步骤2 中协调器AP分配当前超帖的点协调传输阶段的信道访问时间总长度。
[0024] 进一步的，步骤109中各站点STAi在分布式协调传输阶段通过载波侦听检测信道 空闲后等待仲裁帖帖间间隔AIFS[i]的时间长度，随后进行载波侦听+退避，最后接入信 道。AIFS[i]的运算公式为：
[0025] 孤ST/]二「/I/化W邮。
[0026] AIFSN[i]表示仲裁帖帖间间隔个数，0表示时隙长度。AIFSN[i]的运算公式为：
[0027]
[002引 NoRPi表示STA厘传包总数，RTimesKPk表示数据包k的重传次数，1和m为权重比 例系数。
[0029] 进一步的，步骤/110中，各STAi在分布式协调传输阶段传输多媒体数据重传包重 传次数上限满足LimoVideoRTimes〉LimoVoi ceRTimes〉LimoPicRTimes，LimoVideoRTimes 表示视频数据重传次数上限，LimoVoiceRTimes表示音频数据重传次数上限， LimoPicRTimes表示图像数据重传次数上限，并且根据视频数据视频帖类型的不同，满足 LimoVideoRTimeSi〉LimoVideoRTimeSp〉LimoVideoRTimesB，LimoVideoRTimes康示I帖重传 次数上限，LimoVideoRTimeSp表示P帖重传次数上限，LimoVideoRTimes B表示B帖重传次 数上限。重传次数超过上限值将被丢弃。
[0030] 本发明的优点及有益效果如下：
[0031] 无线多媒体数据传输信道访问过程中，考虑多媒体传感网中视频传感器和音频传 感器的最高采样频率分别为32. 0化和44.mz，为了解决多媒体传感器在每个超帖中从采 集数据到发送数据的固定时延，方案规定超帖最大长度应小于22ms，并将超帖分为PCTP(S 301)+DCTP(S302)+DAQFP(S303)S个阶段，各阶段主要功能；
[0032]PCTP阶段W点协调调度方式为基础，主要用于传输实时多媒体数据，AP按照轮询 列表依次轮询各个STA，并为本STA分配TX0P，各STA在各自的TX0P期间依次向AP传输实 时多媒体数据包（S304)。AP记录各STA传输情况，并在应答包ACK中反馈对前一STA接收 到的数据包编号。STA接收AP发送的反馈信息并检查是否全部数据发送成功，若发生丢包 或错误包（S305)将在下一超帖的DCTP阶段W分布式竞争方式重传数据包；
[0033] DCTP阶段W具有数据重传包优先级的区分服务为基础主要用于STA重传数据包， W及新STA入网，其接入过程也在DCTP阶段完成；
[0034]DAQFP阶段主要用于各STAWTDMA的方式向AP发送多媒体数据TX0P传输需求申 请包（S306)。STA根据采集的多媒体数据量大小，向AP申请下一超帖中的TX0P，W满足自 身的多媒体数据实时传输需求。
[0035] 根据多媒体数据的特点和所述的超帖功能，提出了根据各STA多媒体采集数据量 大小进行TX0P动态分配的技术策略。在每个超帖结束时，各个STA通过DAQFP阶段向AP 发送多媒体数据TXOP传输需求申请包，其信息包括需要在下一超帖中发送的多媒体数据 的长度和当前超帖未发送完的剩余多媒体数据的长度。AP通过收集各STA的TX0P申请信 息，在下一超帖的PCTP阶段为各STA动态分配TX0P(S307)，并将TX0P分配信息添加到信标 帖中，W便各STA知晓自己在PCTP阶段的信道访问时间长度。采用该技术方案很好的解决 了多媒体数据流量突发 性强，波动性大的特点，合理地使用了信道资源，使STA在多媒体数 据量较大时能有更多的传输机会，W保障多媒体数据传输的实时性。
[0036] 各STA信道访问时间的大小分配会相互影响各自的实时性W及全局网络时延和 丢包率，其中PCTP的长短直接影响全局网络时延的大小，DCTP的长短直接影响全局丢包率 的大小，同时也会间接影响全局时延。根据上述情况对前一技术策略进行优化，提出了一种 控制全局时延和丢包率的PTCP与DCTP长度的动态规划技术策略。
[0037] AP在每个信标时隙规定在当前超帖中PCTP与DCTP的分配长度（分配比例）。其 分配的长度大小是根据当前网络全局时延Delay与全局丢包率LR的大小决定。若Delay和 LR均小于系统要求的QoS上限值的P倍，其中0. 90<p<0. 95,则在当前超帖PCTP的长度将 满足所有STA的TXOPidemaw，超帖剩余长度分配给DCTP ;若LR大于上限值LRlimit的P倍， Delay小于上限值Dela^imit的P倍，为了降低LR则当前超帖PCTP将较前一超帖的PCTP 长度有所缩短，使得当前超帖中DCTP长度增长；同理，若Delay大于上限值Dela^imit的 P倍，LR小于上限值LRlimit的P倍，增长当前超帖中PCTP的长度W降低Delay,相应的会 缩短DCTP长度；但是若LR和Delay均大于上限值的P倍时，引入了LR和Delay的恶化评 价指数LR'与Delay'。若LR'〉Delay'，则W牺牲时延的方式优先增加DCTP长度保证丢包率 降低，W避免后期因丢包率引起时延恶化，当LR小于上限值LRlimit的P倍后再增加PCTP 降低时延；若LR'〈Delay'，则增加PCTP长度W降低时延，但是一旦出现LR'〉Dealy'，立即采 用上一情况的处理方式，W避免后期QoS恶化。采用该技术方案解决了全局网络时延和丢 包率恶化的问题。在满足个别STA出现数据波动时有较高传输需求的同时，很好的控制了 该类STA对其他STAW及全局网络的实时性和丢包率的影响。
[003引根据所述的各STA间实时性会相互影响的问题，在上述控制全局时延和丢包率的PTCP与DCTP长度的动态规划技术策略的基础上，提出了一种根据各STA时延的PTCP阶段 的TX0P动态分配技术策略。在PCTP长度规划好的前提下，若当前超帖的PCTP长度能满足 所有STA的TXOPidem。^传输请求，则所有STA的实际TX0P分配长度WTX0Pdemand申请为准； 若PCTP长度无法满足所有STA的TXOPid^^d请求，则优先满足在前一超帖中有剩余多媒体 数据缓存未发送完的STA的TXOPidemand请求，其余的STA按等比例缩短申请的TX0Pdemand，实 际分配TX0P。采用该技术方案解决了STA因多媒体采集数据缓存过高而造成较大时延的问 题，并且在时延允许范围前提下，对其他缓存较少STA的TX0P进行公平分配，基本满足各自 传输需求。
[0039] 根据各STA重传数据包情况的不同，为了有效降低丢包率和重传包自身时延，在 上述控制全局时延和丢包率的PTCP与DCTP长度的动态规划技术策略的基础上，提出了在 DCTP阶段的一种基于多媒体数据重传包优先级区分服务技术策略。DCTP阶段中每个STA 管理自身的重传包数量NoRPW及各重传包的重传次数RTimesRPK。定义仲裁帖帖间间隔 AIFS[i]:/I/F邓]=「AlFSN[i]>a，其中AIFSN山表示当前STAi的仲裁帖帖间间隔个 数，0表示单位时隙长度。由于每个STA的NoRP和RTimesRPK不同，故AIFS山也不同，其 中
1和m为调节比例系数。因此重传包数量越大， 重传次数越大，AIFS[i]越小，相应地接入机会就越大。采用该技术方案为不同的丢包率和 重传包时延的STA提供不同的优先级服务，使各STA公平传输多媒体数据，避免了STA因数 据包重传次数较大和重传包个数较多时，却无法优先竞争到信道访问机会，而导致更大的 数据包时延的问题。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明优选实施例的实施流程图；
[0041] 图2网络节点拓扑结构示意图；
[0042] 图3无线多媒体数据传输超帖结构示意图。
【具体实施方式】
[0043] W下结合附图，对本发明作进一步说明：
[0044] 本发明的实施方式设及一种控制全局时延的无线多媒体数据传输实时调度方法， 该解决方法主要解决在无线多媒体数据传输过程中多媒体数据出现波动时而引起各站点 出现时延、时延抖动的情况下，控制全局时延不会持续恶化超过设定限制的问题。如图1所 示，其实现步骤包括：
[0045] 在步骤S101中，各STA根据多媒体采集数据量向AP发送TXOP传输需求申请包。
[0046] 在步骤S102中，AP在信标时隙计算当前全局时延Delay和全局丢包率LR，判断该 参数与QoS上限值的逻辑关系。
[0047] 在步骤S103中，根据当前Delay和LR的值，动态调节超帖中PCTP和DCTP的长度 大小。
[0048] 在步骤S104中，根据步骤S103中调节的PCTP长度大小判断是否满足当前所有 STA在步骤S101中的TX0P申请。
[0049] 在步骤S105中，若步骤S104满足条件，则AP为各STA实际分配的TX0P即为各 STA在步骤S101中申请的TX0P。
[0化0] 在步骤S106中，若步骤S104不满足条件，则AP判断各STA在前一超帖中是否有 剩余多媒体数据未发送。
[0化1] 在步骤S107中，若步骤S106满足条件，则AP为在前一超帖中有剩余多媒体数据 未发送的STA实际分配的TX0P，即为此STA在步骤S101中申请的TX0P。
[005引在步骤S108中，若步骤S106不满足条件，则AP通过等比例缩短申请TX0P的方式 为此STA分配实际的TX0P。
[0化3]在步骤S109中，各STA管理本STA的重传包数量和重传包重传次数，计算得出AWS[i]。
[0化4] 在步骤S110中，根据步骤S109中各STA的AIFS[i]，通过CSMA/CA方式竞争接入 信道，重传多媒体数据包。
[0055] 具体地，W下结合附图对每个步骤进行详尽的叙述。
[0056] 在步骤SlOl中，各STAWTDMA的方式向AP发送多媒体数据TXOP传输需求申请 包做06)。STAi根据采集的多媒体数据量大小L1，向AP申请下一超帖中的TXOPidemaW，W满 足自身的多媒体数据实时传输需求。各STA申请TXOPid^^d计算公式：
[0057]
(公式1)
[0化引Li(t)表示当前超帖未发送的剩余多媒体数据量大小，Li(t+1)表示STA实时采集 的多媒体数据并将在下一超帖中发送的数据量大小，R表示物理信道传输速率。
[0化9]在步骤S102中，AP计算当前全局时延Delay和全局丢包率LR。全局时延Delay和全局丢包率LR计算公式：
[006引其中n表示网络站点总数，表示站点STAi发送多媒体数据的总时延，其计 算公式为：
[0063]
(公式4)
[0064] 其中NoP康示站点STAi发送的数据包个数，delayoVideo、delayoVoice、 delayoPic分别表示各视频、音频、图像数据帖分割成的多媒体数据包的总时延，由AP对每 个多媒体数据帖的数据包采集时间和接收时间进行统计得出帖时延。NoRecP表示AP接收 到的数据包总数。
[0065] 将当前Delay和LR与无线多媒体传输QoS上限值Dela}dimit和LRlimit比较。
[0066] 在步骤S103中，AP根据步骤S102的判断结果，分配在当前超帖中PCTP和DCTP的 长度大小，随后STA在各阶段规定长度范围内占用信道资源。
[0067] 1.若LR<LRlimit的P倍，且Dela5<Dela5dimit的P倍，其中 0. 90<p<0. 95,则PCTP 和DCTP长度大小计算公式；
[0068]
(公式W
[0069]DCTP=SF-Beacon-PCTP-DAQFP(公式 6)
[0070] 其中n表示无线多媒体传输网络STA个数，ACK为AP发送给STA的应答包长度， SIFS为短帖帖间间隔，SF表示超帖长度，Beacon为信标帖长度。
[007U 2.若LR乂Rlimit的P倍，且Dela5<Dela5dimit的P倍，则通过压缩PCTP长度， 增长DCTP长度增加各STA重传包的传输机会，降低丢包率。PCTP和DCTP长度大小计算公 式：
[0072]PCTP=b冲CTPpre(b<l)(公式 7)
[007引DCTP=SF-Beacon-PCTP-DAQFP(公式 8)
[0074] 其中PCTPpt。表示前一超帖PCTP长度大小，b为PCTP调节系数，计算公式为；
[0075]
(公式9)
[0076] 3.若LR<LRlimit的P倍，且Delay〉Dela}dimit的P倍，则通过增长PCTP长度保 证多媒体采集数据的实时性，降低多媒体数据包的时延。PCTP和DCTP长度大小计算公式：
[0077] PCTP = b冲CTPpre(b〉l)(公式10)
[0078] DCTP=SF-Beacon-PCTP-DAQFP(公式11)
[0079] 其中b的计算公式为：
[0080]
(公式12)
[00川 4.若LR乂Rlimit的P倍，且Delay〉Dela5dimit的P倍，则需要比较当前全局时延 和全局丢包率各自的恶化评价指数Delay'和LR'。Delay'和LR'的计算公式：
[0084] a)若LR'〉Delay'，则通过牺牲实时多媒体采集数据时延的方式降低丢包率，W避 免后期因丢包率过高而造成重传包时延恶化，当LR<LRlimit后再增加PCTP长度。
[0085]b)若LR-〈Delay-，则增加PCTP长度，缩短DCTP长度，一旦LR-〉Delay-，立即采用 情况a的处理方式，避免时延恶化。
[0086] 在步骤S104中，AP根据在步骤S103中分配的PCTP长度判断当前PCTP是否满足 所有STA的TX0P申请。即计算公式是否成立；
[0087]
(公式15)
[008引若公式15成立，则AP为所有STA实际分配的TX0P满足各STA申请的TX0P，即TX0Pi=TX0Pidemand。
[0089] 若公式15不成立，则AP将优先满足在上一超帖中有剩余多媒体数据未发送完的 STAi申请的TX0Pidem。。。，其余STAj.实际分配的TX0P将W等比例缩短申请TX0Pdemand方式进行 分配。通过计算公式：
[0090]
(公式16)
[0091] 其中
表示n个STA中除去AP优先分配的k个STA的其余STA可用TX0P 总和。等比例压缩系数丫的计算公式如下：
[oow]
(公式 17)
[009引通过公式17计算得到压缩系数后，即对各STA分配实际的TXOP，计算公式如下：[0094] TX0Pj= TX0P jdemandX丫 （公式18)
[00巧]在步骤S109中，各STA管理本STA的重传包数量NoRPi和重传包重传次数RTimeSwk。同时重传包在传输过程中遵循先进先出的原则。根据每个STA的NoRPi和 RTimeSupk的不同，AIFS[i]也不同。计算公式如下；
[OOM] /I/F刷=「A[巧N叫X。（公式 19)
[0097]其中AFISN山表示STAi的仲裁帖帖间间隔个数，0表示单位时隙长度。AFISN山 的计算公式如下：
[009引
[0099] 1和m为调节比例系数。因此STA重传包数量越大，重传次数越大，AIFS[i]越小， 相应地在DCTP阶段竞争接入机会就越大。
[0100] W上该些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在 阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可W对本发明作各种改动或修改，该些等效变 化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
【主权项】
1. 一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于，包括以下步骤： 101、 在多媒体传感网中，超帧采用短超帧，将协调器AP在信标帧中分配给各站点STA 的数据传输阶段划分为点协调传输期PCTP，分布式协调传输期DCTP和多媒体数据采集反 馈期DAQFP，其中无线多媒体监控站点STAi在超帧的多媒体数据采集反馈期DAQFP根据采 集多媒体数据量大小向协调器AP申请传输需求时间长度TXOPidraiand; 102、 协调器AP获取当前多媒体传感网的全局时延Delay和全局丢包率LR，并与无线多 媒体传输QoS上限值Delaylimit和LRlimit比较；计算得出待分配超帧中的点协调传输期 PCTP信道访问时间长度和分布式协调传输期DCTP的信道访问时间长度； 103、 协调器根据步骤102计算出的待分配超帧中的点协调传输期PCTP和分布式协调 传输期DCTP的信道访问时间长度；站点STACSMA/CA占用信道访问时间传输重传包；跳转 至步骤104 ;当在分布式协调传输期DCTP时，跳转至步骤109 ; 104、 各站点STAi在点协调传输阶段PCTP下，判断点协调传输阶段PCTP的长度是否大 于所有站点STAj^传输需求时时间长度TXOP idMand之和；若是则跳转至步骤105,否则跳转 至步骤106 ; 105、 当点协调传输阶段PCTP的长度大于所有站点STAi的传输需求时间长度TXOP ide_d之和时，则各站点STAi按照申请的申请传输需求时间长度TXOP idemand分配给各站点STA i; 106、 当点协调传输阶段PCTP的长度小于所有站点STAi的传输需求时间长度TXOP ide_d之和，判断是否还有站点STAi的数据未发送，若是则转步骤107 ;否则转步骤108 ; 107、 若有数据未发送时，则优先满足站点STAi的申请传输需求时间长度TXOP id_nd; 108、 若没有剩余数据未发送时，则等比例缩短站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPidemand; 109、 在分布式协调传输期DCTP时，各站点STAJg据重传包数量和重传次数大小计算 本STAi的仲裁帧帧间间隔AIFS[i]，跳转至步骤110 ; 110、 本STAi以CSMA/CA方式占用信道访问时间传输重传包。2. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤101中 多媒体传感网中站点STA的数据传输，视频传感器和音频传感器的最高采样频率分别为 jHz和kHz，通过采用短超帧消除多媒体采集数据帧传输等待时延，其中规定超帧最大长度 等于3. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤101中 站点3了化向协调器AP申请的传输需求时间长度为占用信道实时发送多媒体采集数据所需 的访问时间，其中多媒体数据包括图像、音频和视频，并均以数据帧的形式进行传输，设传 输需求时间长度为TXOPidraiand，其运算公式为：Li (t)表示STAi在当前超帧点协调传输阶段未发送完的数据长度,Li (t+Ι)表示5了化在 当前时刻采集的数据长度，且需要在下一个超帧点协调传输阶段进行传输，R表示物理信道 速率。4. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤102中 的全局时延为所有站点STA时延的平均值，全局丢包率为协调器AP未接收到数据包个数与 所有站点STA发送数据包总数之比。5. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤102中 计算得出待分配超帧中的点协调传输期PCTP信道访问时间长度和分布式协调传输期DCTP 的信道访问时间长度具体为：协调器AP为时延、时延抖动超过上限值p倍的STAi*配点协 调传输阶段实际信道访问时间长度，〇. 90〈p〈0. 95,且该时间长度等于该STAi申请的传输需 求时间长度TXOPidemand。AP为时延、时延抖动低于上限值p倍的STAj分配点协调传输阶段 实际信道访问时间长度，设为TXOPr且该时间长度为γ倍该STA^申请的传输需求时间长 度TX〇Pjd_d，比例系数γ的运算公式为：η表示网络STA总数，k表示时延、时延抖动超过上限值ρ倍的STA个数，其中由算另得到，点协调传输时间长度PCTP为步骤2中协调器 AP分配当前超帧的点协调传输阶段的信道访问时间总长度。6. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤109中 各站点STAi在分布式协调传输阶段通过载波侦听检测信道空闲后等待仲裁帧帧间间隔 AIFS[i]的时间长度，随后进行载波侦听+退避，最后接入信道。AIFS[i]的运算公式为：AIFSN[i]表示仲裁帧帧间间隔个数，σ表示时隙长度。AIFSN[i]的运算公式为：NoRPi表示STAi重传包总数，RTimes KPk表示数据包k的重传次数，1和m为权重比例系 数。7. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤/110 中，各3了化在分布式协调传输阶段传输多媒体数据重传包重传次数上限满足LimoVide0R Times>LimoVoiceRTimes>LimoPicRTimes，LimoVideoRTimes 表不视频数据重传次数上限， LimoVoiceRTimes表示音频数据重传次数上限，LimoPicRTimes表示图像数据重传次数上 限，并且根据视频数据视频帧类型的不同，满足LimoVideoRTimesPLimoVideoRTimesPLimo VideoRTimesB，1^111〇/1(16〇1?1';[111681表不 I 帧重传次数上限，LimoVideoRTimes ρ表不 P 帧重传 次数上限，LimoVideoRTimesB表示B帧重传次数上限。重传次数超过上限值将被丢弃。
【专利摘要】本发明请求保护一种多媒体传感网实时调度方法。该其实现步骤包括：规定超帧为短超帧，将AP在信标帧中分配给各站点(STA)的数据传输阶段划分为点协调传输期(PCTP)，分布式协调传输期(DCTP)和多媒体数据采集反馈期(DAQFP)。STA在DAQFP阶段根据采集数据量大小向AP申请传输需求时间长度(TXOPidemand)。AP根据当前多媒体传感网络全局时延和全局丢包率分配超帧中PCTP和DCTP的信道访问时间总长度。AP根据各STA时延、时延抖动大小以及申请的传输需求时间长度分配实际的TXOP。各STA根据重传包数量和重传次数计算本STA的仲裁帧帧间间隔(AIFS)，并通过CSMA/CA占用信道访问时间传输重传包。本发明提高了信道利用率低，使各STA实时性提高，全局网络时延降低，信道资源分配公平。
【IPC分类】H04W72/12, H04W72/04
【公开号】CN104902575
【申请号】CN201510260319
【发明人】李勇, 程智睿, 王平
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月21日
【技术领域】
[0001] 本发明属于网络通信技术领域，具体设及一种保障全局时延的无线多媒体传感网 实时调度方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术及图像音频采集技术的进歩，无线多媒体监控产业发展迅猛， 在安全监控、交通管理、环境监测、智能家居等领域发挥着重要作用。作为物联网信息采集 源的重要组成部分，无线多媒体监控丰富了物联网应用，也为多媒体传感器网络提供了技 术支撑。
[0003] 目前无线多媒体监控多采用嵌入式监控系统，通过监控端反馈图像数据传输信 息，图像数据采集端根据反馈的数据传输信息控制视频编码率，当无线信道出现拥塞时，降 低编码率W缓解拥塞造成的时延和丢包。但是基于嵌入式系统研究的无线视频监控系统监 控形式单一，兼容性和拓展性较差，对促进物联网多媒体传感网监控产业发展的作用微乎 其微。
[0004] 当前无线多媒体传感网数据传输主要存在如下问题；多媒体数据处理和传输复杂 度高，且无线信道资源有限；多媒体数据流突发性强，速率波动剧烈，在某一STA数据出现 波动时，其实时性不能得到保障；在保障一个STA低时延的同时会影响同网络中其他STA的 实时性W及全局网络的实时性；在多个STA出现丢包且需要数据重传时，如何提供基于多 媒体数据重传包优先级的区分服务W降低时延和错误敏感度。
【发明内容】
[0005] 针对在无线多媒体数据传输过程中因网络中各STA多媒体数据采集量波动性大， 而导致信道利用率低，使各STA实时性差，全局网络时延恶化，信道资源分配不公平等问 题，提出了一种针对无线通信技术和多媒体信息采集技术两者特点的无线多媒体传输调度 方法，本发明的技术方案如下；一种多媒体传感网实时调度方法，其包括W下步骤：
[0006] 101、在多媒体传感网中，超帖采用短超帖，将协调器AP在信标帖中分配给各站点 STA的数据传输阶段划分为点协调传输期PCTP，分布式协调传输期DCTP和多媒体数据采集 反馈期DAQFP，其中无线多媒体监控站点STAi在超帖的多媒体数据采集反馈期DAQFP根据 采集多媒体数据量大小向协调器AP申请传输需求时间长度TXOPid^aW;
[0007] 102、协调器AP获取当前多媒体传感网的全局时延Delay和全局丢包率LR，并与无 线多媒体传输0〇5上限值〇61371;[1]1；[1:和]^?1;[1]1；[1:比较；计算得出待分配超帖中的点协调传 输期PCTP信道访问时间长度和分布式协调传输期DCTP的信道访问时间长度；
[000引 103、协调器根据步骤102计算出的待分配超帖中的点协调传输期PCTP和分布式 协调传输期DCTP的信道访问时间长度；站点STACSMA/CA占用信道访问时间传输重传包； 跳转至步骤104 ;当在分布式协调传输期DCTP时，跳转至步骤109 ;
[0009] 104、各站点STAi在点协调传输阶段PCTP下，判断点协调传输阶段PCTP的长度是 否大于所有站点STAi的申请传输需求时间长度TXOP之和；若是则跳转至步骤105,否则跳 转至步骤106 ;
[0010] 105、当点协调传输阶段PCTP的长度大于所有站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPidem。。。之和时，则各站点STAi按照申请的申请传输需求时间长度TX0Pidem。。。分配给各站 点STAi;
[ocm] 106、当点协调传输阶段PCTP的长度小于所有站点STAi的申请传输需求时间长度 TX0P之和，判断是否还有站点STAi的数据未发送，若是则转步骤107 ;否则转步骤108 ; [0012] 107、若有数据未发送时，则优先满足站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPi demand；
[001引108、若没有剩余数据未发送时，则等比例缩短站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPidemand；
[0014] 109、在分布式协调传输期DCTP时，各站点STAi根据重传包数量和重传次数大小 计算本STAi的仲裁帖帖间间隔AIFS[i]，跳转至步骤110 ;
[0015] 110、本STAiWCSMA/CA方式占用信道访问时间传输重传包。
[0016] 进一步的，步骤101中多媒体传感网中站点STA的数据传输，视频传感器和音频传 感器的最高采样频率分别为j化和曲Z，通过采用短超帖消除多媒体采集数据帖传输等待 时延，其中超帖长度SF计算公式为：
[0017] 进一步的，步骤101中站点STAi向协调器AP申请的传输需求时间长度为占用信 道实时发送多媒体采集数据所需的访问时间，其中多媒体数据包括图像、音频和视频，并均 W数据帖的形式进行传输，设传输需求时间长度申请为TXOPid^^d，其运算公式为：
[001 引
[0019] Li(t)表示STAi在当前超帖点协调传输阶段未发送完的数据长度，Li(t+1)表示 STAi在当前时刻采集的数据长度，且需要在下一个超帖点协调传输阶段进行传输，R表示物 理信道速率。
[0020] 进一步的，步骤102中的全局时延为所有站点STA时延的平均值，全局丢包率为协 调器AP未接收到数据包个数与所有站点STA发送数据包总数之比。
[002U 进一步的，步骤102中计算得出待分配超帖中的点协调传输期PCTP信道访问时间 长度和分布式协调传输期DCTP的信道访问时间长度具体为；协调器AP为时延、时延抖动超 过上限值P倍的STAi分配点协调传输阶段实际信道访问时间长度，0. 90<p<0. 95,且该时间 长度等于该STAi申请的传输需求时间长度TX0PAP为时延、时延抖动低于上限值P倍 的STAj.分配点协调传输阶段实际信道访问时间长度，设为TXOPj.，且该时间长度为丫倍该STAj申请的传输需求时间长度TX0Pwemand，比例系数丫的运算公式为：
[0022]
[0023]n表示网络STA总数，k表示时延、时延抖动超过上限值P倍的STA个数，其中
得到，点协调传输时间长度PCTP为步骤2 中协调器AP分配当前超帖的点协调传输阶段的信道访问时间总长度。
[0024] 进一步的，步骤109中各站点STAi在分布式协调传输阶段通过载波侦听检测信道 空闲后等待仲裁帖帖间间隔AIFS[i]的时间长度，随后进行载波侦听+退避，最后接入信 道。AIFS[i]的运算公式为：
[0025] 孤ST/]二「/I/化W邮。
[0026] AIFSN[i]表示仲裁帖帖间间隔个数，0表示时隙长度。AIFSN[i]的运算公式为：
[0027]
[002引 NoRPi表示STA厘传包总数，RTimesKPk表示数据包k的重传次数，1和m为权重比 例系数。
[0029] 进一步的，步骤/110中，各STAi在分布式协调传输阶段传输多媒体数据重传包重 传次数上限满足LimoVideoRTimes〉LimoVoi ceRTimes〉LimoPicRTimes，LimoVideoRTimes 表示视频数据重传次数上限，LimoVoiceRTimes表示音频数据重传次数上限， LimoPicRTimes表示图像数据重传次数上限，并且根据视频数据视频帖类型的不同，满足 LimoVideoRTimeSi〉LimoVideoRTimeSp〉LimoVideoRTimesB，LimoVideoRTimes康示I帖重传 次数上限，LimoVideoRTimeSp表示P帖重传次数上限，LimoVideoRTimes B表示B帖重传次 数上限。重传次数超过上限值将被丢弃。
[0030] 本发明的优点及有益效果如下：
[0031] 无线多媒体数据传输信道访问过程中，考虑多媒体传感网中视频传感器和音频传 感器的最高采样频率分别为32. 0化和44.mz，为了解决多媒体传感器在每个超帖中从采 集数据到发送数据的固定时延，方案规定超帖最大长度应小于22ms，并将超帖分为PCTP(S 301)+DCTP(S302)+DAQFP(S303)S个阶段，各阶段主要功能；
[0032]PCTP阶段W点协调调度方式为基础，主要用于传输实时多媒体数据，AP按照轮询 列表依次轮询各个STA，并为本STA分配TX0P，各STA在各自的TX0P期间依次向AP传输实 时多媒体数据包（S304)。AP记录各STA传输情况，并在应答包ACK中反馈对前一STA接收 到的数据包编号。STA接收AP发送的反馈信息并检查是否全部数据发送成功，若发生丢包 或错误包（S305)将在下一超帖的DCTP阶段W分布式竞争方式重传数据包；
[0033] DCTP阶段W具有数据重传包优先级的区分服务为基础主要用于STA重传数据包， W及新STA入网，其接入过程也在DCTP阶段完成；
[0034]DAQFP阶段主要用于各STAWTDMA的方式向AP发送多媒体数据TX0P传输需求申 请包（S306)。STA根据采集的多媒体数据量大小，向AP申请下一超帖中的TX0P，W满足自 身的多媒体数据实时传输需求。
[0035] 根据多媒体数据的特点和所述的超帖功能，提出了根据各STA多媒体采集数据量 大小进行TX0P动态分配的技术策略。在每个超帖结束时，各个STA通过DAQFP阶段向AP 发送多媒体数据TXOP传输需求申请包，其信息包括需要在下一超帖中发送的多媒体数据 的长度和当前超帖未发送完的剩余多媒体数据的长度。AP通过收集各STA的TX0P申请信 息，在下一超帖的PCTP阶段为各STA动态分配TX0P(S307)，并将TX0P分配信息添加到信标 帖中，W便各STA知晓自己在PCTP阶段的信道访问时间长度。采用该技术方案很好的解决 了多媒体数据流量突发 性强，波动性大的特点，合理地使用了信道资源，使STA在多媒体数 据量较大时能有更多的传输机会，W保障多媒体数据传输的实时性。
[0036] 各STA信道访问时间的大小分配会相互影响各自的实时性W及全局网络时延和 丢包率，其中PCTP的长短直接影响全局网络时延的大小，DCTP的长短直接影响全局丢包率 的大小，同时也会间接影响全局时延。根据上述情况对前一技术策略进行优化，提出了一种 控制全局时延和丢包率的PTCP与DCTP长度的动态规划技术策略。
[0037] AP在每个信标时隙规定在当前超帖中PCTP与DCTP的分配长度（分配比例）。其 分配的长度大小是根据当前网络全局时延Delay与全局丢包率LR的大小决定。若Delay和 LR均小于系统要求的QoS上限值的P倍，其中0. 90<p<0. 95,则在当前超帖PCTP的长度将 满足所有STA的TXOPidemaw，超帖剩余长度分配给DCTP ;若LR大于上限值LRlimit的P倍， Delay小于上限值Dela^imit的P倍，为了降低LR则当前超帖PCTP将较前一超帖的PCTP 长度有所缩短，使得当前超帖中DCTP长度增长；同理，若Delay大于上限值Dela^imit的 P倍，LR小于上限值LRlimit的P倍，增长当前超帖中PCTP的长度W降低Delay,相应的会 缩短DCTP长度；但是若LR和Delay均大于上限值的P倍时，引入了LR和Delay的恶化评 价指数LR'与Delay'。若LR'〉Delay'，则W牺牲时延的方式优先增加DCTP长度保证丢包率 降低，W避免后期因丢包率引起时延恶化，当LR小于上限值LRlimit的P倍后再增加PCTP 降低时延；若LR'〈Delay'，则增加PCTP长度W降低时延，但是一旦出现LR'〉Dealy'，立即采 用上一情况的处理方式，W避免后期QoS恶化。采用该技术方案解决了全局网络时延和丢 包率恶化的问题。在满足个别STA出现数据波动时有较高传输需求的同时，很好的控制了 该类STA对其他STAW及全局网络的实时性和丢包率的影响。
[003引根据所述的各STA间实时性会相互影响的问题，在上述控制全局时延和丢包率的PTCP与DCTP长度的动态规划技术策略的基础上，提出了一种根据各STA时延的PTCP阶段 的TX0P动态分配技术策略。在PCTP长度规划好的前提下，若当前超帖的PCTP长度能满足 所有STA的TXOPidem。^传输请求，则所有STA的实际TX0P分配长度WTX0Pdemand申请为准； 若PCTP长度无法满足所有STA的TXOPid^^d请求，则优先满足在前一超帖中有剩余多媒体 数据缓存未发送完的STA的TXOPidemand请求，其余的STA按等比例缩短申请的TX0Pdemand，实 际分配TX0P。采用该技术方案解决了STA因多媒体采集数据缓存过高而造成较大时延的问 题，并且在时延允许范围前提下，对其他缓存较少STA的TX0P进行公平分配，基本满足各自 传输需求。
[0039] 根据各STA重传数据包情况的不同，为了有效降低丢包率和重传包自身时延，在 上述控制全局时延和丢包率的PTCP与DCTP长度的动态规划技术策略的基础上，提出了在 DCTP阶段的一种基于多媒体数据重传包优先级区分服务技术策略。DCTP阶段中每个STA 管理自身的重传包数量NoRPW及各重传包的重传次数RTimesRPK。定义仲裁帖帖间间隔 AIFS[i]:/I/F邓]=「AlFSN[i]>a，其中AIFSN山表示当前STAi的仲裁帖帖间间隔个 数，0表示单位时隙长度。由于每个STA的NoRP和RTimesRPK不同，故AIFS山也不同，其 中
1和m为调节比例系数。因此重传包数量越大， 重传次数越大，AIFS[i]越小，相应地接入机会就越大。采用该技术方案为不同的丢包率和 重传包时延的STA提供不同的优先级服务，使各STA公平传输多媒体数据，避免了STA因数 据包重传次数较大和重传包个数较多时，却无法优先竞争到信道访问机会，而导致更大的 数据包时延的问题。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明优选实施例的实施流程图；
[0041] 图2网络节点拓扑结构示意图；
[0042] 图3无线多媒体数据传输超帖结构示意图。
【具体实施方式】
[0043] W下结合附图，对本发明作进一步说明：
[0044] 本发明的实施方式设及一种控制全局时延的无线多媒体数据传输实时调度方法， 该解决方法主要解决在无线多媒体数据传输过程中多媒体数据出现波动时而引起各站点 出现时延、时延抖动的情况下，控制全局时延不会持续恶化超过设定限制的问题。如图1所 示，其实现步骤包括：
[0045] 在步骤S101中，各STA根据多媒体采集数据量向AP发送TXOP传输需求申请包。
[0046] 在步骤S102中，AP在信标时隙计算当前全局时延Delay和全局丢包率LR，判断该 参数与QoS上限值的逻辑关系。
[0047] 在步骤S103中，根据当前Delay和LR的值，动态调节超帖中PCTP和DCTP的长度 大小。
[0048] 在步骤S104中，根据步骤S103中调节的PCTP长度大小判断是否满足当前所有 STA在步骤S101中的TX0P申请。
[0049] 在步骤S105中，若步骤S104满足条件，则AP为各STA实际分配的TX0P即为各 STA在步骤S101中申请的TX0P。
[0化0] 在步骤S106中，若步骤S104不满足条件，则AP判断各STA在前一超帖中是否有 剩余多媒体数据未发送。
[0化1] 在步骤S107中，若步骤S106满足条件，则AP为在前一超帖中有剩余多媒体数据 未发送的STA实际分配的TX0P，即为此STA在步骤S101中申请的TX0P。
[005引在步骤S108中，若步骤S106不满足条件，则AP通过等比例缩短申请TX0P的方式 为此STA分配实际的TX0P。
[0化3]在步骤S109中，各STA管理本STA的重传包数量和重传包重传次数，计算得出AWS[i]。
[0化4] 在步骤S110中，根据步骤S109中各STA的AIFS[i]，通过CSMA/CA方式竞争接入 信道，重传多媒体数据包。
[0055] 具体地，W下结合附图对每个步骤进行详尽的叙述。
[0056] 在步骤SlOl中，各STAWTDMA的方式向AP发送多媒体数据TXOP传输需求申请 包做06)。STAi根据采集的多媒体数据量大小L1，向AP申请下一超帖中的TXOPidemaW，W满 足自身的多媒体数据实时传输需求。各STA申请TXOPid^^d计算公式：
[0057]
(公式1)
[0化引Li(t)表示当前超帖未发送的剩余多媒体数据量大小，Li(t+1)表示STA实时采集 的多媒体数据并将在下一超帖中发送的数据量大小，R表示物理信道传输速率。
[0化9]在步骤S102中，AP计算当前全局时延Delay和全局丢包率LR。全局时延Delay和全局丢包率LR计算公式：
[006引其中n表示网络站点总数，表示站点STAi发送多媒体数据的总时延，其计 算公式为：
[0063]
(公式4)
[0064] 其中NoP康示站点STAi发送的数据包个数，delayoVideo、delayoVoice、 delayoPic分别表示各视频、音频、图像数据帖分割成的多媒体数据包的总时延，由AP对每 个多媒体数据帖的数据包采集时间和接收时间进行统计得出帖时延。NoRecP表示AP接收 到的数据包总数。
[0065] 将当前Delay和LR与无线多媒体传输QoS上限值Dela}dimit和LRlimit比较。
[0066] 在步骤S103中，AP根据步骤S102的判断结果，分配在当前超帖中PCTP和DCTP的 长度大小，随后STA在各阶段规定长度范围内占用信道资源。
[0067] 1.若LR<LRlimit的P倍，且Dela5<Dela5dimit的P倍，其中 0. 90<p<0. 95,则PCTP 和DCTP长度大小计算公式；
[0068]
(公式W
[0069]DCTP=SF-Beacon-PCTP-DAQFP(公式 6)
[0070] 其中n表示无线多媒体传输网络STA个数，ACK为AP发送给STA的应答包长度， SIFS为短帖帖间间隔，SF表示超帖长度，Beacon为信标帖长度。
[007U 2.若LR乂Rlimit的P倍，且Dela5<Dela5dimit的P倍，则通过压缩PCTP长度， 增长DCTP长度增加各STA重传包的传输机会，降低丢包率。PCTP和DCTP长度大小计算公 式：
[0072]PCTP=b冲CTPpre(b<l)(公式 7)
[007引DCTP=SF-Beacon-PCTP-DAQFP(公式 8)
[0074] 其中PCTPpt。表示前一超帖PCTP长度大小，b为PCTP调节系数，计算公式为；
[0075]
(公式9)
[0076] 3.若LR<LRlimit的P倍，且Delay〉Dela}dimit的P倍，则通过增长PCTP长度保 证多媒体采集数据的实时性，降低多媒体数据包的时延。PCTP和DCTP长度大小计算公式：
[0077] PCTP = b冲CTPpre(b〉l)(公式10)
[0078] DCTP=SF-Beacon-PCTP-DAQFP(公式11)
[0079] 其中b的计算公式为：
[0080]
(公式12)
[00川 4.若LR乂Rlimit的P倍，且Delay〉Dela5dimit的P倍，则需要比较当前全局时延 和全局丢包率各自的恶化评价指数Delay'和LR'。Delay'和LR'的计算公式：
[0084] a)若LR'〉Delay'，则通过牺牲实时多媒体采集数据时延的方式降低丢包率，W避 免后期因丢包率过高而造成重传包时延恶化，当LR<LRlimit后再增加PCTP长度。
[0085]b)若LR-〈Delay-，则增加PCTP长度，缩短DCTP长度，一旦LR-〉Delay-，立即采用 情况a的处理方式，避免时延恶化。
[0086] 在步骤S104中，AP根据在步骤S103中分配的PCTP长度判断当前PCTP是否满足 所有STA的TX0P申请。即计算公式是否成立；
[0087]
(公式15)
[008引若公式15成立，则AP为所有STA实际分配的TX0P满足各STA申请的TX0P，即TX0Pi=TX0Pidemand。
[0089] 若公式15不成立，则AP将优先满足在上一超帖中有剩余多媒体数据未发送完的 STAi申请的TX0Pidem。。。，其余STAj.实际分配的TX0P将W等比例缩短申请TX0Pdemand方式进行 分配。通过计算公式：
[0090]
(公式16)
[0091] 其中
表示n个STA中除去AP优先分配的k个STA的其余STA可用TX0P 总和。等比例压缩系数丫的计算公式如下：
[oow]
(公式 17)
[009引通过公式17计算得到压缩系数后，即对各STA分配实际的TXOP，计算公式如下：[0094] TX0Pj= TX0P jdemandX丫 （公式18)
[00巧]在步骤S109中，各STA管理本STA的重传包数量NoRPi和重传包重传次数RTimeSwk。同时重传包在传输过程中遵循先进先出的原则。根据每个STA的NoRPi和 RTimeSupk的不同，AIFS[i]也不同。计算公式如下；
[OOM] /I/F刷=「A[巧N叫X。（公式 19)
[0097]其中AFISN山表示STAi的仲裁帖帖间间隔个数，0表示单位时隙长度。AFISN山 的计算公式如下：
[009引
[0099] 1和m为调节比例系数。因此STA重传包数量越大，重传次数越大，AIFS[i]越小， 相应地在DCTP阶段竞争接入机会就越大。
[0100] W上该些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在 阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可W对本发明作各种改动或修改，该些等效变 化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
【主权项】
1. 一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于，包括以下步骤： 101、 在多媒体传感网中，超帧采用短超帧，将协调器AP在信标帧中分配给各站点STA 的数据传输阶段划分为点协调传输期PCTP，分布式协调传输期DCTP和多媒体数据采集反 馈期DAQFP，其中无线多媒体监控站点STAi在超帧的多媒体数据采集反馈期DAQFP根据采 集多媒体数据量大小向协调器AP申请传输需求时间长度TXOPidraiand; 102、 协调器AP获取当前多媒体传感网的全局时延Delay和全局丢包率LR，并与无线多 媒体传输QoS上限值Delaylimit和LRlimit比较；计算得出待分配超帧中的点协调传输期 PCTP信道访问时间长度和分布式协调传输期DCTP的信道访问时间长度； 103、 协调器根据步骤102计算出的待分配超帧中的点协调传输期PCTP和分布式协调 传输期DCTP的信道访问时间长度；站点STACSMA/CA占用信道访问时间传输重传包；跳转 至步骤104 ;当在分布式协调传输期DCTP时，跳转至步骤109 ; 104、 各站点STAi在点协调传输阶段PCTP下，判断点协调传输阶段PCTP的长度是否大 于所有站点STAj^传输需求时时间长度TXOP idMand之和；若是则跳转至步骤105,否则跳转 至步骤106 ; 105、 当点协调传输阶段PCTP的长度大于所有站点STAi的传输需求时间长度TXOP ide_d之和时，则各站点STAi按照申请的申请传输需求时间长度TXOP idemand分配给各站点STA i; 106、 当点协调传输阶段PCTP的长度小于所有站点STAi的传输需求时间长度TXOP ide_d之和，判断是否还有站点STAi的数据未发送，若是则转步骤107 ;否则转步骤108 ; 107、 若有数据未发送时，则优先满足站点STAi的申请传输需求时间长度TXOP id_nd; 108、 若没有剩余数据未发送时，则等比例缩短站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPidemand; 109、 在分布式协调传输期DCTP时，各站点STAJg据重传包数量和重传次数大小计算 本STAi的仲裁帧帧间间隔AIFS[i]，跳转至步骤110 ; 110、 本STAi以CSMA/CA方式占用信道访问时间传输重传包。2. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤101中 多媒体传感网中站点STA的数据传输，视频传感器和音频传感器的最高采样频率分别为 jHz和kHz，通过采用短超帧消除多媒体采集数据帧传输等待时延，其中规定超帧最大长度 等于3. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤101中 站点3了化向协调器AP申请的传输需求时间长度为占用信道实时发送多媒体采集数据所需 的访问时间，其中多媒体数据包括图像、音频和视频，并均以数据帧的形式进行传输，设传 输需求时间长度为TXOPidraiand，其运算公式为：Li (t)表示STAi在当前超帧点协调传输阶段未发送完的数据长度,Li (t+Ι)表示5了化在 当前时刻采集的数据长度，且需要在下一个超帧点协调传输阶段进行传输，R表示物理信道 速率。4. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤102中 的全局时延为所有站点STA时延的平均值，全局丢包率为协调器AP未接收到数据包个数与 所有站点STA发送数据包总数之比。5. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤102中 计算得出待分配超帧中的点协调传输期PCTP信道访问时间长度和分布式协调传输期DCTP 的信道访问时间长度具体为：协调器AP为时延、时延抖动超过上限值p倍的STAi*配点协 调传输阶段实际信道访问时间长度，〇. 90〈p〈0. 95,且该时间长度等于该STAi申请的传输需 求时间长度TXOPidemand。AP为时延、时延抖动低于上限值p倍的STAj分配点协调传输阶段 实际信道访问时间长度，设为TXOPr且该时间长度为γ倍该STA^申请的传输需求时间长 度TX〇Pjd_d，比例系数γ的运算公式为：η表示网络STA总数，k表示时延、时延抖动超过上限值ρ倍的STA个数，其中由算另得到，点协调传输时间长度PCTP为步骤2中协调器 AP分配当前超帧的点协调传输阶段的信道访问时间总长度。6. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤109中 各站点STAi在分布式协调传输阶段通过载波侦听检测信道空闲后等待仲裁帧帧间间隔 AIFS[i]的时间长度，随后进行载波侦听+退避，最后接入信道。AIFS[i]的运算公式为：AIFSN[i]表示仲裁帧帧间间隔个数，σ表示时隙长度。AIFSN[i]的运算公式为：NoRPi表示STAi重传包总数，RTimes KPk表示数据包k的重传次数，1和m为权重比例系 数。7. 根据权利要求1所述的一种多媒体传感网实时调度方法，其特征在于：步骤/110 中，各3了化在分布式协调传输阶段传输多媒体数据重传包重传次数上限满足LimoVide0R Times>LimoVoiceRTimes>LimoPicRTimes，LimoVideoRTimes 表不视频数据重传次数上限， LimoVoiceRTimes表示音频数据重传次数上限，LimoPicRTimes表示图像数据重传次数上 限，并且根据视频数据视频帧类型的不同，满足LimoVideoRTimesPLimoVideoRTimesPLimo VideoRTimesB，1^111〇/1(16〇1?1';[111681表不 I 帧重传次数上限，LimoVideoRTimes ρ表不 P 帧重传 次数上限，LimoVideoRTimesB表示B帧重传次数上限。重传次数超过上限值将被丢弃。
【专利摘要】本发明请求保护一种多媒体传感网实时调度方法。该其实现步骤包括：规定超帧为短超帧，将AP在信标帧中分配给各站点(STA)的数据传输阶段划分为点协调传输期(PCTP)，分布式协调传输期(DCTP)和多媒体数据采集反馈期(DAQFP)。STA在DAQFP阶段根据采集数据量大小向AP申请传输需求时间长度(TXOPidemand)。AP根据当前多媒体传感网络全局时延和全局丢包率分配超帧中PCTP和DCTP的信道访问时间总长度。AP根据各STA时延、时延抖动大小以及申请的传输需求时间长度分配实际的TXOP。各STA根据重传包数量和重传次数计算本STA的仲裁帧帧间间隔(AIFS)，并通过CSMA/CA占用信道访问时间传输重传包。本发明提高了信道利用率低，使各STA实时性提高，全局网络时延降低，信道资源分配公平。
【IPC分类】H04W72/12, H04W72/04
【公开号】CN104902575
【申请号】CN201510260319
【发明人】李勇, 程智睿, 王平
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月21日
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