提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理方法及系统

本发明涉及移动无线自组织网络(MANET)时分多址(TDMA)通信和多媒体领域，具体地，涉及一种提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理方法及系统。

如图1所示，移动无线自组织网络(Mobile Ad Hoc Network，MANET)是一种无中心、分布式、随机动态的多跳网络，以其高效快捷、组网灵活、抗毁性强、费用低廉等优势，广泛地应用于军事通信、自然救灾、科学考察、紧急通信等领域。随着因特网服务和无线移动通信服务的高速发展，语音、视频等实时多媒体业务需求与日俱增，用户对其服务质量(Quality of Service，Qos)的要求也越来越高。

基于时分多址(TDMA)的MANET网络，包含多个移动节点，节点之间通过无线媒介进行信息交互。传输资源基于时隙进行划分，每个节点只有通过一定的策略在2跳或多跳范围内独占时隙资源，才能向其他节点发送数据。两个节点之间传输数据时，可能需要一个或多个中间节点作为传输中继。与传统的蜂窝网络和有基础设施的公共移动通信网络均有所不同，其传输带宽有限、链路质量不稳定、多跳传输链路动态变化、时隙资源基于竞争动态分配，这些因素都对传输带宽、误码率、时延等性能带来不利影响，从而对多媒体业务的传输服务质量提出了较大挑战。

如图2所示，TDMA系统的传输资源在整个在时间轴上，被平均分为一个一个的时间段，每个时间段被称为一个TDMA时帧。每个时帧由N个时隙资源块组成，其中N为一个时帧周期的时隙数量，每个时隙的长度为M毫秒，因此一个时帧周期的长度为N*M毫秒。

时帧周期的长度，一般由网络规模、系统带宽、时隙长度、吞吐率和时延需求等因素共同决定。一般来说，时帧长度与网络规模成正比，与物理承载能力成反比，与系统性能要求成反比。(网络支持的节点数越多，时帧周期越长；物理承载能力越弱，时帧周期越长；系统的吞吐率和时延要求越高，时帧周期越短)

如图3所示，多媒体业务数据传输具有突发性和周期性特点。

1)突发性：随时开始传输，随时结束传输；

2)周期性：数据包的产生具有周期性，数据包在时间轴上等间隔传输。

多媒体业务的传输周期长度，取决于数据的采样周期，与产生数据的软硬件及设置相关。一般来说，软硬件及设置一旦确定，多媒体业务数据的传输周期一直固定不变。

传统的IEEE802.11WLAN标准只能提供尽力而为的服务，对服务质量没有保障。IEEE802.11e标准可以为不同业务类型提供不同的服务等级，在一定程度上提升了各种业务的传输服务质量，但对时延和时延抖动敏感业务，其用户体验仍然不好。有研究人员提出普通时隙预留的策略，对业务数据的时延和抖动有一定的提升，但对于突发性周期性的多媒体业务而言，其作用有限，导致用户体验依然不佳。

根据以上分析，为了克服基于TDMA的MANET网络中普遍存在较大的时延和时延抖动，导致多媒体业务体验不佳的问题，本发明提供了一种高效的时隙管理方法。该方法基于多媒体业务突发性周期性的传输特点，通过最优的时隙选择策略，以及基于时隙资源集合的管理策略，降低了端到端传输时延和抖动，从而有效提升多媒体业务的用户体验。针对基于时分多址MANET网络中的多媒体业务，如实时语音业务、实时视频业务等，由于对传输时延及传输时延抖动比较敏感，容易出现用户体验较差的问题，创新性地提出了周期性预留时隙资源的方法。本方法根据多媒体业务周期性和突发性特点，进行周期性的时隙资源预留，既减少了传输时延，又降低了传输时延抖动，最终大大提升了用户体验。

MANET网络是一个多跳的传输网络，端到端传输时延为传输路径上各跳传输时延的总和。本方法基于多媒体业务数据包的实时传输，尽量选择最近的时隙进行发送或转发，并进行时隙资源预留。选择最近的时隙，可以保证时延最小，特别是多跳传输时，时延累积效应更加明显。时隙资源预留，可以保证在多媒体业务数据传输期间，传输路径上的所有节点无需频繁申请和释放时隙资源，从而有效减少端到端传输时延。

如图10所示，横轴为时帧长度，纵轴为端到端平均时延。可以看出，高效时隙预留策略产生的时延不仅远远小于普通时隙预留策略产生的时延，而且不随时帧长度的增加和增加。一般情况下，随着支持的网络规模增加，时帧长度需要相应地增加。

多媒体业务具有突发周期性传输的特性。本方法基于多媒体业务数据包的传输周期，节点申请时隙资源时，为该业务预留一个时隙集合。该时隙集合中所有时隙的排列位置，尽可能地与多媒体业务数据包的传输周期保持一致，从而将业务数据传输时延抖动降到最低。

如图11所示，横轴为时帧长度，纵轴为端到端平均时延抖动。可以看出，高效时隙预留策略产生的时延抖动远远小于普通时隙预留策略产生的时延抖动。

专利文献CN107707326B(申请号：CN201711106854.8)公开了一种面向终端的TDMA两级时隙管理方法，根据客户终端类型进行时隙管理，包括：将客户终端实际应用需求按延迟敏感程度、带宽需求和优先级分别按高、中、低三级细化分类；将每个客户终端的时隙分配按照带宽需求分别按高、中、低三级划分；将每个客户终端的时隙调度按照延迟敏感度和优先级分别按高、中、低三级划分；按照优先级和延迟敏感度将所有的接入客户终端分成第一级和第二级轮询队列；采用两层轮询制度分别轮询上述两级客户终端轮询队列；当轮询结束时，将满足预定条件的客户终端移动到或移出非活跃队列。但该发明不能与多媒体业务数据包的传输周期保持一致，从而将业务数据传输时延抖动降到最低。

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理方法及系统。

根据本发明提供的一种提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理方法，包括：

步骤S1：根据时隙申请策略判定是否申请时隙；

步骤S2：为需要申请时隙资源的多媒体业务申请并预留时隙；

步骤S3：在已经申请和预留的时隙上发送数据包；

步骤S4：在固定时间段内一直没有数据包需要发送的预留时隙，释放时隙资源；

当步骤S1判决不需要申请时隙资源时直接跳转步骤S3。

优选地，移动无线自组织网络中单个业务数据包传输过程中，每一跳传输时延的总和称为该数据包的端到端传输时延，每一跳的传输时延记为Td，端到端传输时延越大，用户体验越差；对于连续传输的数据包而言，他们之间的传输时延方差称为时延抖动；时延抖动越大，用户体验越差；

每一跳的传输时延＝数据处理时间+空口传输时间+时隙申请时间

对于需要时隙动态申请的时分多址系统，数据处理时间和空口传输时间所花的时间小于时隙申请时间，因此在不考虑每一跳数据处理时间和空口传输时间的前提下，每一跳的传输时延取决于申请时隙时间；当节点有时隙资源可用而跳过时隙申请阶段，则每一跳的传输时延取决于等待时间，等待时间记为Tw；

业务数据包端到端传输时延为节点到下一个节点的单跳时延的总和；不同数据包会有不同的端到端传输时延值，连续数据包端到端传输时延的差会产生时延抖动；

当不进行时隙预留时，对于单跳传输而言，每个数据包都需要申请时隙后才能传输，申请时隙的时间为Ta，在不考虑其他时延因素的情况下，节点每个数据包产生的时延为Td＝Ta；由于申请时隙时间可能不同，或者由于时隙申请发生冲突导致重新申请时隙，则每次申请时隙的时间Ta不同，传输时延Td也不同；

申请时隙所花时间长，单跳传输时延Td大；业务数据传输时隙不是等间隔排列，会产生单跳时延抖动；对于多跳传输而言，多媒体业务数据的传输时延和抖动是整个路径上单跳传输时延和抖动的累积，由于单跳时延和抖动大，多媒体业务数据的端到端传输时延和抖动则大；

每个节点为多媒体业务数据包申请时隙资源时，每次申请一个时隙集合，该集合中的所有时隙，满足如下要求：

a、申请和预留时隙与数据包的到达时间间隔短；

b、预留时隙之间的时间间隔，等于或大于多媒体业务的传输周期；

数据包到达后，申请时隙集合，使每一个数据包等待发送的时间Tw最短，且传输间隔相等；

申请和预留的时隙位置，与申请时隙过程所花费的时间Ta无关。

优选地，在所述步骤S1中：

时隙申请有两种方式，静态时隙分配和动态时隙申请；由于多媒体业务突发性特点使用动态时隙申请方式，动态时隙申请，是指节点需要使用时隙资源时，以竞争的方式，通过空口信令与相邻节点进行交互，从而在一段时间内独占时隙资源，使用完毕再释放该资源；如果该数据包到达时，该节点没有用于发送该数据包的时隙资源，则判决需要申请时隙，否则不申请时隙资源，而是在已经申请和预留的时隙上发送。

优选地，在所述步骤S2中：

申请的时隙需要满足两个条件：

a、申请和预留时隙与数据包的到达时间间隔短；

b、预留时隙之间的时间间隔，等于或大于多媒体业务的传输周期；

邻域内的相关节点对时隙申请请求进行裁决，相邻节点判定此次申请是否成功；裁决的方式为集中式或者分布式，分布式裁决方式是指邻域内多个节点共同参与裁决；集中式裁决方式是指邻域内某个管理节点进行独立裁决；区域内同时有多个节点进行时隙申请，或者同时竞争同一个时隙资源，会产生冲突，从而导致此次时隙申请失败；从数据包到达该节点，到为其申请到可用时隙资源之间，都会有1个或多个时帧周期的时间间隔，称为时隙申请时间，记为Ta；时隙申请成功后，记录当前时间戳，该时隙集合在一段时间内一直预留给该节点使用，一直预留的时间记为Tr。

优选地，在所述步骤S3中：

数据包是从应用层下发或者从其他节点转发的多媒体业务数据包；

从数据包到达到真正在该时隙上进行数据传输之间的等待时间，记为Tw，Tw小于Ta；如果本次使用的时隙不是申请而是预留的，则更新时间戳，记录最后发送数据包的时间；

优选地，在所述步骤S4中：

对于某节点的预留时隙，如果在Tr时间段内，一直没有相关多媒体业务数据包需要发送，则释放时隙资源，使释放的时隙资源能够重新被其他所有节点竞争并申请。

根据本发明提供的一种提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理系统，包括：

模块M1：根据时隙申请策略判定是否申请时隙；

模块M2：为需要申请时隙资源的多媒体业务申请并预留时隙；

模块M3：在已经申请和预留的时隙上发送数据包；

模块M4：在固定时间段内一直没有数据包需要发送的预留时隙，释放时隙资源；

在模块M1判决不需要申请时隙资源时模块M3执行工作。

优选地，移动无线自组织网络中单个业务数据包传输过程中，每一跳传输时延的总和称为该数据包的端到端传输时延，每一跳的传输时延记为Td，端到端传输时延越大，用户体验越差；对于连续传输的数据包而言，他们之间的传输时延方差称为时延抖动；时延抖动越大，用户体验越差；

每一跳的传输时延＝数据处理时间+空口传输时间+时隙申请时间

对于需要时隙动态申请的时分多址系统，数据处理时间和空口传输时间所花的时间小于时隙申请时间，因此在不考虑每一跳数据处理时间和空口传输时间的前提下，每一跳的传输时延取决于申请时隙时间；当节点有时隙资源可用而跳过时隙申请阶段，则每一跳的传输时延取决于等待时间，等待时间记为Tw；

业务数据包端到端传输时延为节点到下一个节点的单跳时延的总和；不同数据包会有不同的端到端传输时延值，连续数据包端到端传输时延的差会产生时延抖动；

当不进行时隙预留时，对于单跳传输而言，每个数据包都需要申请时隙后才能传输，申请时隙的时间为Ta，在不考虑其他时延因素的情况下，节点每个数据包产生的时延为Td＝Ta；由于申请时隙时间可能不同，或者由于时隙申请发生冲突导致重新申请时隙，则每次申请时隙的时间Ta不同，传输时延Td也不同；

申请时隙所花时间长，单跳传输时延Td大；业务数据传输时隙不是等间隔排列，会产生单跳时延抖动；对于多跳传输而言，多媒体业务数据的传输时延和抖动是整个路径上单跳传输时延和抖动的累积，由于单跳时延和抖动大，多媒体业务数据的端到端传输时延和抖动则大；

每个节点为多媒体业务数据包申请时隙资源时，每次申请一个时隙集合，该集合中的所有时隙，满足如下要求：

a、申请和预留时隙与数据包的到达时间间隔短；

b、预留时隙之间的时间间隔，等于或大于多媒体业务的传输周期；

数据包到达后，申请时隙集合，使每一个数据包等待发送的时间Tw最短，且传输间隔相等；

申请和预留的时隙位置，与申请时隙过程所花费的时间Ta无关。

优选地，在所述模块M1中：

时隙申请有两种方式，静态时隙分配和动态时隙申请；由于多媒体业务突发性特点使用动态时隙申请方式，动态时隙申请，是指节点需要使用时隙资源时，以竞争的方式，通过空口信令与相邻节点进行交互，从而在一段时间内独占时隙资源，使用完毕再释放该资源；如果该数据包到达时，该节点没有用于发送该数据包的时隙资源，则判决需要申请时隙，否则不申请时隙资源，而是在已经申请和预留的时隙上发送。

优选地，在所述模块M2中：

申请的时隙需要满足两个条件：

a、申请和预留时隙与数据包的到达时间间隔短；

b、预留时隙之间的时间间隔，等于或大于多媒体业务的传输周期；

邻域内的相关节点对时隙申请请求进行裁决，相邻节点判定此次申请是否成功；裁决的方式为集中式或者分布式，分布式裁决方式是指邻域内多个节点共同参与裁决；集中式裁决方式是指邻域内某个管理节点进行独立裁决；区域内同时有多个节点进行时隙申请，或者同时竞争同一个时隙资源，会产生冲突，从而导致此次时隙申请失败；从数据包到达该节点，到为其申请到可用时隙资源之间，都会有1个或多个时帧周期的时间间隔，称为时隙申请时间，记为Ta；时隙申请成功后，记录当前时间戳，该时隙集合在一段时间内一直预留给该节点使用，一直预留的时间记为Tr。

优选地，在所述模块M3中：

数据包是从应用层下发或者从其他节点转发的多媒体业务数据包；

从数据包到达到真正在该时隙上进行数据传输之间的等待时间，记为Tw，Tw小于Ta；如果本次使用的时隙不是申请而是预留的，则更新时间戳，记录最后发送数据包的时间；

优选地，在所述模块M4中：

对于某节点的预留时隙，如果在Tr时间段内，一直没有相关多媒体业务数据包需要发送，则释放时隙资源，使释放的时隙资源能够重新被其他所有节点竞争并申请。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明减少传输时延，基于多媒体业务数据包的实时传输，尽量选择最近的时隙进行发送或转发，并进行时隙资源预留，选择最近的时隙，可以保证时延最小，特别是多跳传输时，时延累积效应更加明显；时隙资源预留，可以保证在多媒体业务数据传输期间，传输路径上的所有节点无需频繁申请和释放时隙资源，从而有效减少端到端传输时延。

2、本发明降低传输时延抖动，基于多媒体业务数据包的传输周期，节点申请时隙资源时，为该业务预留一个时隙集合；该时隙集合中所有时隙的排列位置，尽可能地与多媒体业务数据包的传输周期保持一致，从而将业务数据传输时延抖动降到最低。

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为MANET网络系统拓扑；

图2为TDMA时帧结构；

图3为多媒体业务数据包传输；

图4为MANET多跳传输；

图5为不进行时隙预留时的数据传输；

图6为普通时隙预留时的数据传输；

图7为高效时隙预留时的数据传输；

图8为高效时隙管理流程–时隙申请和预留；

图9为高效时隙管理流程–时隙释放；

图10为时延对比；

图11为时延抖动对比。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

根据本发明提供的一种提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理方法，如图1-图11所示，包括：

步骤S1：根据时隙申请策略判定是否申请时隙；

步骤S2：为需要申请时隙资源的多媒体业务申请并预留时隙；

步骤S3：在已经申请和预留的时隙上发送数据包；

步骤S4：在固定时间段内一直没有数据包需要发送的预留时隙，释放时隙资源；

当步骤S1判决不需要申请时隙资源时直接跳转步骤S3。

具体地，移动无线自组织网络中单个业务数据包传输过程中，每一跳传输时延的总和称为该数据包的端到端传输时延，每一跳的传输时延记为Td，端到端传输时延越大，用户体验越差；对于连续传输的数据包而言，他们之间的传输时延方差称为时延抖动；时延抖动越大，用户体验越差；

每一跳的传输时延＝数据处理时间+空口传输时间+时隙申请时间

对于需要时隙动态申请的时分多址系统，数据处理时间和空口传输时间所花的时间小于时隙申请时间，因此在不考虑每一跳数据处理时间和空口传输时间的前提下，每一跳的传输时延取决于申请时隙时间；当节点有时隙资源可用而跳过时隙申请阶段，则每一跳的传输时延取决于等待时间，等待时间记为Tw；

业务数据包端到端传输时延为节点到下一个节点的单跳时延的总和；不同数据包会有不同的端到端传输时延值，连续数据包端到端传输时延的差会产生时延抖动；

当不进行时隙预留时，对于单跳传输而言，每个数据包都需要申请时隙后才能传输，申请时隙的时间为Ta，在不考虑其他时延因素的情况下，节点每个数据包产生的时延为Td＝Ta；由于申请时隙时间可能不同，或者由于时隙申请发生冲突导致重新申请时隙，则每次申请时隙的时间Ta不同，传输时延Td也不同；

申请时隙所花时间长，单跳传输时延Td大；业务数据传输时隙不是等间隔排列，会产生单跳时延抖动；对于多跳传输而言，多媒体业务数据的传输时延和抖动是整个路径上单跳传输时延和抖动的累积，由于单跳时延和抖动大，多媒体业务数据的端到端传输时延和抖动则大；

每个节点为多媒体业务数据包申请时隙资源时，每次申请一个时隙集合，该集合中的所有时隙，满足如下要求：

a、申请和预留时隙与数据包的到达时间间隔短；

b、预留时隙之间的时间间隔，等于或大于多媒体业务的传输周期；

数据包到达后，申请时隙集合，使每一个数据包等待发送的时间Tw最短，且传输间隔相等；

申请和预留的时隙位置，与申请时隙过程所花费的时间Ta无关。

具体地，在所述步骤S1中：

时隙申请有两种方式，静态时隙分配和动态时隙申请；由于多媒体业务突发性特点使用动态时隙申请方式，动态时隙申请，是指节点需要使用时隙资源时，以竞争的方式，通过空口信令与相邻节点进行交互，从而在一段时间内独占时隙资源，使用完毕再释放该资源；如果该数据包到达时，该节点没有用于发送该数据包的时隙资源，则判决需要申请时隙，否则不申请时隙资源，而是在已经申请和预留的时隙上发送。

具体地，在所述步骤S2中：

申请的时隙需要满足两个条件：

a、申请和预留时隙与数据包的到达时间间隔短；

b、预留时隙之间的时间间隔，等于或大于多媒体业务的传输周期；

邻域内的相关节点对时隙申请请求进行裁决，相邻节点判定此次申请是否成功；裁决的方式为集中式或者分布式，分布式裁决方式是指邻域内多个节点共同参与裁决；集中式裁决方式是指邻域内某个管理节点进行独立裁决；区域内同时有多个节点进行时隙申请，或者同时竞争同一个时隙资源，会产生冲突，从而导致此次时隙申请失败；从数据包到达该节点，到为其申请到可用时隙资源之间，都会有1个或多个时帧周期的时间间隔，称为时隙申请时间，记为Ta；时隙申请成功后，记录当前时间戳，该时隙集合在一段时间内一直预留给该节点使用，一直预留的时间记为Tr。

具体地，在所述步骤S3中：

数据包是从应用层下发或者从其他节点转发的多媒体业务数据包；

从数据包到达到真正在该时隙上进行数据传输之间的等待时间，记为Tw，Tw小于Ta；如果本次使用的时隙不是申请而是预留的，则更新时间戳，记录最后发送数据包的时间；

具体地，在所述步骤S4中：

对于某节点的预留时隙，如果在Tr时间段内，一直没有相关多媒体业务数据包需要发送，则释放时隙资源，使释放的时隙资源能够重新被其他所有节点竞争并申请。

实施例2：

实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

本领域技术人员可以将本发明提供的一种提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理方法，理解为提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理系统的具体实施方式，即所述提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理系统可以通过执行所述提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理方法的步骤流程予以实现。

根据本发明提供的一种提升MANET多媒体业务Qos的时隙管理系统，包括：

模块M1：根据时隙申请策略判定是否申请时隙；

模块M2：为需要申请时隙资源的多媒体业务申请并预留时隙；

模块M3：在已经申请和预留的时隙上发送数据包；

模块M4：在固定时间段内一直没有数据包需要发送的预留时隙，释放时隙资源；

在模块M1判决不需要申请时隙资源时模块M3执行工作。

具体地，移动无线自组织网络中单个业务数据包传输过程中，每一跳传输时延的总和称为该数据包的端到端传输时延，每一跳的传输时延记为Td，端到端传输时延越大，用户体验越差；对于连续传输的数据包而言，他们之间的传输时延方差称为时延抖动；时延抖动越大，用户体验越差；

每一跳的传输时延＝数据处理时间+空口传输时间+时隙申请时间

对于需要时隙动态申请的时分多址系统，数据处理时间和空口传输时间所花的时间小于时隙申请时间，因此在不考虑每一跳数据处理时间和空口传输时间的前提下，每一跳的传输时延取决于申请时隙时间；当节点有时隙资源可用而跳过时隙申请阶段，则每一跳的传输时延取决于等待时间，等待时间记为Tw；

业务数据包端到端传输时延为节点到下一个节点的单跳时延的总和；不同数据包会有不同的端到端传输时延值，连续数据包端到端传输时延的差会产生时延抖动；

当不进行时隙预留时，对于单跳传输而言，每个数据包都需要申请时隙后才能传输，申请时隙的时间为Ta，在不考虑其他时延因素的情况下，节点每个数据包产生的时延为Td＝Ta；由于申请时隙时间可能不同，或者由于时隙申请发生冲突导致重新申请时隙，则每次申请时隙的时间Ta不同，传输时延Td也不同；

申请时隙所花时间长，单跳传输时延Td大；业务数据传输时隙不是等间隔排列，会产生单跳时延抖动；对于多跳传输而言，多媒体业务数据的传输时延和抖动是整个路径上单跳传输时延和抖动的累积，由于单跳时延和抖动大，多媒体业务数据的端到端传输时延和抖动则大；

每个节点为多媒体业务数据包申请时隙资源时，每次申请一个时隙集合，该集合中的所有时隙，满足如下要求：

a、申请和预留时隙与数据包的到达时间间隔短；

b、预留时隙之间的时间间隔，等于或大于多媒体业务的传输周期；

数据包到达后，申请时隙集合，使每一个数据包等待发送的时间Tw最短，且传输间隔相等；

申请和预留的时隙位置，与申请时隙过程所花费的时间Ta无关。

具体地，在所述模块M1中：

时隙申请有两种方式，静态时隙分配和动态时隙申请；由于多媒体业务突发性特点使用动态时隙申请方式，动态时隙申请，是指节点需要使用时隙资源时，以竞争的方式，通过空口信令与相邻节点进行交互，从而在一段时间内独占时隙资源，使用完毕再释放该资源；如果该数据包到达时，该节点没有用于发送该数据包的时隙资源，则判决需要申请时隙，否则不申请时隙资源，而是在已经申请和预留的时隙上发送。

具体地，在所述模块M2中：

申请的时隙需要满足两个条件：

a、申请和预留时隙与数据包的到达时间间隔短；

b、预留时隙之间的时间间隔，等于或大于多媒体业务的传输周期；

邻域内的相关节点对时隙申请请求进行裁决，相邻节点判定此次申请是否成功；裁决的方式为集中式或者分布式，分布式裁决方式是指邻域内多个节点共同参与裁决；集中式裁决方式是指邻域内某个管理节点进行独立裁决；区域内同时有多个节点进行时隙申请，或者同时竞争同一个时隙资源，会产生冲突，从而导致此次时隙申请失败；从数据包到达该节点，到为其申请到可用时隙资源之间，都会有1个或多个时帧周期的时间间隔，称为时隙申请时间，记为Ta；时隙申请成功后，记录当前时间戳，该时隙集合在一段时间内一直预留给该节点使用，一直预留的时间记为Tr。

具体地，在所述模块M3中：

数据包是从应用层下发或者从其他节点转发的多媒体业务数据包；

从数据包到达到真正在该时隙上进行数据传输之间的等待时间，记为Tw，Tw小于Ta；如果本次使用的时隙不是申请而是预留的，则更新时间戳，记录最后发送数据包的时间；

具体地，在所述模块M4中：

对于某节点的预留时隙，如果在Tr时间段内，一直没有相关多媒体业务数据包需要发送，则释放时隙资源，使释放的时隙资源能够重新被其他所有节点竞争并申请。

实施例3：

实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

MANET网络业务传输过程中，一般的时隙申请和发送流程如下：

步骤1：根据时隙申请策略判定是否申请时隙。时隙申请有两种方式，静态时隙分配和动态时隙申请。静态时隙分配，是指按照一定的策略，预先为每个节点分配固定的时隙或时隙集合。动态时隙申请，是指节点需要使用时隙资源时，以竞争的方式，通过空口信令与相邻节点进行交互，从而在一段时间内独占时隙资源，使用完毕再释放该资源。由于多媒体业务突发性特点，静态时隙分配策略明显不适用，因此只能使用动态时隙申请方式。即如果当前没有可用时隙资源，则判决需要申请时隙，否则直接转步骤3；

步骤2：如果判决需要申请时隙资源，则为该多媒体业务申请一个时隙。邻域内的相关节点对时隙申请请求进行裁决，判定此次申请是否成功。裁决的方式，可以是集中式的，也可以是分布式的，分布式裁决方式是指邻域内多个节点共同参与裁决；集中式裁决方式是指邻域内某个管理节点进行独立裁决。区域内同时有多个节点进行时隙申请，或者同时竞争同一个时隙资源，都可能会产生冲突，从而导致此次时隙申请失败。无论哪种方式，从数据包到达该节点，到为其申请到可用时隙资源之间，都会有1个或多个时帧周期的时间间隔，称为时隙申请时间ApplyTime(Ta)；

步骤3：在可用时隙上发送数据包。如果因为有时隙资源可用而跳过步骤2，则从数据包到达，到真正在该时隙上进行数据传输，之间有一个等待时间，记为WaitTime(Tw)。通常Tw

MANET网络中单个业务数据包传输过程中，每一跳传输时延的总和称为该数据包的端到端传输时延，端到端传输时延越大，用户体验越差；对于连续传输的数据包而言，他们之间的传输时延方差称为时延抖动。时延抖动越大，用户体验越差。

每一跳的传输时延(Td)＝数据处理时间+空口传输时间+时隙申请时间(Ta)。对于需要时隙动态申请的TDMA系统，前两者所花的时间远小于后者，因此在不考虑每一跳数据处理时间和空口传输时间的前提下，每一跳的传输时延Td取决于申请时隙时间Ta。当节点有时隙资源可用而跳过时隙申请阶段，则Td取决于等待时间Tw。

如图4所示，源节点为A，目的节点为H，业务传输路径上依次为节点A、B、D、E、G、H。节点A到节点B的单跳时延为Td1，节点B到节点D的单跳时延为Td2，依此类推，那么业务数据包端到端传输时延Td＝Td1+Td2+Td3+Td4+Td5；不同数据包可能会有不同的Td值，连续数据包传输时延Td的差会产生时延抖动Jitter。

如图5所示，当不进行时隙预留时，对于单跳传输而言，每个数据包都需要申请时隙后才能传输，申请时隙的时间为Ta，如数据包D1到达与申请时隙Si成功之间的时间差为Ta1，数据包D2到达与申请时隙Sj成功之间的时间差为Ta2，数据包D3到达与申请时隙Sk成功之间的时间差为Ta3。在不考虑其他时延因素的情况下，则该节点每个数据包产生的时延为Td＝Ta。如数据包D1产生的时延为Td1＝Ta1，数据包D2产生的时延为Td2＝Ta2，依此类推。由于申请时隙时间可能不同，或者由于时隙申请发生冲突导致重新申请时隙，则每次申请时隙的时间Ta很可能不同，传输时延Td也不同，即Td1≠Td2≠Td3。

不难看出，当申请时隙所花时间较长时，单跳传输时延Td会比较大；另外，业务数据传输时隙Si、Sj和Sk并不是等间隔排列，因此会产生单跳时延抖动。

对于多跳传输而言，多媒体业务数据的传输时延和抖动是整个路径上单跳传输时延和抖动的累积。因此，由于单跳时延和抖动都比较大，多媒体业务数据的端到端传输时延和抖动都比较大，无法保障服务质量。

如图6所示，当执行普通的时隙预留策略时，对于单跳传输而言，每次为数据包申请到的时隙都会预留一段时间，期间该预留时隙无需重复申请，即可直接用来传输数据。节点为数据包D1申请到时隙Si，申请时隙产生的时延为Ta1；为数据包D2申请到时隙Sj，申请时隙产生的时延为Ta2。一般来说，TDMA时帧周期与数据包传输周期是不相等的，两者之间没有相关性，图示中TDMA时帧周期是数据包传输周期的两倍，每个TDMA时帧包含N个时隙，则Si+N和Sj+N、Si+2N和Sj+2N等时隙都被预留给该节点，当数据包D3和D4需要发送时，无需时隙申请过程，可以直接分别在Si+N和Sj+N上传输。数据包D3到达时间与时隙Si+N之间的时间间隔为Tw1，称为发送数据包D3的等待时间，同理，Tw2为发送数据包D4的等待时间。他们之间的关系为：Ta1＝Tw1，Ta2＝Tw2，Ta1≠Ta2，Tw1≠Tw2。

不难看出，1)即使有预留时隙可用，普通时隙预留策略也不能有效降低传输时延。2)在需要申请时隙的TDMA时帧周期内，每次申请时隙的时间可能不同，如Ta1和Ta2不相等，导致后续在预留时隙上传输数据包的等待时间Tw1和Tw2也不相等，从而导致时延抖动依然存在。不过由于申请时隙和其对应的预留时隙是等间隔的，因此一定程度上降低了业务数据传输的时延抖动，对用户体验有一定的提升。

如图7所示，体现了本发明提供的高效的时隙管理策略。每个节点为多媒体业务数据包申请时隙资源时，每次申请一个时隙集合，该集合中的所有时隙，满足如下要求：

1)申请和预留时隙与数据包的到达时间间隔尽可能短；

2)预留时隙之间的时间间隔，尽量等于或稍大于多媒体业务的传输周期；

如图所示，理想情况下，数据包D1到达后，申请到时隙集合{i，i+T，i+2T，i+3T,…}，使每一个数据包等待发送的时间Tw最短，且传输间隔相等。

由于策略1)，可以将单跳时延降到最低，从而使整个传输路径上的传输时延Td最小；

由于策略2)，可以尽量保证整个传输路径上，数据包都是等间隔传输，从而使时延抖动Jitter最小。

需要说明的是，申请和预留的时隙位置，与申请时隙过程所花费的时间Ta无关。如果Ta小于等于Tw，则数据包D1在时隙Si上传输；否则，一种可能的方法是D1在预留的后续时隙上与其他数据包一同发送，另一种可能的方法是丢弃一些来不及发送的数据包。无论什么方法，对于多媒体业务而言，只会在业务会话建立时非常短暂地出现较大时延和丢帧，不影响业务数据传输。

可以看出，当执行本发明提供的高效时隙管理策略时，多媒体业务数据包的时延和抖动都会降到最低，从而大大提升用户体验。

实施例4：

实施例4为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

如图8和图9所示，本发明中每个节点针对多媒体业务进行高效时隙管理和数据传输的流程如下：

步骤1：根据时隙申请策略判定是否申请时隙。其可能的策略有，如果该数据包到达时，该节点没有可用于发送该数据包的时隙资源，则判决需要申请时隙，否则不申请时隙资源，而是在已经申请和预留的时隙上发送，即直接转步骤3；

步骤2：如果判决需要申请时隙资源，则为该多媒体业务一次申请一个时隙集合，该时隙集合满足两个条件：1)申请和预留时隙与数据包的到达时间间隔尽可能短；2)预留时隙之间的时间间隔，尽量等于或稍大于多媒体业务的传输周期。邻域内的相关节点对时隙申请请求进行裁决，相邻节点裁决此次申请是否成功，裁决的方式，可以是集中式的，也可以是分布式的。时隙申请成功后，记录当前时间戳，该时隙集合在一段时间ReverseTime(Tr)内一直预留给该节点使用；

步骤3：在已申请和预留的时隙上发送数据包。如果本次使用的时隙不是申请而是预留的，则更新时间戳，记录最后发送数据包的时间。

步骤4：对于某节点的预留时隙，如果在其Tr时间段内，一直没有相关多媒体业务数据包需要发送，则释放时隙资源，使释放的时隙资源能够重新被其他所有节点竞争并申请。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。