專利名稱：無(wú)線傳感網(wǎng)中的基于跳數(shù)的流量自適應(yīng)休眠調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)(也稱無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò))協(xié)議，特別涉及一種無(wú)線傳感 器網(wǎng)中的基于跳數(shù)的流量自適應(yīng)休眠調(diào)度方法(也稱休眠機(jī)制)。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一組隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的 微小節(jié)點(diǎn)，通過自組織的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋 的地理區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的信息，并發(fā)布給觀察者。sink節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)匯總網(wǎng)絡(luò) 中傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，同時(shí)也是整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的控制節(jié)點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中其他傳感器節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行管理。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最主要的限制條件之一是能量有限，設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)所要 考慮的關(guān)鍵問題之一就是如何節(jié)省能量。其中一種有效節(jié)省能量的方法就是引入休眠機(jī) 制。研究表明節(jié)點(diǎn)在空閑狀態(tài)即無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)消耗的能量是非常可觀的，節(jié)點(diǎn)在空閑時(shí)進(jìn) 入休眠，可有效節(jié)省能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存周期。但是已有無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)休眠機(jī)制方案中，節(jié)點(diǎn)的休眠機(jī)制在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)初始即被固 定，靈活性較弱，不能根據(jù)數(shù)據(jù)流量的特性設(shè)置休眠機(jī)制，并根據(jù)數(shù)據(jù)流量自適應(yīng)地調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服背景技術(shù)所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)休眠機(jī)制方案中，節(jié)點(diǎn)的休眠機(jī)制 靈活性較弱，不能根據(jù)數(shù)據(jù)流量的特性設(shè)置休眠機(jī)制并根據(jù)數(shù)據(jù)流量自適應(yīng)地調(diào)整的缺
點(diǎn)ο為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案主要是針對(duì)傳感數(shù)據(jù)收集任務(wù)，基于傳感 器節(jié)點(diǎn)距離sink節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)距離來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)休眠/工作時(shí)間，并根據(jù)數(shù)據(jù)流量自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整。具體的技術(shù)方案設(shè)計(jì)主要源于以下兩種觀察
觀察一，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用之一是數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)一般由各傳感器節(jié)點(diǎn)向 sink節(jié)點(diǎn)傳輸，數(shù)據(jù)流量具有隨著離sink距離越近流量越大的趨勢(shì)。距離sink越近的節(jié) 點(diǎn)承擔(dān)著更多的數(shù)據(jù)流量。根據(jù)此趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)在采用休眠機(jī)制時(shí)，距離sink跳數(shù)越小的節(jié) 點(diǎn)其工作時(shí)間應(yīng)該越長(zhǎng)。觀察二，在理想情況下，傳感器節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)隙數(shù)應(yīng)與節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流量成正比，需 要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際數(shù)據(jù)流量自適應(yīng)調(diào)整工作時(shí)隙數(shù)?；谝陨蟽煞N觀察，設(shè)計(jì)一種基于跳數(shù)的流量自適應(yīng)休眠機(jī)制，其中無(wú)線傳感器 網(wǎng)中具有sink節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)與sink節(jié)點(diǎn)間隔一個(gè)距離跳數(shù)，上述兩節(jié)點(diǎn)工作周期為一 個(gè)超幀，具體包括以下設(shè)置
1)時(shí)間設(shè)置一個(gè)超幀劃分為N個(gè)幀，一個(gè)幀劃分為M個(gè)時(shí)隙，N、M為大于等于1的整 數(shù)。用公式表示即1超幀=N幀=N*M時(shí)隙。
2)工作時(shí)隙數(shù)設(shè)置每個(gè)超幀開始時(shí)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己距離sink節(jié)點(diǎn) 的跳數(shù)設(shè)置工作時(shí)隙數(shù)，以K為閾值，距離sink的跳數(shù)少于K的節(jié)點(diǎn)設(shè)置工作時(shí)隙數(shù)為 Tinner，距離sink的跳數(shù)超過K的節(jié)點(diǎn)設(shè)置工作時(shí)隙數(shù)為Touter CTouteKTirmer，例如 Touter=Tinner/2)。3)參數(shù)設(shè)置參數(shù)K與數(shù)據(jù)源距離sink的跳數(shù)相關(guān)，有數(shù)據(jù)傳輸且距離sink近的 節(jié)點(diǎn)承載的數(shù)據(jù)流量更大，即數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮^(qū)域節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間更長(zhǎng)；參數(shù)Tinner、Touter與 數(shù)據(jù)流量相關(guān)，即數(shù)據(jù)流量越大，工作時(shí)間越長(zhǎng)。4) K參數(shù)調(diào)整sink統(tǒng)計(jì)各數(shù)據(jù)源距離sink的跳數(shù)，計(jì)算各數(shù)據(jù)源距離的平均 值，據(jù)此調(diào)整下一個(gè)超幀的K。5)參數(shù)Tinner、Touter調(diào)整sink周期性地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)流量變化趨勢(shì)，若數(shù)據(jù)流量 增大，參數(shù)Tinner、Touter隨之增大，反之減小。本方案即適用于單sink網(wǎng)絡(luò)，也適用于多sink網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，本方案包括兩個(gè)關(guān)鍵 技術(shù)，基于跳數(shù)設(shè)置節(jié)點(diǎn)工作時(shí)隙數(shù)，基于數(shù)據(jù)流量調(diào)整工作時(shí)隙數(shù)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸 的流量特性動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的休眠機(jī)制，在保障數(shù)據(jù)收集任務(wù)的同時(shí)，減少節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間，節(jié) 省能量?；谔鴶?shù)設(shè)置節(jié)點(diǎn)工作時(shí)隙數(shù)可滿足觀察一的要求，且基于跳數(shù)的方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)的 拓?fù)渥兓休^高的適用性?；跀?shù)據(jù)流量調(diào)整工作時(shí)隙數(shù)，滿足觀察二，可自適應(yīng)地滿足網(wǎng) 絡(luò)流量的變化。另外，本發(fā)明只需要統(tǒng)計(jì)跳數(shù)以及數(shù)據(jù)流量等信息，網(wǎng)絡(luò)開銷很小，還具有 簡(jiǎn)單且易于在實(shí)際的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式一、針對(duì)單sink網(wǎng)絡(luò)中的具體實(shí)施方式
如下
首先，本方案中需要引入超幀super-frame、幀frame、時(shí)隙slot、工作時(shí)隙數(shù)Twork的 概念，其換算規(guī)則是1超幀=N幀=N*M時(shí)隙。具體設(shè)置如下
1)時(shí)間設(shè)置一個(gè)超幀劃分為N個(gè)幀，一個(gè)幀劃分為M個(gè)時(shí)隙，N、M為大于等于1的整 數(shù)。用公式表示即1超幀=N幀=N*M時(shí)隙。2)工作時(shí)隙數(shù)設(shè)置每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己距離sink節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)h設(shè)置工 作時(shí)隙數(shù)Twork，每個(gè)超幀開始時(shí)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己距離sink節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)設(shè)置工 作時(shí)隙數(shù)，以K為閾值，距離sink的跳數(shù)少于K的節(jié)點(diǎn)設(shè)置工作時(shí)隙數(shù)Twork為Tinner， 距離sink的跳數(shù)超過K的節(jié)點(diǎn)設(shè)置工作時(shí)隙數(shù)Twork為Touter (Touter<Tinner，例如 Touter=Tinner/2)。3)參數(shù)設(shè)置參數(shù)K與數(shù)據(jù)源距離sink的跳數(shù)相關(guān)，有數(shù)據(jù)傳輸且距離sink近的 節(jié)點(diǎn)承載的數(shù)據(jù)流量更大，即數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮^(qū)域節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間更長(zhǎng)；參數(shù)Tinner、Touter與 數(shù)據(jù)流量相關(guān)，即數(shù)據(jù)流量越大，工作時(shí)間越長(zhǎng)。4) K參數(shù)調(diào)整sink統(tǒng)計(jì)各數(shù)據(jù)源距離sink的跳數(shù)，計(jì)算各數(shù)據(jù)源距離的平均 值，據(jù)此調(diào)整下一個(gè)超幀的K。5)參數(shù)Tinner、Touter調(diào)整sink周期性地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)流量變化趨勢(shì)，若數(shù)據(jù)流量 增大，參數(shù)Tinner、Touter隨之增大，反之減小。以上方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，主要問題在于如何確定參數(shù)K和Tirmer/Touter。下面分別敘 述各參數(shù)的計(jì)算過程。
(一)確定參數(shù)K:
Sink節(jié)點(diǎn)在每個(gè)超幀(SF)結(jié)束時(shí)，決定下一個(gè)超幀(SF+1)的參數(shù)K。具體做法是為 統(tǒng)計(jì)各數(shù)據(jù)源距離sink的跳數(shù)，在數(shù)據(jù)包中增加一個(gè)參數(shù)hop (s)，表示該數(shù)據(jù)包由數(shù)據(jù)源 s產(chǎn)生，在初始時(shí)hop (s)賦值為0，數(shù)據(jù)包每傳輸一跳，hop (s)增加1。當(dāng)sink接收到數(shù)據(jù) 包時(shí)，即可通過其中的hop (s)獲知數(shù)據(jù)源距離sink的跳數(shù)。實(shí)際上，很多網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包都 包含生命周期TTL等參數(shù)，每傳輸一跳TTL減1。Sink接收到數(shù)據(jù)包時(shí)，可直接用TTL初始 值減去現(xiàn)在的值即可得到數(shù)據(jù)源s距離sink的跳數(shù)，記為hop (s)。此時(shí)，并不增加任何開 銷，即可獲得所需信息。下一個(gè)超幀中的參數(shù)K可設(shè)為各數(shù)據(jù)源距離sink跳數(shù)的平均值，即 K = !^source-set hop(s)/!SOURCE — SET|。其中 SOURCE-SET 是數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)集合，
IS0URCE — SETI是數(shù)據(jù)源集合的大小。K的設(shè)置保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮^(qū)域節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間更長(zhǎng)。(二)確定參數(shù) Tinner/touter
Sink需要在每個(gè)超幀(SF)結(jié)束時(shí)根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)流量決定下一個(gè)超幀(SF+1)的參 數(shù)Touter、Tinner.具體方法是在每個(gè)超幀SF結(jié)束時(shí)，統(tǒng)計(jì)該超幀內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)流量，記錄為 Traffic (SF)，計(jì)算數(shù)據(jù)流量變化率 P=Traffic (SF) / Traffic (SF-I)。下一個(gè)超幀(SF+1) 白勺 Touter=[Touter氺p], Tinner =[ Tinner 氺ρ]。Tinner/Touter的調(diào)整保障節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間與數(shù)據(jù)流量成正比。二、針對(duì)多sink網(wǎng)絡(luò)中的具體實(shí)施方式
，可以基于某種策略(例如基于最小跳 數(shù)、最小能量等)構(gòu)造以各sink節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的收集樹結(jié)構(gòu)。各以sink為根的收集樹上的 休眠機(jī)制與單sink網(wǎng)絡(luò)的休眠機(jī)制一致。通過方案的實(shí)施，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髁刻匦詣?dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的休眠機(jī)制，在 保障數(shù)據(jù)收集任務(wù)的同時(shí)，減少節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間，節(jié)省能量?；谔鴶?shù)設(shè)置節(jié)點(diǎn)工作時(shí)隙數(shù)可 滿足網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸特性，有數(shù)據(jù)傳輸且距離sink近的節(jié)點(diǎn)承載的數(shù)據(jù)流量更大，工作 時(shí)間更長(zhǎng)?；跀?shù)據(jù)流量調(diào)整工作時(shí)隙數(shù)，使節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間與數(shù)據(jù)流量成正比，可自適應(yīng)地 滿足網(wǎng)絡(luò)流量的變化。同時(shí)該方案可適用于多sink網(wǎng)絡(luò)，且支持移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線傳感器網(wǎng)中的基于跳數(shù)的流量自適應(yīng)休眠調(diào)度方法，所述無(wú)線傳感器網(wǎng)中 具有sink節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)與sink節(jié)點(diǎn)間隔一個(gè)距離跳數(shù)，上述兩節(jié)點(diǎn)工作周期為一個(gè)超 幀，其特征在于還包括以下設(shè)置1)時(shí)間設(shè)置一個(gè)超幀劃分為N個(gè)幀，一個(gè)幀劃分為M個(gè)時(shí)隙，一個(gè)超幀=N幀=N*M時(shí)隙；2)工作時(shí)隙數(shù)設(shè)置每個(gè)超幀開始時(shí)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己距離sink節(jié)點(diǎn)的跳數(shù) 設(shè)置工作時(shí)隙數(shù)，以K為閾值，距離sink的跳數(shù)少于K的節(jié)點(diǎn)設(shè)置工作時(shí)隙數(shù)為Tinner， 距離sink的跳數(shù)超過K的節(jié)點(diǎn)設(shè)置工作時(shí)隙數(shù)為Touter ；3)參數(shù)設(shè)置參數(shù)K與數(shù)據(jù)源距離sink的跳數(shù)相關(guān)，有數(shù)據(jù)傳輸且距離sink近的節(jié) 點(diǎn)承載的數(shù)據(jù)流量更大，即數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮^(qū)域節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間更長(zhǎng)，參數(shù)Tinner、Touter與數(shù) 據(jù)流量相關(guān)，即數(shù)據(jù)流量越大，工作時(shí)間越長(zhǎng)；4)K參數(shù)調(diào)整sink統(tǒng)計(jì)各數(shù)據(jù)源距離sink的跳數(shù)，計(jì)算各數(shù)據(jù)源距離的平均值，據(jù) 此調(diào)整下一個(gè)超幀的K ；5)參數(shù)Tirmer、T0Uter調(diào)整sink周期性地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)流量變化趨勢(shì)，若數(shù)據(jù)流量增大， 參數(shù)Tinner、Touter隨之增大，反之減小。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)中的基于跳數(shù)的流量自適應(yīng)休眠調(diào)度方法，其特 征在于即適用于單sink網(wǎng)絡(luò)，也適用于多sink網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)中的基于跳數(shù)的流量自適應(yīng)休眠調(diào)度方法，無(wú)線傳感器網(wǎng)中具有sink節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)與sink節(jié)點(diǎn)間隔一個(gè)距離跳數(shù)，上述兩節(jié)點(diǎn)工作周期為一個(gè)超幀，還包括時(shí)間設(shè)置、工作時(shí)隙數(shù)設(shè)置、跳數(shù)閾值K設(shè)置、工作時(shí)隙數(shù)Tinner、Touter設(shè)置、K及Tinner、Touter調(diào)整。本方案即適用于單sink網(wǎng)絡(luò)，也適用于多sink網(wǎng)絡(luò)。本方案包括兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，基于跳數(shù)設(shè)置節(jié)點(diǎn)工作時(shí)隙數(shù)，基于數(shù)據(jù)流量調(diào)整工作時(shí)隙數(shù)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髁刻匦詣?dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的休眠機(jī)制，在保障數(shù)據(jù)收集任務(wù)的同時(shí)，減少節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間，節(jié)省能量，網(wǎng)絡(luò)開銷很小，還具有簡(jiǎn)單且易于在實(shí)際的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04W28/10GK102098731SQ20111002617
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者張錦剛, 王江, 王欽, 趙壯, 高雪 申請(qǐng)人:無(wú)錫泛聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司