[發明專利]一種主動式預測的無線傳感器網絡可靠數據傳輸方法

無效

• 申請號: 201010146506.5
• 申請日: 2010-04-12
• 公開（公告）號: CN101883385A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 萬江文;馮仁劍;許小豐;于寧;吳銀鋒
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W28/22;H04L1/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種主動式預測的無線傳感器網絡可靠數據傳輸方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：傳感器網絡劃分成柵格形式，柵格數量由網絡規模即節點數量n，監控面積H×H及節點通信半徑r決定；柵格大小為h×h；設節點通過定位算法知道自身位置；為進行速率預測，設定周期固定長度T；

步驟二：各柵格中選擇A類節點即柵格中的組長節點，記錄本周期內柵格中所有節點的輸入輸出速率；

步驟三：采用單服務窗混合制排隊模型M/M/1/m對各節點進行分析；隊列達到穩定狀態，單節點輸入輸出速率比值保持不變；當節點被占用存儲空間L大于閾值L_max且小于節點最大存儲量m時，相應降低輸入輸出速率比值，避免節點緩存溢出；

步驟四：在柵格k中，周期t-1結束時，A類節點A_k(t+1)根據其記錄的節點輸入輸出速率值，計算平均輸入輸出速率λ_i^k(t-1)，μ_i^k(t-1)；統計各節點存儲占用量，計算柵格平均存儲占用量L_avg；根據λ_i^k(t-1)，μ_i^k(t-1)與E(t-1)關系，預測周期t內柵格平均存儲占用量E(t)；再利用E(t-1)與E(0的比值，預先調整柵格在周期t內的平均輸入輸出速率，達到系統級控制的目的；

另外，A_k(t+1)記錄柵格中剩余能量最大節點，周期t-1結束時，廣播其成為周期t內的A類節點A_k(t)；

步驟五：根據網絡狀況，結合步驟三與步驟四，分別為節點級與系統級控制方法設定權重；當網絡帶寬、信道質量資源比較高時，可以增加權重α的值，使網絡整體資源有效利用；當某節點數據轉發量較低、孩子節點較少時，可以減少權重α的值，使此節點自己擁有的資源即存儲空間、速率充分利用，得到整個網絡效率最高，保證整體網絡數據傳輸的可靠性。

2.根據權利要求1所述的一種主動式預測的無線傳感器網絡可靠數據傳輸方法，其特征在于：該步驟一中，傳感器網絡劃分成柵格形式，設節點通過定位算法知道自身位置，設定周期固定長度T，其具體方法如下：

傳感器節點自組織工作在H×H的二維空間R²，節點按隨機方式分布，且足夠密集；網絡劃分為相同正方形柵格形式，其邊長為h，柵格數量為柵格號從左向右依次增大，且下行柵格號總大于上行；節點通信半徑保證同一柵格中節點都互相通信；節點根據已有定位算法獲得自身位置，從而確定其所屬柵格；節點存儲空間m，被占用空間L，閾值為L_max；網絡以周期為時間段進行擁塞預測，周期長度為t。

3.根據權利要求1所述的一種主動式預測的無線傳感器網絡可靠數據傳輸方法，其特征在于：該步驟二中，各柵格中選擇A類節點即柵格中的組長節點，記錄本周期內柵格中所有節點的輸入輸出速率；其具體方法如下：

網絡初始化時，每個柵格中隨機選擇一個節點作為A類節點；系統運行過程中，每個節點產生的數據包頭部攜帶節點的剩余能量信息，A類節點監控本柵格中各節點的能量狀況和柵格中各節點的輸入輸出速率；當新周期t開始時，t-1周期的A類節點A(t-1)計算并廣播柵格平均輸入輸出速率，同時廣播柵格中最大剩余能量的節點信息，此節點成為新周期的A類節點A(t)。

4.根據權利要求1所述的一種主動式預測的無線傳感器網絡可靠數據傳輸方法，其特征在于：該步驟三中，采用單服務窗混合制排隊模型M/M/1/m對各節點進行分析；調整節點輸入輸出速率，避免節點級緩存溢出；其具體方法如下：

由于節點存儲空間有限，采用單服務窗混合制排隊模型M/M/1/m對各節點進行分析；隊列達到平穩狀態，節點輸入/輸出速率比值保持不變；當節點存儲空間L小于閾值L_max，該節點不出現擁塞；當L_max＜L＜m，節點可能出現節點級擁塞，此時調整節點數據發送速率，避免節點級擁塞現象，實現數據傳輸可靠性，并通過ACK消息反饋機制通告下游節點，同時迭代反饋消息至數據源節點。

5.根據權利要求1所述的一種主動式預測的無線傳感器網絡可靠數據傳輸方法，其特征在于：該步驟四的具體實現方法如下：

周期t-1中，A(t-1)記錄本柵格中節點輸入輸出速率λ_i^k(t-1)，μ_i^k(t-1)；周期t-1結束時，A(t-1)節點計算本周期平均輸入輸出速率λ_i^k(t)，μ_i^k(t)，并采樣統計柵格平均所占局部存儲資源E(t-1)；

根據λ_i^k(t)，μ_i^k(t)和E(t-1)，A(t)節點預測本周期t的存儲資源占用量E(t)；利用E(t)與柵格存儲占用關系以及E(t)與E(t-1)的比例，決定周期t內平均輸入輸出速率調整方法，主動避免可能發生的系統級擁塞現象。