[發明專利]一種面向無線傳感器網絡的擁塞控制方法

無效

• 申請號: 201110084987.6
• 申請日: 2011-04-06
• 公開（公告）號: CN102196502A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 徐平平;王巖;褚宏云
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04W28/10
• 分類號: H04W28/10;H04W28/14;H04W40/04;H04W84/18
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明涉及一種面向無線傳感器網絡的擁塞控制方法，屬于無線傳感器網絡傳輸控制技術領域。

背景技術

無線傳感器網絡(WSN，Wireless?Sensor?Networks)由分布在一定空間范圍的大量傳感器節點組成，節點具有數據感知、信息處理和無線通信能力，網絡拓撲動態可變，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域內目標對象的信息或事件，并返回給觀測節點。它集合了傳感測量、微電機系統(Micro-Electro-Mechanism?System，MEMS)、嵌入式計算以及網絡通信等多種科學的最新成就，是現代高新技術領域的重要組成部分，在環境監測、智能交通、入侵檢測等方面得到了廣泛的應用。

與傳統無線網絡不同，無線傳感器網絡具有數據集中收集，多跳數據傳輸、多對一的通信方式以及突發事件導致的流量突變等特點，容易導致網絡的局部或全局擁塞。擁塞會導致網絡傳輸能力下降，延時增大，能耗增加，數據丟失，甚至使sink收不到任何信息，嚴重影響網絡的服務質量。因此擁塞控制是保證網絡服務質量的關鍵技術之一。

擁塞控制技術包含擁塞檢測、擁塞告知和擁塞處理三種機制。目前，無線傳感器網絡的擁塞檢測方法有很多，例如基于隊列長度，基于信道采樣，基于擁塞度等。其中基于隊列長度最常用。擁塞告知分為顯式和隱式兩種方式。顯式告知指通過一個特殊的命令包通知相應的節點擁塞發生；隱式告知通過在數據包的包頭攜帶一些擁塞標識，告知相應的節點擁塞發生，與顯式告知相比，額外開銷小。擁塞處理通常采用速率控制、流量調度、分組丟棄、網內融合等方法。速率控制是解決擁塞最根本的方法，它通常又分為逐跳和端到端兩種方式。逐跳控制響應速度快，不過它很難調節中間節點的包轉發速率。端到端控制可以對每個源節點進行精確的速率調節，而且簡化了中間節點的設計，但是，它的響應速度非常緩慢而且過分依賴RTT(Round-Trip?Time)。流量調度是指將擁塞區域的流量調?度到非擁塞區域，減輕擁塞區域的流量負載。分組丟棄是在緩沖區滿的情況下緩解擁塞的一種方法，通常結合分組的優先級實施丟棄。對于網內融合，由于傳感器網絡是應用相關的網絡，可以通過網內融合和處理減少轉發數據量，從而緩解擁塞。

在無線傳感器網絡擁塞控制的研究中，目前典型的研究工作有Y.Sankarasubramaniam(桑卡瑞蘇)等人提出的ESRT(Event-to-Sink?Reliable?Transport?in?Wireless?Sensor?Network)，即基于事件的可靠傳輸機制。sink節點根據接收數據的速率和網絡擁塞報告，計算在下個周期內期望的節點發送速率，然后廣播給所有的傳感器節點；節點在下一個周期按照新的期望發送速率向sink節點發送分組。ESRT根據當前周期的可靠性和擁塞情況，把整個網絡的狀態分為5種：低可靠性、無擁塞；高可靠性、無擁塞；高可靠性、擁塞；低可靠性、擁塞和最佳狀態。ESRT的目標是通過調整傳感器節點的報告速率使整個網絡達到最佳狀態。ESRT創造性的提出了event-to-sink傳輸模型和基于事件的可靠性概念，這對于WSN傳輸技術的研究非常重要。可靠傳輸技術與擁塞控制機制地有效結合，既保證sink端接收信息的精度，又避免了網絡的擁塞發生，節約有限的能量資源。另外，ESRT的主要算法在sink端完成，少量功能在資源受限的傳感器節點完成。然而，ESRT還存在以下問題：(1)ESRT假定sink位于傳感器節點的一跳傳輸范圍內，sink通過廣播可以通知所有源節點更新速率。這一假定對于實際的無線傳感器網絡是不可能的，隨著網絡規模的擴大，源到sink之間的信息傳輸需要多跳；(2)ESRT在擁塞檢測方面，由任一中繼節點的緩沖區溢出即判斷整個網絡擁塞，對于多跳情況下該方法不適用，因為對于靠近源端的個別中繼節點擁塞并不會導致整個網絡擁塞；(3)ESRT完全依賴速率調節，對于一些不允許降速或丟包的應用場景，該方案基本不適用。另外，該方案在速率調節上沒有區分不同源節點的貢獻，對所有源節點采用同樣的速率調節，性能受限。