[發(fā)明專利]無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)節(jié)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210007283.3
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102427593A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張向利;熊金鳳
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04W28/16
• 分類號: H04W28/16;H04W52/00;H04W84/18
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 歐陽波

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體為無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)節(jié)方法。

(二)背景技術(shù)

無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)(WSAN，Wireless?Sensor?and?Actor?Networks)由隨機分布的集成有傳感器、執(zhí)行器的微小節(jié)點通過自組織的方式構(gòu)成。借助于節(jié)點中內(nèi)置的形式多樣的傳感器測量所在周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達(dá)和地震波信號，探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等物理世界中發(fā)生的事件，而執(zhí)行器則基于所發(fā)生的事件做出決策完成相應(yīng)的任務(wù)。隨著無線通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、傳感器技術(shù)、微機電技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)在軍事、汽車電子、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，尤其在無人值守或惡劣環(huán)境下的事件監(jiān)測和目標(biāo)跟蹤中顯示了很大的優(yōu)勢。

無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)可分為N個簇，每個簇中含有一個執(zhí)行器和n個傳感器，相互間均無線連接。各個傳感器節(jié)點收集自身周圍的局部信息，對其進(jìn)行處理后傳送至所在簇的執(zhí)行器節(jié)點，執(zhí)行器節(jié)點匯總所在簇中所有傳感器節(jié)點采集的局部數(shù)據(jù)得到感興趣區(qū)域的整體信息。為確保整體信息的及時和準(zhǔn)確，首先要判定感興趣區(qū)域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性及可靠性。例如，在火災(zāi)火情監(jiān)控中，需要及時準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的發(fā)生及火災(zāi)發(fā)生的具體地點。因此，傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的實時性和可靠性具有重要意義。

目前的無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)方法主要是針對節(jié)省能量，如果實時性和可靠性不能得到改善，增加了傳感器和執(zhí)行器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延或是增加了傳輸?shù)腻e誤率，同樣會造成傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)能量的浪費。

因此需要有一種能有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性的無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)節(jié)方法。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是設(shè)計一種無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)節(jié)方法，本方法通過調(diào)節(jié)傳感器節(jié)點對執(zhí)行器節(jié)點報告數(shù)據(jù)的頻率，提高無線傳感器和執(zhí)行器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、可靠性。

本發(fā)明設(shè)計的無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)節(jié)方法，所述無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)含有N個簇，每個簇中含有一個執(zhí)行器和n個傳感器，各傳感器節(jié)點和各執(zhí)行器節(jié)點之間、各傳感器節(jié)點之間以及各執(zhí)行器節(jié)點之間均為無線連接，N和n均為大于1的整數(shù)。本方法調(diào)節(jié)各傳感器節(jié)點對所在簇的執(zhí)行器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的報告頻率，使無線傳感器和執(zhí)行器之間數(shù)據(jù)傳輸保持無擁塞，可靠性滿足要求的狀態(tài)或者向無擁塞，可靠性滿足要求的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的實時性、可靠性。

本方法定義f為無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)中某個傳感器節(jié)點在時間間隔τ內(nèi)向其所在簇的執(zhí)行器發(fā)送數(shù)據(jù)的報告頻率，時間間隔τ為設(shè)定的常量值，0.5秒≤τ≤10秒，按時間間隔τ分為多個相等的決定區(qū)間，在任一個決定區(qū)間i內(nèi)，傳感器節(jié)點向所在簇執(zhí)行器發(fā)送數(shù)據(jù)的報告頻率為f_i，f_i+1則為該傳感器節(jié)點在第i+1個決定區(qū)間內(nèi)，向所在簇執(zhí)行器發(fā)送數(shù)據(jù)的報告頻率。f_max為某個傳感器節(jié)點在無擁塞情況下在時間間隔τ內(nèi)向其所在簇的執(zhí)行器發(fā)送數(shù)據(jù)的最大報告頻率。當(dāng)f大于f_max時，網(wǎng)絡(luò)中傳感器向執(zhí)行器傳輸數(shù)據(jù)即出現(xiàn)擁塞情況。

可靠性參數(shù)DR_i為網(wǎng)絡(luò)中某個執(zhí)行器節(jié)點，在第i個決定區(qū)間內(nèi)實際接收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量，此值由實測得到，為對事件的有時延約束的可靠性檢測到的值。DR^*為事件的有時延約束的可靠性的期望值，此值為具體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的給定數(shù)據(jù)指標(biāo)。執(zhí)行器計算在第i個決定區(qū)間內(nèi)可靠性指標(biāo)η_i＝DR_i/DR^*，在時間間隔τ內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中某個執(zhí)行器節(jié)點實際接收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量為DR，可靠性指標(biāo)η＝DR/DR^*。

實時性參數(shù)包括三個時延參數(shù)：事件傳輸延時Γ^tran，事件處理延時Γ^proc，事件執(zhí)行延時Γ^cct，Δ_e2a為三者之和的網(wǎng)絡(luò)限定值，Γ^tran，Γ^proc，Γ^cct的值分別在網(wǎng)絡(luò)中實際測量所得。Δ_e2a≥Γ^tran+Γ^proc+Γ^cct