[發(fā)明專利]均衡無線網(wǎng)絡(luò)能耗的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210261766.6
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN102892185A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何晨;肖卓凌;蔣鈴鴿
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種均衡無線網(wǎng)絡(luò)能耗的方法。

背景技術(shù)

傳感網(wǎng)技術(shù)在近年得到了長足的發(fā)展，尤其在物聯(lián)網(wǎng)概念的提出及大規(guī)模研究之后。而在以物聯(lián)網(wǎng)為典型代表的無線網(wǎng)絡(luò)中，能耗是制約其發(fā)展的關(guān)鍵性因素。尤其在以電池供電的無線網(wǎng)絡(luò)中，如實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警，海洋生態(tài)監(jiān)測等應(yīng)用中，電池往往是不可更換的，因而使得能耗成為最關(guān)鍵的指標(biāo)。如何使用有限的能量盡可能延長網(wǎng)絡(luò)的生命期，涉及到網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)之間的合作和節(jié)點(diǎn)本身的能耗局部最優(yōu)化。因此，在保證數(shù)據(jù)的正常傳輸下，如何在實(shí)現(xiàn)全局網(wǎng)絡(luò)能耗最小化，均衡網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)的能耗，從而延長網(wǎng)絡(luò)壽命一直以來都是重要的研究方向。

同時(shí)，隨著各行業(yè)對無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求的不斷提高，各節(jié)點(diǎn)之間負(fù)載的不均衡性也日益顯著。特別在綜合應(yīng)用性質(zhì)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，這種負(fù)載的不均衡導(dǎo)致了高負(fù)載的節(jié)點(diǎn)率先耗盡能量而使得整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。因此，這些高負(fù)載的節(jié)點(diǎn)的生命期成了整個網(wǎng)絡(luò)生命期的瓶頸，均衡整個網(wǎng)絡(luò)的能耗，延長高負(fù)載節(jié)點(diǎn)的生命期是延長整個網(wǎng)絡(luò)的生命期的關(guān)鍵。

經(jīng)對現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)“Energy?efficient?routing?in?wireless?sensor?networks”（C.Schurgers,M.B.Srivastava.MILCOM'01,2001,357-361）（無線傳感網(wǎng)中的高能效路由算法）提供了無線傳感網(wǎng)中的最小化網(wǎng)絡(luò)全局能耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命期的方法。該技術(shù)試圖從網(wǎng)絡(luò)全局的角度出發(fā)，將流量通過不同的路由策略分散到不同的節(jié)點(diǎn)上，避免整個網(wǎng)絡(luò)中個別節(jié)點(diǎn)的負(fù)載過高而耗能太大，以之來均衡各節(jié)點(diǎn)能量消耗從而提高網(wǎng)絡(luò)生命期。但是該技術(shù)從無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層能量效率要求和流量均衡要求兩方面考慮，僅考慮了路由層的分布式路由，試圖從整個網(wǎng)絡(luò)通過分布式的路由方式來均衡能量，缺乏從節(jié)點(diǎn)的底層協(xié)議及節(jié)點(diǎn)自身的角度考慮。由于該技術(shù)中的路由建立開銷大且收斂慢，它不適合于電池供電的網(wǎng)絡(luò)中。

文獻(xiàn)“Energy?efficient?MAC?for?wireless?sensor?networks”（P.KOSKELA,M.VALTA,T.FRANTTI.Sensors&Transducers?Journal,121(10):133-143,2010）（無線傳感網(wǎng)中的高能效MAC算法）提供了一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的高能效MAC算法。該技術(shù)通過更正節(jié)點(diǎn)的時(shí)間漂移及節(jié)點(diǎn)的采樣率來調(diào)整節(jié)點(diǎn)的工作占空比從而通過占空比的調(diào)整來達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能耗和延長網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。但是該技術(shù)僅考慮了占空比的調(diào)整，沒有考慮節(jié)點(diǎn)負(fù)載的不均衡性對占空比的影響，從而無法解決負(fù)載不均衡網(wǎng)絡(luò)中高負(fù)載節(jié)點(diǎn)的能耗瓶頸問題。單次占空比的調(diào)整與網(wǎng)絡(luò)全局的能耗均衡并無確定關(guān)系，因此該技術(shù)并不適用于負(fù)載不均衡網(wǎng)絡(luò)中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種均衡無線網(wǎng)絡(luò)能耗的方法。本發(fā)明根據(jù)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前負(fù)載動態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的退避窗口長度以及占空比大小，實(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)中以增加輕負(fù)載節(jié)點(diǎn)的空閑能耗為代價(jià)，降低重負(fù)載節(jié)點(diǎn)的退避能耗，從而均衡了整個網(wǎng)絡(luò)的能耗，增大各類節(jié)點(diǎn)乃至于整個網(wǎng)絡(luò)的生命期，具有技術(shù)復(fù)雜度低，效率極高，易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于節(jié)點(diǎn)使用電池供電的無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種均衡無線網(wǎng)絡(luò)能耗的方法，包括以下步驟：

第一步，在每一個睡眠-工作周期T的活躍期開始后，節(jié)點(diǎn)正常收發(fā)數(shù)據(jù)包，同時(shí)進(jìn)行所收發(fā)數(shù)據(jù)包的處理；

第二步，該周期結(jié)束時(shí)，根據(jù)第一步的記錄，計(jì)算節(jié)點(diǎn)此時(shí)的負(fù)載因子；

第三步，根據(jù)負(fù)載因子，計(jì)算節(jié)點(diǎn)最佳退避窗口長度和最佳占空比；

第四步，在節(jié)點(diǎn)下一個工作-睡眠周期開始前，修改節(jié)點(diǎn)占空比為第三步得到的最佳占空比，同時(shí)將占空比定時(shí)器的時(shí)間設(shè)置為T×D，節(jié)點(diǎn)開始工作；其中：T為節(jié)點(diǎn)睡眠-工作周期，D是第三步得到的最佳占空比值；

第五步，修改當(dāng)前的最佳退避窗口長度為第三步得到的最佳退避窗口長度，并在工作周期內(nèi)以最佳退避窗口長度參與信道競爭；

第六步，等待占空比定時(shí)器溢出，關(guān)閉節(jié)點(diǎn)收發(fā)機(jī)，同時(shí)重新啟動占空比定時(shí)器并設(shè)定時(shí)間為T×(1-D)；

第七步：等待占空比定時(shí)器溢出，打開節(jié)點(diǎn)收發(fā)機(jī)并記錄節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的占空比，清空第一步中記錄數(shù)據(jù)包信息的數(shù)據(jù)庫并返回第一步。

優(yōu)選地，第一步中所述的數(shù)據(jù)包的處理是：在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包后，記錄發(fā)送的數(shù)據(jù)包的編號，并記錄尚未發(fā)送的緩存中的數(shù)據(jù)包數(shù)目。