[發明專利]一種優化無線傳感器節點生存時間的服務質量保障方法

有效

• 申請號: 201210295753.0
• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN102821409A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 張金寶;談振輝;張子淇;丁根明
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W28/24;H04W52/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及無線通信和無線傳感器網絡技術領域，尤其涉及一種優化無線傳感器節點生存時間的服務質量保障方法。

背景技術

無線傳感器網絡（Wireless?Sensor?Network，WSN）作為信息科學領域中，新興學科與傳統學科進行領域間學術交叉的結果，由大量分布式傳感節點組成的面向任務的網絡，它綜合了微機電技術、傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等多種領域技術，通過各類微型傳感器對目標信息進行實時監測，由嵌入式計算資源對信息進行處理，并通過無線通信網絡將信息傳送至遠程用戶。WSN具有十分廣闊的應用前景，在軍事國防，工農業控制，城市管理、生物醫療，環境監測、搶險救災，防恐反恐，危險區域遠程控制等許多領域都有重要的科研價值和實用價值.

WSN通常具有如下特點：1）WSN通常部署于人工操作困難的環境中；2）WSN中包含的節點數量通常很龐大；3）每個傳感器節點通常只能有限地獲取能源供應。一旦某個節點能源耗盡，必將導致該節點失效；更進一步地，如果該節點位于WSN路由關鍵位置處，還可能導致整個WSN的失效。因此，傳感器節點的生存時間是影響WSN實用化的關鍵因素。

諸多研究成果表明，WSN中能耗主要來自于信息的無線傳輸過程，其中，信息的無線發送的能耗在總能耗中的比例高達70%。現有WSN在無線傳輸技術方面基本沿用傳統無線傳輸技術，但是，需要注意的是，傳統無線傳輸技術是以服務質量（Quality?of?Service，QoS）為核心目標設計和優化的，對傳輸能效的考慮不足。對于WSN的特殊應用需求而言（以少量數據為主，對數據傳輸準確性以及能效要求很高，但是對傳輸時延的敏感性較低），其無線傳輸能量效率存在較大不足，從而限制了WSN節點的生存時間。此外，現有的優化方法僅僅考慮了固定能源的情形（例如容量受限的電池等），對于能夠以一定速率再生的能源（例如太陽能電池板等）沒有涉及。

目前，還沒有針對WSN的優化無線傳感器節點生存時間的服務質量保障方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種優化無線傳感器節點生存時間的服務質量保障方法，能夠在保障WSN中傳感器節點無線信息傳輸的QoS的前提下，對其生存時間進行優化。

為了達到以上目的，本發明實施例公開了一種優化無線傳感器節點生存時間的服務質量保障方法，包括以下步驟：

無線傳感器節點能耗與生存時間的評估步驟，包括建立無線傳感器節點的能源模型和生存時間模型，分別用于描述該節點的能量供應和消耗狀態以及節點生存狀態，兩個模型聯合提供評估該節點生存時間；

無線傳感器節點能耗與服務質量的評估步驟，包括建立無線傳感器節點的服務質量評價模型和無線傳輸能效評價模型，分別用于描述無線傳感器節點的服務質量等級和無線傳輸的能量效率，兩個模型聯合提供該節點的無線傳輸能效與服務質量評估；

以最優化無線傳感器節點生存時間為目標的服務質量保障步驟，通過能效模型結合所述無線傳感器節點能耗與生存時間的評估步驟和無線傳感器節點能耗與服務質量的評估步驟，在無線傳感器節點生存時間和服務質量等級之間建立定量關系，提供以最優化無線傳感器節點生存時間為目標的服務質量保障。

進一步，作為一種優選，無線傳感器節點能源模型為固定容量可充電電源和/或再生速率受限的可再生能源。

進一步，作為一種優選，固定容量可充電電源為電池。

進一步，作為一種優選，再生速率受限的可再生能源為光電轉換電源。

進一步，作為一種優選，無線傳感器節點生存時間模型為在給定能耗、電源容量以及再生能源速率的條件下，傳感器節點能夠正常工作的時間預測模型。

進一步，作為一種優選，無線傳感器節點服務質量評價模型包括時變的傳輸容量模型和業務數據排隊模型，并通過這兩個模型對服務質量中丟包率和傳輸時延進行定量分析。

進一步，作為一種優選，無線傳輸能效評價模型包括無線衰落信道下數據傳輸的容量與該傳輸所消耗能量之間的定量聯系。

進一步，作為一種優選，數據傳輸容量與該傳輸歲消耗能量之間的定量聯系，采用了基于平均接收互信息率的物理層抽象模型。

進一步，作為一種優選，無線傳感器節點生存時間和服務質量等級之間的定量關系，以無線數據傳輸的能效為中間變量，建立無線傳感器節點生存時間與服務質量之間的定量關系。