[發(fā)明專利]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時延測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210470326.1
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102917399A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉代波;侯孟書;劉云浩
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫清華信息科學(xué)與技術(shù)國家實驗室物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中心
• 主分類號: H04W24/08
• 分類號: H04W24/08;H04W84/18;H04L1/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 馬曉亞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線自組織網(wǎng)絡(luò)與傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于測量節(jié)能模式下無線傳感網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的延遲性能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時延測量方法。

背景技術(shù)

隨著通信、傳感器制造、嵌入式計算的日益成熟，大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用到環(huán)境、國防、醫(yī)療、城市管理等諸多領(lǐng)域。典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量微型傳感器節(jié)點組成，它們能夠在惡劣及危險環(huán)境中迅速展開，并通過無線自組成網(wǎng)，不受現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的限制。感知數(shù)據(jù)通過無線通信以多跳中繼方式匯集到數(shù)據(jù)處理中心。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使人們在任何時間、地點和環(huán)境條件下實時獲取大量詳實而可靠的信息，體現(xiàn)“計算無處不在”理念。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點通常采用電池供電。因此，為了延長網(wǎng)絡(luò)的運行時間，減小節(jié)點的能量消耗非常必要。最常見的方式是使節(jié)點運行于節(jié)能模式下(duty?cycle)，周期性地關(guān)閉和打開天線設(shè)備。雖然節(jié)點處于節(jié)能模式下可以大大地延長網(wǎng)絡(luò)的運行時間，但延長了數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)時延。

目前已有大量研究工作致力于如何提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的延遲性能以及降低能量消耗。常用方法是對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進(jìn)行時間同步，所有節(jié)點同時打開和關(guān)閉天線設(shè)備，當(dāng)節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時無需等待。但是，節(jié)點之間的時間同步需要周期性地廣播時間信息，也會消耗節(jié)點的能量。所以，現(xiàn)在大量部署的無線傳感網(wǎng)絡(luò)不適合采用同步機(jī)制。

目前現(xiàn)有的工作都是在某種假設(shè)(無干擾、理想信道、無限隊列容量等)的基礎(chǔ)上對采用非同步機(jī)制的無線傳感網(wǎng)的延遲性能進(jìn)行分析。還沒有實際有效的方法采用非同步機(jī)制對無線傳感網(wǎng)的延遲進(jìn)行測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種可用于測量節(jié)能模式下無線傳感網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的延遲性能的測量方法，以精確的測量無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時延。所述技術(shù)方案如下：

一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時延測量方法，其特征在于，所述方法包括：

使用排隊模型表示傳感節(jié)點的工作方式；

獲取所述排隊模型的基本參數(shù)；

根據(jù)所述排隊模型的基本參數(shù)求得系統(tǒng)的平穩(wěn)分布函數(shù)；

根據(jù)所述系統(tǒng)的平穩(wěn)分布函數(shù)求得數(shù)據(jù)包在排隊系統(tǒng)中的延遲；

其中，所述傳感節(jié)點的工作方式為傳感節(jié)點周期性地處于睡眠狀態(tài)和活躍狀態(tài)：

當(dāng)所述傳感節(jié)點處于活躍狀態(tài)時，接收其它節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)包，或者向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；

當(dāng)所述傳感節(jié)點處于睡眠狀態(tài)時，所述傳感節(jié)點不接收數(shù)據(jù)包也不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；

所述模型的基本參數(shù)包括：

所述傳感節(jié)點隊列的輸入速率λ，表示所述傳感節(jié)點接收到數(shù)據(jù)包的速率；

所述傳感節(jié)點服務(wù)速率μ，表示所述傳感節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速率；

所述傳感節(jié)點隊列的最大隊列長度M，表示所述傳感節(jié)點隊列中存在數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量；

所述傳感節(jié)點的工作周期率R，表示所述傳感節(jié)點無線設(shè)備處于打開狀態(tài)與所述傳感節(jié)點無線設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)的時間比例；

所述傳感節(jié)點最大重傳次數(shù)N_retr，表示重傳次數(shù)超過N_retr就丟棄數(shù)據(jù)包。

進(jìn)一步的，所述傳感節(jié)點的睡眠狀態(tài)對應(yīng)于關(guān)閉天線設(shè)備的狀態(tài)，所述傳感節(jié)點的活躍狀態(tài)對應(yīng)于打開天線設(shè)備的狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述“使用排隊模型表示傳感節(jié)點的工作方式”包括：

將每個傳感節(jié)點定義為一個容量有限且獨立的隊列，最大隊長為M；

根據(jù)所述傳感節(jié)點工作時，數(shù)據(jù)包到達(dá)隊列的間隔時間分布和服務(wù)時間分布，確定測量數(shù)據(jù)包延遲的模型服從離散時間的Geom/Geom/1/M排隊模型。

進(jìn)一步的，所述傳感節(jié)點定義的隊列長度為所述傳感節(jié)點隊列中存在數(shù)據(jù)包的數(shù)量，用于表示所述傳感節(jié)點的狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述“獲取排隊模型的基本參數(shù)”包括：

根據(jù)所述傳感節(jié)點確定所述傳感節(jié)點隊列的最大隊列長度M、所述傳感節(jié)點的工作周期率R和所述傳感節(jié)點最大重傳次數(shù)N_retr；

根據(jù)所述傳感節(jié)點接收由其他傳感節(jié)點直接產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的速率λ_l和所述傳感節(jié)點接收由其他傳感節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)的速率λ_r，確定所述傳感節(jié)點隊列的輸入速率λ；

根據(jù)所述傳感節(jié)點的歷史服務(wù)時間T_hs和上一條數(shù)據(jù)包的服務(wù)時間T_ls，確定所述傳感節(jié)點所述傳感節(jié)點服務(wù)速率μ。