[發(fā)明專利]一種基于時延受限的低頻段低功耗無線局域網(wǎng)的分簇方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310395425.2
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103415058A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬英紅;張潔;李建東;李紅艷;侯蓉暉;劉偉;李釗;劉勤
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W40/20
• 分類號: H04W40/20;H04W84/18;H04W84/12
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于時延受限的低頻段低功耗無線局域網(wǎng)的分簇方法，通過逐步增加簇的個數(shù)，計算每一次的時延，并與實際情況下的時延要求相比較，確定簇的多少以及每個簇頭的位置和大小，從而確定分簇模型。

背景技術(shù)

近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless?Sensor?Networks，WSN)以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點在信息感知領(lǐng)域廣泛使用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量靜止或移動的傳感器節(jié)點以自組織和多跳的方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息，并把這些信息發(fā)給系統(tǒng)中心。

對于存在大量節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)，當向系統(tǒng)中心匯報數(shù)據(jù)時會發(fā)生大量的擁塞和沖突，影響通信的效率，所以現(xiàn)有的技術(shù)中大多采用分簇的方法來管理大量的節(jié)點。對網(wǎng)絡(luò)分簇后，可以將網(wǎng)絡(luò)分割成用戶數(shù)較少的簇，既可以減少沖突減小簇頭節(jié)點的發(fā)射功率，同時也可以使簇與簇之間通過并行傳輸和頻率復用來提高平均傳輸速率和頻譜利用率。目前現(xiàn)有的技術(shù)中已經(jīng)有很多種分簇方法，但是針對分簇后傳感器節(jié)點通信的時延來確定簇的數(shù)量的方法卻很少，時延是無線通信里的重要性能指標，是對通信質(zhì)量和實時性的要求，所以構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型時一定要考慮滿足系統(tǒng)的時延要求。

例如“基于均勻分簇和數(shù)據(jù)聚合的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法”，主要是使整個網(wǎng)絡(luò)能耗最小對傳感器網(wǎng)絡(luò)進行分簇，確定簇頭個數(shù)及簇頭之間的距離，這種方法考慮了整個網(wǎng)絡(luò)的能耗問題，但沒有考慮網(wǎng)絡(luò)的時延問題，而本發(fā)明在考慮了在非飽和業(yè)務(wù)場景下，通過時延要求確定簇的數(shù)量以及大小，可以提升傳輸效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于時延受限的低頻段低功耗無線局域網(wǎng)的分簇方法，基于時延要求逐步擴大簇的數(shù)量，直至找到符合時延要求的簇的數(shù)量，從而確定簇的大小和位置，此方法既保證了每個小區(qū)邊緣信噪比與宏小區(qū)相同，也保證了獲得相同鏈路速率用戶所占的百分比相同。

需要說明的是，實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)思路是：首先確定宏小區(qū)的半徑，宏小區(qū)內(nèi)的總用戶數(shù)，每個用戶的業(yè)務(wù)到達率以及分組時延要求；其次將宏小區(qū)以無線接入點為中心分簇，簇由中心向外展開排列，簇頭個數(shù)和每個簇內(nèi)的用戶數(shù)由層數(shù)確定，計算用戶分組時延，并與時延要求比較，符合要求時停止；最后計算每個簇的大小及每個簇頭的位置。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于時延受限的低頻段低功耗無線局域網(wǎng)的分簇方法，包括宏小區(qū)，在所述宏小區(qū)中的具有無線局域網(wǎng)與至少一個用戶，所述無線局域網(wǎng)設(shè)有無線接入點，所述方法包括如下步驟：

（1）確定所述宏小區(qū)半徑，所述用戶的總數(shù)量，每個用戶的業(yè)務(wù)到達率以及分組時延要求，其中，所述宏小區(qū)的半徑為D，所述用戶總數(shù)為N，每個用戶的業(yè)務(wù)到達率為λ以及分組時延要求為ε；

（2）計算所述宏小區(qū)不分簇時的用戶分組時延ε₀，并與分組時延要求ε比較：

（2a）若ε₀<ε，那么無需分簇；

（2b）若ε₀>ε，那么定義L=1，轉(zhuǎn)至步驟（3）；

（3）計算將所述宏小區(qū)以無線接入點為中心向外展開分成L層簇時的用戶分組時延ε_L：

（3a）若ε_L>ε，那么L=L+1，轉(zhuǎn)至步驟（3）；

（3b）若ε_L<ε，轉(zhuǎn)至步驟（4）；

（4）計算每個簇的半徑d以及每個簇頭的坐標（x_j，k，m，y_j，k，m）。

需要說明的是，所述宏小區(qū)以所述無線接入點為中心向外展開分成L層簇具體為，如果L=1，則簇的總數(shù)量為7個；如果L=2，即再增加一層，相比L=1層，簇的總數(shù)量增加12個；依次類推，分成L層簇與分成L-1層簇相比，簇的總數(shù)量增加L*6個，當分成L層簇時，簇的數(shù)目N_L=[3*L*(L+1)+1]個；簇的數(shù)目越多，每個簇的面積越小。

需要說明的是，計算所述時延ε₀可根據(jù)下式計算：