[發明專利]一種保障無線傳感器網絡信息實時傳輸的調度方法

有效

• 申請號: 201310521866.2
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103532877A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 田立勤;張琪;陳振國
• 申請（專利權）人: 華北科技學院
• 主分類號: H04L12/865
• 分類號: H04L12/865;H04L12/823;H04L12/867;H04W28/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡領域，特別是關于一種保障無線傳感器網絡信息實時傳輸的調度方法。

背景技術

隨著無線傳感器網絡的發展，大量的應用領域要求其提供服務質量（QoS）的保障，如低延遲、高可靠性，然而無線傳感器節點一般體積較小、靠電池供電、計算能力較弱且內存資源有限，因此在無線傳感器網絡中提供服務質量的保障具有很大的挑戰性。目前很多基于無線傳感器網絡的新型應用對數據的實時性要求較高，即需要保障數據包在規定的時間內從監測地到達數據處理中心，并由數據處理中心做出相應的反應，而數據包在網絡中進行轉發所消耗的時間是主要的延遲時間，因此減少數據包在網絡中的延遲是提高實時性的有效方式。數據包在網絡中的延遲主要分為傳播延遲和處理延遲，傳播延遲主要由傳輸介質的物理特性決定，因而減少傳播延遲較困難，相比之下，處理延遲則主要由網絡中的路由節點決定，因此減少節點的處理延遲是減少數據包延遲可行且有效的方式。

每個（帶有路由功能的）傳感器節點都有一個接收數據包的緩沖區隊列，新到來的數據包在這個隊列中等待調度或被丟棄，但是緩沖區隊列的容量是有限的，而數據包的到達又具有一定的猝發性，并且由于無線傳感器網絡的應用都具有一定的目的性，因而不同的數據包就可能具有不同程度的重要性，因此對于傳感器節點來說接收哪些數據包、緩沖哪些數據包、丟棄哪些數據包、以及如何進行數據包的（轉發）調度是一項重要的任務。由于先到先服務（FCFS）的隊列調度方式具有簡單、相對公平性的優點，因此是目前大多數無線傳感器網絡應用的主要隊列調度方式。

隨著研究的不斷發展，很多學者發現先到先服務的隊列調度方式已不能滿足應用的需求，因此提出了其它類型的隊列調度方式，例如：基于優先級的隊列調度方式、基于冗余信息的隊列調度方式、以及兼顧優先級和公平性的動態優先級調度方式，但是這些隊列調度方式在每個優先級的內部都還是采取先到先服務（FCFS）的方式，在監測、追蹤等大部分無線傳感器網絡的應用中，新產生的數據總能代表監測（或追蹤）對象的最當前情況，然而最新產生的數據包相對于之前產生的數據包而言，在選取相同的路由時，總是較晚到達轉發節點的隊列，若采取先到先服務的隊列調度方式，則新產生的數據總是在一定程度上被延遲了。另外，當較短時間內有大量的數據包到達傳感器節點時，傳感器節點的隊列很可能會發生擁塞，這時對數據包的選擇調度以及選擇丟棄就變得尤為重要，目前傳感器節點大都采取尾部丟棄方式，也就是說很可能丟棄了最當前的信息，卻保留了“歷史”信息。因此如果能夠徹底改變傳感器節點采取的先到先服務隊列調度方式和尾部丟棄方式，則可以有效的提高數據包的實時性。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種保障無線傳感器網絡信息實時傳輸的調度方法，能夠有效保障數據包的實時性和區分服務。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種保障無線傳感器網絡信息實時傳輸的調度方法，其包括以下步驟：1）根據無線傳感器網絡應用環境和監測對象特點對傳感器節點接收的數據進行優先級劃分，即將接收的數據劃分為高優先級數據和普通優先級數據；2）根據所述步驟1）劃分數據包的優先級，將帶有路由功能的無線傳感器節點的緩沖區隊列劃分為高優先級隊列Q₁和普通優先級隊列Q₂；3）配置L-RQS算法的相應參數并確定各相應參數的初始值；4）根據需要組建無線傳感器網絡，并進行網絡的初始化操作，使各個傳感器都正常工作；5）當帶有路由功能的傳感器節點接收到數據包后，L-RQS中的緩沖區管理算法根據當前隊列的狀態和數據包的優先級進行相應的緩存操作和丟棄操作；6）L-RQS中的隊列調度算法根據高優先級隊列所處的狀態和LCFS原則選擇相應的數據包進行調度，并根據連續轉發的高優先級數據包的個數或等待時間設置高優先級隊列的狀態；7）當完成一次數據包的調度后，調度器根據隊列中數據包的個數選擇繼續執行所述步驟6）或者進入睡眠狀態，即當調度器完成一次數據包的調度后，若此時有新的數據包到來，或者隊列中有未調度的數據包，則調度器繼續按照步驟6）執行調度；若隊列中沒有數據包等待調度則調度器進入睡眠狀態。