[發明專利]一種異構無線傳感網絡中最差時延感知跨層優化方法

有效

• 申請號: 201510099668.0
• 申請日: 2015-03-07
• 公開（公告）號: CN104735800B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 徐偉強;涂建臣;史清江;俞晴里
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H04W72/08
• 分類號: H04W72/08;H04W84/18
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

本發明公開了一種異構無線傳感網絡中最差時延感知跨層優化方法，包括以下步驟：網絡中的各節點根據當前時隙實際隊列和構造的虛擬隊列的隊列狀態，做出決策行為，進而更新當前時隙的隊列狀態；源節點對數據采集行為進行優化決策；源節點與中間節點根據當前時隙數據隊列和虛擬時延隊列狀態，對數據丟包行為以及路由調度和數據傳輸功率分配進行優化決策；同時，各節點通過觀察能量隊列的隊列狀態并結合電價因素進行能量采集行為決策。經過多次迭代后，使得無線傳感網絡的隊列狀態逐漸穩定。該方法可同時優化無線傳感網絡的吞吐量效用及網絡丟包性能，并從電網獲取能量時產生的消費，并為網絡每個節點中每條會話流的數據提供一個最差傳輸時延上界。

技術領域

[本發明屬于無線通信傳輸技術領域，具體為無線傳感網絡中聯合單節點數據傳輸最差時延感知跨層優化方法及能量資源分配方法。

背景技術

無線傳感網絡近年來獲得全球范圍內越來越多的關注，尤其是隨著微機電系統（MEMS）技術的擴散，智能傳感器得到了快速的發展。與傳統的傳感器相比較，智能傳感器具有更小，更廉價以及有限的處理和計算資源的特點。

無線傳感網絡本身所具備的特性使得它在很多應用領域都具有很大的發展潛力，如軍事目標跟蹤和監測、自然災害救援、生物醫學健康監測、危險環境勘探以及地震感應等。當然，在實際應用當中，傳感器網絡也會遇到自身的設計和資源約束。其中，資源約束包括單個節點中有限的能源，短距離的通信范圍，低帶寬以及有限的存儲和處理資源等。其中，低功耗的要求對傳感器節點來說是非常重要的一個限制，傳感器節點一般只攜帶有限的，不可替代的電源。因此，傳感器網絡協議必須注意對能源的使用，在傳感器網絡中，很多時候也需要注意一些傳統的通信網絡的約束限制，如時延，網絡安全和傳輸可靠性等約束。

傳統的傳感器節點通常都是由不可充電式電池提供能量，而這種電池的能量存儲是非常有限的。因此，很多研究人員都致力于有限電池能源供電的無線傳感網絡中能源效用的改進。Mao等人提出一種數據隊列和能量隊列的聯合控制方法并最大化能量采集無線傳感器網絡長期的平均感知速率，同時也滿足QoS約束條件；Chen等人提出了一種功率分配和路由的聯合控制問題的處理方案，在無需一些補給等先驗信息的前提下最大化總的系統效用；Sharkar等人也設計出了一種路由和調度策略并得到能量采集無線傳感網絡的最優吞吐量；Huang等人基于能量采集無線傳感網絡提出了一種能量有限調度算法和改進的ESA算法并在最優差距和隊列長度之間取得一個明確的折衷值。然而，以上提到的研究都沒有考慮時延相關的內容。而且，以上的研究幾乎沒有考慮通信模塊和感知模塊的聯合功率分配。另外，由于較低的能量采集速率以及能量采集過程中部分因素存在的時變性，單靠能量采集補充能源的傳感器節點無法保證為每個操作提供足夠的能量。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種異構供電無線傳感網絡中最差時延感知跨層優化方法，該方法引入異構供電能量模型，并在優化目標中添加電量價格優化，最終實現電量價格與網絡吞吐量效用及數據包丟包的聯合優化。同時，給出網絡中每個傳感器節點的數據傳輸最差時延。

本發明通過以下技術方案加以實現：

所述的一種異構無線傳感網絡中最差時延感知跨層優化方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟1：網絡中的各節點根據當前時隙實際隊列和構造的虛擬隊列的隊列狀態，做出相應的決策行為，進而更新當前時隙的隊列狀態；

步驟2：源節點根據數據隊列狀態和虛擬輔助隊列狀態，對數據采集行為進行優化決策；

步驟3：源節點與中間節點根據當前時隙數據隊列和虛擬時延隊列狀態，對數據丟包行為以及路由調度和數據傳輸功率分配進行優化決策；

步驟4：各節點通過觀察能量隊列的隊列狀態并結合電價因素進行能量采集行為決策；