[發明專利]一種基于排隊論的中繼路由休眠時間預估方法

有效

• 申請號: 201511022902.6
• 申請日: 2015-12-31
• 公開（公告）號: CN105517135B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 王志繁;葉慶衛;周宇;王曉東
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 周玨

本發明公開了一種基于排隊論的中繼路由休眠時間預估方法，其先確定排隊論模型；然后確定工作周期內中繼路由服務的數據包的總數和中繼路由服務一個數據包的時間；接著計算排隊論模型中的平均到達率、平均服務率和服務強度；再計算排隊論模型中的服務臺沒有顧客可以服務的概率、平均顧客數、顧客有效到達率、顧客的平均逗留時間；最后根據顧客的平均逗留時間、工作周期內中繼路由的工作時間以及終端節點初始化時間得到中繼路由和終端節點的最佳休眠時間；優點是由排隊論模型確定中繼路由和終端節點的最佳休眠時間來降低無線傳感器網絡的能耗，不但比現有的低功耗技術更加簡單和穩定，而且能極大地降低中繼路由和終端節點的能耗來延長系統的壽命。

技術領域

本發明涉及一種中繼路由休眠時間預估技術，尤其是涉及一種基于排隊論的中繼路由休眠時間預估方法。

背景技術

無線傳感器網絡具有數據采集、數據處理以及數據傳輸等方面的功能，目前在醫療、交通、監控、軍事等領域應用廣泛。但在實際的應用中，無線傳感器網絡的組成都需要部署大量的傳感器節點，且希望無線傳感器網絡能夠有幾個月甚至是幾年的壽命。通常無線傳感器網絡中的傳感器節點是通過電池對其進行供電的，然而在野外環境和傳感器節點多的情況下，實時的對電池進行更換不是一個可行的方法，這時就需要引入低功耗技術來降低無線傳感器網絡的功耗，從而延長無線傳感器網絡的壽命。現有的低功耗技術主要有改進介質訪問控制層協議、路由路徑最優算法、使用超低功耗的硬件、合理部署傳感器節點等。由于無線傳感器網絡的繁雜多樣，且上述介紹的幾種低功耗技術在實際的應用中都沒有確定中繼路由節點的最大休眠時間，因此使得中繼路由節點沒有采取最佳的休眠時間進行休眠，從而未能在極大的程度上降低無線傳感器網絡的能耗。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于排隊論的中繼路由休眠時間預估方法，其在單中繼路由的情況下可以準確地預估出中繼路由的最大休眠時間，使中繼路由可以采取最大休眠時間進行休眠，增強中繼路由的低功耗性能，從而在最大程度上降低無線傳感器網絡的能耗。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種基于排隊論的中繼路由休眠時間預估方法，其特征在于包括以下步驟：

①設定無線傳感器網絡中分布有n個終端節點、一個中繼路由及一個協調器，并要求終端節點和中繼路由采用ZigBee模塊，要求中繼路由的容量已知，其中，n≥2；然后根據無線傳感器網絡的結構、終端節點和中繼路由所采用的模塊、中繼路由的容量，確定排隊論模型；

②在無線傳感器網絡中，要求中繼路由和所有終端節點同步工作，并設置中繼路由的工作周期為t分鐘，假設中繼路由的休眠時間為X秒，則在t分鐘內中繼路由的工作時間為60t-X秒，并假設每個終端節點在t分鐘內發送一個數據包，則中繼路由在60t-X秒內共服務了n個數據包；

③在無線傳感器網絡中，任意選取一個終端節點，并僅僅使選取的終端節點、中繼路由以及協調器之間能夠正常的通信；然后在正常通信后進行實驗，在t分鐘內選取的終端節點只發送一個數據包的情況下，記錄協調器在t分鐘內接收到數據包的時間，進行多次實驗后計算所記錄的所有時間的平均值，并將該平均值作為中繼路由服務一個數據包所需的時間，記為T，單位為秒；

⑥在無線傳感器網絡中，要求每個終端節點采集的數據包在中繼路由中的逗留時間要小于中繼路由的工作時間，使得W_S≤60t-X；然后轉換W_S≤60t-X得到X≤60t-W_S，即預估得到中繼路由的最大休眠時間為60t-W_S秒；再設置終端節點初始化時間，將中繼路由的最大休眠時間減去終端節點初始化時間得到的差值作為中繼路由和終端節點的最佳休眠時間，其中，終端節點初始化時間自行設定。