[發明專利]軟件自定義無線網絡中基于可調占空比的快速傳播方法

有效

• 申請號: 201710152251.5
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106878958B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 劉安豐;閔潔;劉瀟;李伊展;陳偉;秦文穎;袁敏姣
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04W4/06
• 分類號: H04W4/06;H04W40/02;H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18;H04L12/721
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 馬家駿

本發明公開了一種軟件自定義無線網絡中基于可調占空比的快速傳播方法。該方法考慮利用節點剩余能量增加節點的占空比，使得一次廣播就能讓多個節點接收到程序，達到快速傳播的目的。占空比的提高在保證網絡壽命的同時使得傳輸次數和傳輸延遲得到降低。節點能量消耗與占空比存在正相關關系，占空比增加又會使得傳輸延遲得到降低，由于網絡死亡時距離基站較遠的區域仍存在大量能量，充分利用這些剩余能量提高這部分區域中節點的占空比，使其能夠及時接收程序代碼，這就在保證傳輸次數和傳輸延遲都能得到降低的情況下，而不會對網絡壽命造成影響。

技術領域

本發明屬于軟件自定義無線網絡領域，特別涉及一種軟件自定義無線網絡中基于可調占空比的快速傳播方法。

背景技術

各種數字設備連接到云計算網絡以及霧計算網絡導致數據量如今呈爆炸性方式增長。霧計算網絡中，為了提高邊緣接入設備的智能化，使用無線軟件定義網絡進行大量的設備更新、升級和重新配置，讓部署的設備獲得新的活力。大數據的一個重要應用是擴散程序代碼，程序代碼擴展到設備的過程是大數據采集的逆操作。程序代碼從數據采集中心擴散到網絡邊緣的過程在無線傳感器網絡領域中得到了廣泛的應用。無線傳感器網絡是一種很有前途的平臺，被廣泛應用于軍事和民用領域。在一個智能軟件自定義無線網絡中，許多傳感器節點被部署在被監視區域內，傳感器節點感知來自周圍環境的數據，然后將感測的數據發送到基站。基站從發送消息的設備接收到信息后，對設備進行更新或重新配置軟件。與傳統的工業自動化系統相比，使用有線通信，智能無線軟件定義網絡帶來顯著的優勢，包括降低成本，更高的靈活性和自組織能力，從而顯著提高了工業效率和生產力。

廣播是軟件自定義無線傳感器網絡的基本操作。給定一個基站，目標是利用最小傳輸廣播方式將數據包傳遞給所有節點并使得傳輸延遲最小，這個問題被稱為最小傳輸廣播。在許多應用例如火警報警系統中中，往往對通信傳輸延遲有非常嚴格的要求。然而，在這樣的環境下也對軟件自定義無線網絡的代碼擴散性設計提出了嚴峻的挑戰。首先，傳感器節點的能量有限，傳感器節點通常采用循環式，在休眠和活躍兩個狀態之間進行切換。由于節點的占空比類型，程序代碼需要在網絡中傳輸多個節點。因此，最小傳輸廣播問題在有占空比的網絡中是很難的。其次，壽命和延遲之間的權衡問題是一項艱巨的任務。由于節點的占空比要大到能夠將程序代碼快速傳輸到網絡中的所有節點，并且節點的占空比應該盡可能小，以延長網絡的生存期。因此，如何減少網絡傳輸延遲，同時保持網絡的生存時間是一個挑戰性的問題。

目前，關于軟件自定義無線網絡廣播方面的研究根據不同的應用需求分為以下幾種：

(1)最小傳輸廣播問題。主要考慮如何減少廣播次數。在以往的方案中，考慮節點始終處于活躍狀態，因此減少傳輸次數就要找到一個網絡的最小連通支配集使得集合中的節點可以覆蓋整個網絡，這樣，只需向某個節點廣播一次程序代碼則網絡中的所有節點都可以接收程序代碼。(2)最小等待時間的廣播調度。在這些方案中，不僅減少了節點的能量消耗，而且還減少了傳輸程序代碼的時間。

發明內容

本發明提供了一種軟件自定義無線網絡中基于可調占空比的快速傳播方法，用于快速傳播并減少傳輸次數和降低傳輸延遲，其特征在于：在能及時接收程序代碼前提下調整節點占空比至最小值，對于遠離基站節點利用其剩余能量增加節點的占空比以傳降低輸延遲。

廣播性能取決于網絡中節點的占空比，較大的占空比帶來更高的監控性能但同時也會使得節點能耗增加而加速網絡死亡，因此，在保證能及時接收程序代碼前提下將節點占空比調整至最小值，可以在不影響數據傳輸的前提下節約網絡能量消耗。

距離基站較近區域節點能耗較大，將這部分區域稱為熱區，則遠離基站區域稱為非熱區，非熱區節點能量消耗較少因此在網絡死亡時仍有大量的能量剩余，這些節點的占空比可以增加，使得一次廣播就能讓多個節點接收到程序，達到快速傳播的目的，同時占空比的提高可以減少傳輸延遲，動態調整節點占空比可以實現更好更全面的廣播性能，提高程序代碼擴散性的同時不影響網絡壽命。