[發(fā)明專利]一種基于優(yōu)先級的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)輪詢系統(tǒng)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710554263.0
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107347201B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊志軍;謝顯杰;余建坤;楊晨
• 申請（專利權(quán)）人: 楊志軍
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W72/12;H04W74/06;H04W74/08;H04W84/18
• 代理公司: 昆明今威專利商標(biāo)代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

1.一種基于優(yōu)先級的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)輪詢系統(tǒng)控制方法，其特征在于，系統(tǒng)控制方法基于IEEE 802.15.4 MAC幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)輪詢控制系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制及流程，采用以超幀為周期的MAC幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信；在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)輪詢系統(tǒng)中服務(wù)器按一定的查詢順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行周期性服務(wù)，將系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)服務(wù)的優(yōu)先級設(shè)為四類，分別為完全服務(wù)、限定服務(wù)、限定(k＝2)服務(wù)、限定(k＝1)服務(wù)；考慮實(shí)際應(yīng)用中資源的利用率、吞吐量、平均等待時間因素以及節(jié)點(diǎn)中信息分組數(shù)與優(yōu)先級之間的關(guān)系，引入動態(tài)優(yōu)先級的服務(wù)策略進(jìn)行設(shè)置，通過動態(tài)優(yōu)先級公式計算優(yōu)先級值，節(jié)點(diǎn)按照優(yōu)先級值對應(yīng)的服務(wù)規(guī)則進(jìn)行服務(wù)；

所述優(yōu)先級劃分方法，考慮到節(jié)點(diǎn)中信息分組數(shù)與優(yōu)先級之間的問題，引入動態(tài)優(yōu)先級的服務(wù)策略進(jìn)行設(shè)置，節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級會隨著其中信息分組的平均等待時間的增長而增高，當(dāng)節(jié)點(diǎn)中的信息分組平均等待時間經(jīng)過優(yōu)先級公式轉(zhuǎn)換后達(dá)到相應(yīng)閾值則立即使用優(yōu)先級對應(yīng)的服務(wù)策略進(jìn)行服務(wù)；

所述的動態(tài)優(yōu)先級公式如下：

其中Pr為Sink節(jié)點(diǎn)對普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行服務(wù)時通過存儲器內(nèi)的信息分組數(shù)使用上述公式計算出的優(yōu)先級值；Pr_init為Sink節(jié)點(diǎn)初始化工作時發(fā)布的初始化優(yōu)先級，范圍在0～1之間；α為節(jié)點(diǎn)中信息分組的平均等待時間加權(quán)因子；

β為節(jié)點(diǎn)中信息分組的預(yù)計等待時間加權(quán)因子，α和β均為0～1之間的變量；

t_*指的是普通節(jié)點(diǎn)Sink節(jié)點(diǎn)上次服務(wù)到此次服務(wù)的時間間隔；

Wt(t_*)是經(jīng)過計算的在t_*時間段內(nèi)到達(dá)該節(jié)點(diǎn)的信息分組的平均等待時間；

Et是該節(jié)點(diǎn)中的信息分組數(shù)預(yù)計的平均等待時間；Th是優(yōu)先級劃分的臨界值；

所述輪詢系統(tǒng)的服務(wù)規(guī)則，針對于優(yōu)先級進(jìn)行設(shè)置閾值，通過動態(tài)調(diào)整優(yōu)先級，達(dá)到相應(yīng)服務(wù)規(guī)則的區(qū)間則選擇相應(yīng)的服務(wù)方式進(jìn)行服務(wù)；定義E₁，E₂，E₃為優(yōu)先級劃分的三個臨界值且有E₁E₂E₃的關(guān)系，計算相應(yīng)臨界值對應(yīng)的優(yōu)先級值如下：

定義該優(yōu)先級劃分方法的服務(wù)規(guī)則如下：

當(dāng)時，采用限定(k＝1)服務(wù)方式服務(wù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的信息分組；

當(dāng)時，采用限定(k＝2)服務(wù)方式服務(wù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的信息分組；

當(dāng)時，采用門限服務(wù)方式服務(wù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的信息分組；

當(dāng)時，采用完全服務(wù)方式服務(wù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的信息分組。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于優(yōu)先級的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)輪詢系統(tǒng)控制方法，其特征在于：所述通信過程中MAC幀結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于服務(wù)器在服務(wù)的過程中其服務(wù)時間是視服務(wù)站點(diǎn)中的信息分組數(shù)所決定的，因此采用的超幀結(jié)構(gòu)并不規(guī)定擁有時隙的數(shù)目，其時隙是一個動態(tài)變化的數(shù)目，在服務(wù)的過程中通過讀取節(jié)點(diǎn)寄存器中的信息分組數(shù)來決定超幀結(jié)構(gòu)時隙的大小；所設(shè)計的幀結(jié)構(gòu)是以超幀為一個周期對某個站點(diǎn)進(jìn)行服務(wù)，以信標(biāo)幀作為其轉(zhuǎn)換的間隔；所述信標(biāo)幀中添加服務(wù)地址和優(yōu)先級兩個字段，服務(wù)地址是從存儲器中的輪詢表中按順序讀取出來的，用于告知下一個進(jìn)行服務(wù)的地址，添加優(yōu)先級字段用于對應(yīng)節(jié)點(diǎn)使用的服務(wù)策略；在數(shù)據(jù)幀中則添加收發(fā)器狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)號和剩余包數(shù)目計數(shù)三個字段，收發(fā)器狀態(tài)控制節(jié)點(diǎn)的收發(fā)器狀態(tài)；節(jié)點(diǎn)號字段用于分辨是哪個節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)；剩余包數(shù)目計數(shù)是用于計算還有多少包沒有發(fā)送；假若剩余包數(shù)目計數(shù)為零則結(jié)束此次超幀，繼續(xù)發(fā)送信標(biāo)幀對下一個站點(diǎn)進(jìn)行服務(wù)。