[發(fā)明專利]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010085183.7
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111083733B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳輝;張春雨
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W84/18
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法及系統(tǒng)，方法包括：1)、針對目標(biāo)通信網(wǎng)絡(luò)，獲取下一時刻目標(biāo)通信網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)簇的簇首節(jié)點(diǎn)；2)、針對每一個簇首節(jié)點(diǎn)，利用卡爾曼濾波預(yù)測算法預(yù)測出簇首節(jié)點(diǎn)的待發(fā)送數(shù)據(jù)的隊(duì)列長度；3)、根據(jù)隊(duì)列長度獲取簇首節(jié)點(diǎn)的擁塞狀態(tài)；并根據(jù)簇首的擁塞狀態(tài)，判斷是否需要為所述簇首節(jié)點(diǎn)確定協(xié)助節(jié)點(diǎn)；4)、若是，在所述簇首節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)簇中獲取協(xié)助節(jié)點(diǎn)，根據(jù)簇首節(jié)點(diǎn)的擁塞程度確定所述協(xié)助節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，以使協(xié)助節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述工作狀態(tài)調(diào)節(jié)出力大小；5)、若否，將下一時刻的下一時刻作為下次控制過程中的下一時刻，并返回執(zhí)行步驟1)，直至完成控制。應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例，可靠性高于現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制，具體涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著智能傳感技術(shù)的快速發(fā)展，WSNs(Wireless Sensor Networks，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))在環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)警、公共安全、軍事領(lǐng)域等方面都有著廣泛的應(yīng)用，但由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)受到計(jì)算能力、存儲能力和電源供電能力等方面的限制，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在大量突發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)生或節(jié)點(diǎn)死亡失效時，易造成網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生局部或全網(wǎng)擁塞，進(jìn)而導(dǎo)致丟包率升高、延遲增加、能源效率降低，從而嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的生存周期與傳輸效率。因此，如何緩解和避免無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞問題是亟待解決的技術(shù)問題。目前，可以通過對WSN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇控制，該方法具有維護(hù)簡單、便于管理以及魯棒性高的優(yōu)點(diǎn)使其在無線智能監(jiān)測中得到大量的應(yīng)用。分簇結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫前凑找欢ǖ男枨蠛鸵?guī)則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被劃分成若干子網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)被劃分成簇首(Cluster Head)節(jié)點(diǎn)和成員節(jié)點(diǎn)，簇首用于管理該子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息收集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，成員節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)事件監(jiān)測。分簇方法中簇首節(jié)點(diǎn)不但要接收和轉(zhuǎn)發(fā)簇內(nèi)數(shù)據(jù)，還要作為中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)其他簇首的數(shù)據(jù)，受限于能量和緩存空間，簇首極易成為擁塞發(fā)生節(jié)點(diǎn)。因此，分簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中簇首節(jié)點(diǎn)的擁塞控制是解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題的核心。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，簇首節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生擁塞有兩個主要原因，第一是數(shù)據(jù)包到達(dá)速率超過節(jié)點(diǎn)最大承載量，而節(jié)點(diǎn)處理速度較慢導(dǎo)致包的服務(wù)速率與到達(dá)速率不匹配進(jìn)而引起網(wǎng)絡(luò)擁塞；第二是節(jié)點(diǎn)的競爭、信號的干擾以及鏈路的誤碼率引起的網(wǎng)絡(luò)擁塞。對于前者引起的網(wǎng)絡(luò)擁塞，可以通過減少數(shù)據(jù)的產(chǎn)生率來控制擁塞；對于后者引起的網(wǎng)絡(luò)擁塞可通過路由方式的調(diào)整來控制擁塞。但在不同的監(jiān)測任務(wù)和不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中擁塞產(chǎn)生的原因是多樣的，既可能是由于簇間數(shù)據(jù)傳輸引起的，也可能是由于簇內(nèi)大量突發(fā)數(shù)據(jù)引起的簇首擁塞。

常用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法有多種，最為典型的控制策略主要包括數(shù)據(jù)傳輸速率調(diào)節(jié)和網(wǎng)絡(luò)流量控制兩方面。基于速率調(diào)節(jié)的算法有CODA、ESRT、PCCP等。其中，CODA(Congestion Detection and Avoidance)算法在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生局部擁塞時通過反壓消息告知上游節(jié)點(diǎn)降低數(shù)據(jù)傳輸速率或丟包緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，發(fā)生全局擁塞時則根據(jù)源節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)之間的閉環(huán)反饋動態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸速率，但降低數(shù)據(jù)傳輸速率和丟包會降低鏈路傳輸?shù)目煽啃浴Ｒ虼耍F(xiàn)有的分簇網(wǎng)絡(luò)中擁塞控制存在可靠性較低的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于如何提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法及系統(tǒng)以提高可靠性。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，其特征在于，所述方法包括：

1)、針對目標(biāo)通信網(wǎng)絡(luò)，獲取下一時刻目標(biāo)通信網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)簇的簇首節(jié)點(diǎn)；

2)、針對每一個簇首節(jié)點(diǎn)，利用卡爾曼濾波預(yù)測算法預(yù)測出所述簇首節(jié)點(diǎn)的待發(fā)送數(shù)據(jù)的隊(duì)列長度；

3)、根據(jù)所述隊(duì)列長度獲取所述簇首節(jié)點(diǎn)的擁塞狀態(tài)；并根據(jù)所述簇首的擁塞狀態(tài)，判斷是否需要為所述簇首節(jié)點(diǎn)確定協(xié)助節(jié)點(diǎn)；