[發明專利]一種基于加權距離的工業物聯網資源調度方法和系統

有效

• 申請號: 202011269425.4
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112449007B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 楊偉;汪浩;章志明;秦樂;吳福英;李萍
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: H04L67/12
• 分類號: H04L67/12;H04W4/70;H04W24/08;H04W40/04;H04W72/12;H04W74/08
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 張舉

1.一種基于加權距離的工業物聯網資源調度方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、新節點入網時選擇信號強度高的節點作為父節點，新節點入網后根據父節點發送的信息建立初始資源調度表；

步驟2、當節點的發送時槽無法滿足當前流量需求時，節點通過加權距離算法動態地增加發送時槽；

步驟3、當節點的發送時槽超過了當前流量需求時，節點將使用率最低的時槽進行刪除；

步驟4、節點統計每個時槽的丟包率，當某個時槽丟包率遠低于平均丟包率時，表明該時槽存在資源調度沖突，重新進行資源分配；

所述步驟1具體包括以下步驟：

步驟1.1、新節點入網時監聽到來自周圍鄰居節點發送的廣播包，然后選擇一個信號強度最高的鄰近節點作為父節點加入網絡；

步驟1.2、父節點給新入網子節點分配可用的發送時槽和接收時槽，入網時候分配的時槽是通過隨機選擇的，新入網節點接收通知后建立自己的初始資源調度表；

步驟1.3、將新節點的初始資源調度表設置為一個二維矩陣，橫軸為時隙，縱軸為信道，初始值有兩個時槽，一個發送時槽，另一個接收時槽；

所述步驟2具體包括以下步驟：

步驟2.1、節點統計每個時槽使用情況，當時槽使用率超過75％時，則表明節點的發送時槽無法滿足當前流量需求，節點向父節點發送資源請求，要求增加發送時槽；

步驟2.2、父節點接收到資源請求后，將可用時槽列表發送給子節點，子節點收到后列出可用發送時槽，分別為T_x1，T_x2，…，T_xi，…，共計K個；

步驟2.3、為了使得轉發數據能盡快發送出去，節點通過加權距離算法選擇一個最優的發送時槽，該時槽到其它接收時槽的加權距離最短，從而能降低轉發數據的傳輸延時；

步驟2.4、節點統計接收時槽的收包概率，接收時槽i的收包概率記為P_ri，在節點加權距離算法執行過程中，計算發送時槽到每個接收時槽的距離，到接收時槽i的距離D_ri，然后通過公式下面的公式計算出該發送時槽的加權距離：

Sum_D_r＝P_r1*D_r1+P_r2*D_r2+...+P_rk*D_rk，P_r1+P_r2+...+P_rk＝1；

步驟2.5、在加權距離算法中；不斷循環步驟2.4，直到K個發送時槽的加權距離都計算出來，然后通過比較找出最短的加權距離，從而找到一個最優的發送時槽；

所述步驟3具體包括以下步驟：

步驟3.1、節點加入網絡后，節點統計每個發送時槽使用情況；當發送時槽使用率低于25％時，則表明節點的發送時槽超過了當前流量需求，節點刪除一個發送時槽，以節約能耗；

步驟3.2、節點列出所有的發送時槽，通過對比找到使用率最低的發送時槽，然后向父節點發出資源刪除請求；

步驟3.3、父節點收到子節點的資源刪除請求后，先刪除其對應的接收時槽，然后回復確認；

步驟3.4、節點收到父節點響應后，將該發送時槽進行刪除；

所述步驟4具體包括以下步驟：

步驟4.1、計算每個實操的丟包率，丟包率PDR的計算公式為：

PDR＝1-NumTxAck/NumTx

其中，NumTx表示發送數據包總個數，NumTxAck表示已成功發送包個數；

步驟4.2、計算多個發送時槽的平均丟包率；

步驟4.3、將每個時槽的丟包率與平均丟包率進行對比，假如超過了一定閾值，表明該時槽存在資源調度沖突；

步驟4.4、若檢測到某個時槽存在資源調度沖突，重新進行資源分配。

2.一種根據權利要求1所述的基于加權距離的工業物聯網資源調度方法的調度系統，其特征在于，所述系統中，每個工業物聯網節點部署五個模塊，包括：

流量監測模塊：用于統計一段時間內時槽總個數和時槽被使用的個數，然后計算時槽被使用的個數與時槽總個數比值，即為時槽的使用率；

資源添加模塊：當時槽使用率很高時，則表明節點的發送時槽無法滿足當前流量需求，節點向父節點發送增加時槽資源請求，父節點將可用時槽列表發送給節點，所述資源添加模塊用于節點在可用時槽列表中選擇一個最優的時槽，其選擇方法根據加權距離算法計算出每個發送時槽的加權距離，然后通過比較找出最短的加權距離，從而找到一個最優的發送時槽；

資源刪除模塊：當時槽使用率很低時，則表明節點的發送時槽超過了當前流量需求，所述資源刪除模塊用于節點刪除一個使用率最低的發送時槽，以節約能耗；

丟包率監測模塊：用于節點統計每個時槽發送數據包個數和收到確認數據包個數，然后計算每個時槽的丟包率，同時計算多個發送時槽的平均丟包率；

沖突檢測模塊：用于將每個時槽的丟包率與平均丟包率進行對比，假如超過了一定閾值，表明該時槽存在資源調度沖突，重新進行資源分配。