[發(fā)明專利]一種基于加權(quán)距離的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)度方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011269425.4
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112449007B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊偉;汪浩;章志明;秦樂;吳福英;李萍
• 申請（專利權(quán)）人: 江西師范大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 張舉

本發(fā)明提供了一種基于加權(quán)距離的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)度方法和系統(tǒng)，屬于物聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)度領(lǐng)域，系統(tǒng)包括流量監(jiān)測模塊、資源添加模塊、資源刪除模塊、丟包率監(jiān)測模塊、沖突檢測模塊；方法包括：新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時選擇信號強(qiáng)度高的節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)，新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后根據(jù)父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息建立初始資源調(diào)度表；當(dāng)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時槽無法滿足當(dāng)前流量需求時，節(jié)點(diǎn)通過加權(quán)距離算法動態(tài)地增加發(fā)送時槽；當(dāng)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時槽超過了當(dāng)前流量需求時，節(jié)點(diǎn)將使用率最低的時槽進(jìn)行刪除；節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)每個時槽的丟包率，當(dāng)某個時槽丟包率遠(yuǎn)低于平均丟包率時，表明該時槽存在資源調(diào)度沖突，重新進(jìn)行資源分配。該方法可有效地檢測出資源調(diào)度沖突，適應(yīng)性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)度領(lǐng)域，具體涉及一種基于加權(quán)距離的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)度方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對無線通信的可靠性和實(shí)時性有著苛刻要求，普通的無線通信技術(shù)(如ZigBee、WiFi)無法滿足這方面性能要求。IEEE802.15.4-2015無線通信標(biāo)準(zhǔn)采用了時隙跳頻技術(shù)，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間可以在不同時隙使用不同信道進(jìn)行通信，從而提高了無線通信可靠性。但是，在實(shí)際的基于IEEE802.15.4-2015標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間使用哪個時隙哪個信道進(jìn)行通信缺乏定義。

目前也存在一些相關(guān)資源調(diào)度算法來解決以上問題，大體可以分為兩類：集中式資源調(diào)度和分布式資源調(diào)度。集中式資源調(diào)度通常是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊界路由器上運(yùn)行一套算法，其可以計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)在何時使用哪個信道進(jìn)行通信，該方法缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)流量變化或網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓紩?dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)資源重新調(diào)度，從而帶來了巨大的計(jì)算和通信開銷；分布式資源調(diào)度是節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間根據(jù)通信需求來合理安排通信資源，相比于集中式資源調(diào)度更具有優(yōu)越性，但是目前分布式資源調(diào)度算法存在調(diào)度效果不佳問題，特別是存在端到端數(shù)據(jù)傳輸時延過大問題，缺乏資源調(diào)度沖突檢測算法，這樣無法滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對實(shí)時性要求苛刻。

目前還未有基于加權(quán)距離的分布式資源調(diào)度的發(fā)明專利及相關(guān)文獻(xiàn)，為了有效解決基于時隙跳頻的高可靠工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用哪個時隙和信道進(jìn)行通信問題，本申請?jiān)O(shè)計(jì)了一種基于加權(quán)距離的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)度方法，從而保證大規(guī)模工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信能正常運(yùn)行，并帶來更低的端到端數(shù)據(jù)傳輸時延。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于加權(quán)距離的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)度方法和系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于加權(quán)距離的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)度方法，包括以下步驟：

步驟1、新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時選擇信號強(qiáng)度高的節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)，新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后根據(jù)父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息建立初始資源調(diào)度表；

步驟2、當(dāng)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時槽無法滿足當(dāng)前流量需求時，節(jié)點(diǎn)通過加權(quán)距離算法動態(tài)地增加發(fā)送時槽；

步驟3、當(dāng)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時槽超過了當(dāng)前流量需求時，節(jié)點(diǎn)將使用率最低的時槽進(jìn)行刪除；

步驟4、節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)每個時槽的丟包率，當(dāng)某個時槽丟包率遠(yuǎn)低于平均丟包率時，表明該時槽存在資源調(diào)度沖突，重新進(jìn)行資源分配。

優(yōu)選地，所述步驟1具體包括以下步驟：

步驟1.1、新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時監(jiān)聽到來自周圍鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的廣播包，然后選擇一個信號強(qiáng)度最高的鄰近節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)；

步驟1.2、父節(jié)點(diǎn)給新入網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)分配可用的發(fā)送時槽和接收時槽，入網(wǎng)時候分配的時槽是通過隨機(jī)選擇的，新入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)接收通知后建立自己的初始資源調(diào)度表；

步驟1.3、將新節(jié)點(diǎn)的初始資源調(diào)度表設(shè)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(fā)送時槽，另一個接收時槽。

優(yōu)選地，所述步驟2具體包括以下步驟：