[發(fā)明專利]一種占空比自適應(yīng)緊隨網(wǎng)絡(luò)流量的擁塞控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011289460.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN112423343B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白靜;劉安豐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W28/02
• 分類號(hào): H04W28/02;H04W84/18
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種占空比自適應(yīng)緊隨網(wǎng)絡(luò)流量的擁塞控制方法。該發(fā)明方法自適應(yīng)調(diào)整無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的占空比以緊隨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包到達(dá)率來達(dá)到擁塞避免的目的。首先，節(jié)點(diǎn)計(jì)算與預(yù)測數(shù)據(jù)包到達(dá)率的變化率。然后，節(jié)點(diǎn)緊隨數(shù)據(jù)包到達(dá)率的變化來調(diào)整其占空比，調(diào)整方法為：當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)率處于增長狀態(tài)時(shí)，要求節(jié)點(diǎn)占空比增大的變化率快于數(shù)據(jù)包到達(dá)的增長率以題前預(yù)防與遏制擁塞；而當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)率處于下降狀態(tài)時(shí)，在保證不發(fā)生擁塞的前提下，最大幅度地減少節(jié)點(diǎn)占空比以緊隨網(wǎng)絡(luò)流量變化，從而節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量，提高網(wǎng)絡(luò)壽命。最后根據(jù)節(jié)點(diǎn)在下一周期的轉(zhuǎn)發(fā)速率得到節(jié)點(diǎn)的占空比。本發(fā)明提出的方法可以計(jì)算出節(jié)點(diǎn)在下一周期占空比的具體數(shù)值，從而確定占空比的調(diào)整幅度，更好地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制領(lǐng)域，特別涉及一種自適應(yīng)調(diào)整占空比使其緊隨網(wǎng)絡(luò)流量變化的擁塞控制方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的彼此之間通過多跳無線鏈路和通信的傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，可以被廣泛的運(yùn)用到各種特殊環(huán)境中，比如工業(yè)監(jiān)測，環(huán)境監(jiān)測，火災(zāi)監(jiān)測等，被認(rèn)為是未來的重要物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能是監(jiān)測周圍環(huán)境，當(dāng)有事件產(chǎn)生時(shí)，節(jié)點(diǎn)將感知到的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)。由于環(huán)境事件的突發(fā)性以及多路路由匯聚效應(yīng)的影響，因而,在事件突發(fā)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量瞬間爆發(fā)的情況，從而使得傳感器節(jié)點(diǎn)路由出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象。擁塞是由于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量大于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的處理能力，從而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)來不及處理突發(fā)的數(shù)據(jù)量，導(dǎo)致其緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)溢出，數(shù)據(jù)包丟失，額外的能量消耗從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成損害。擁塞會(huì)嚴(yán)重?fù)p害網(wǎng)絡(luò)性能，因此有必要提出一種緩解與避免擁塞的方法。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制的關(guān)鍵問題如下：

節(jié)點(diǎn)的能量消耗問題。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，為了節(jié)省能量，占空比機(jī)制是一個(gè)常采用的節(jié)省能量的技術(shù)。在這樣的機(jī)制中，節(jié)點(diǎn)采用周期性的喚醒/睡眠工作方式。其喚醒時(shí)間占一個(gè)周期時(shí)間的比值稱為占空比。由于傳感器節(jié)點(diǎn)在睡眠狀態(tài)時(shí)關(guān)閉其無線通信裝置，其能量消耗僅為其喚醒狀態(tài)的1/1000，所以在條件允許的情況下，節(jié)點(diǎn)的占空比應(yīng)設(shè)置的最小以節(jié)省能量。一方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大多數(shù)時(shí)間其數(shù)據(jù)量并不大，因而，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常選取一個(gè)恰當(dāng)?shù)恼伎毡葹楣ぷ髡伎毡龋垂?jié)點(diǎn)在正常情況下都采用工作占空比進(jìn)行工作。而傳統(tǒng)策略中是采用固定占空比模式進(jìn)行工作的，其缺點(diǎn)是如果占空比設(shè)置的過小，雖然能量消耗較小，但會(huì)造成大量的數(shù)據(jù)包丟失；相反，如果占空比設(shè)置的過大，雖然可以減少丟包數(shù)量，但會(huì)造成額外的能量消耗，總之很難達(dá)到兩者的折中。因此本發(fā)明需要提出一種自適應(yīng)占空比的擁塞控制方法以使丟包和能量消耗達(dá)到一種折中狀態(tài)。

缺乏理論指導(dǎo)占空比調(diào)整的問題。在以往的策略中當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測到擁塞時(shí)就增大其占空比，但沒有給出節(jié)點(diǎn)占空比應(yīng)該增大到多大才能滿足擁塞控制的需要，又能夠不浪費(fèi)節(jié)點(diǎn)的能量。因?yàn)椋绻龃蟮恼伎毡冗^大，則會(huì)浪費(fèi)節(jié)點(diǎn)的能量而降低其壽命。但是，如果增大的占空比過小，則擁塞不能得到有效的緩解。而在以往的策略中大多是采用實(shí)驗(yàn)的方法，通過實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果來指導(dǎo)擁塞控制，但是效果差異比較大。因此本發(fā)明需要從理論上給出一種占空比自適應(yīng)緊隨網(wǎng)絡(luò)流量的擁塞控制方法，以指導(dǎo)占空比的調(diào)整，緊隨網(wǎng)絡(luò)變化，從而可以減少丟包數(shù)量，緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，而不會(huì)造成過多的能量浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種用于擁塞控制的節(jié)點(diǎn)占空比調(diào)整方法以緊隨網(wǎng)絡(luò)流量的變化。其目的在于克服傳統(tǒng)的固定占空比擁塞控制方案中的問題：如占空比設(shè)置的過大，雖然可以在很大程度上緩解擁塞，但會(huì)帶來大量的能量消耗；而占空比設(shè)置的過小，可以節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量，但會(huì)擁塞控制效果不佳。本發(fā)明方法在整個(gè)過程中依據(jù)數(shù)據(jù)到達(dá)率的變化速率來調(diào)整其占空比的，所以占空比會(huì)緊隨網(wǎng)絡(luò)流量的變化，從而到達(dá)擁塞控制的目的，而不會(huì)造成過多的能量消耗。

由于事件產(chǎn)生率是不一定的，因此節(jié)點(diǎn)感知到的數(shù)據(jù)量也不一定。若采用固定占空比的方法，則會(huì)出現(xiàn)由于事件而造成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量瞬間爆發(fā)而導(dǎo)致的擁塞現(xiàn)象；若采用本發(fā)明中的方法，自適應(yīng)的調(diào)整節(jié)點(diǎn)占空比以緊隨網(wǎng)絡(luò)流量的變化，則可以減輕或避免擁塞。再加上傳感器節(jié)點(diǎn)的能量有限，所以在保證不發(fā)生擁塞的情況下，占空比設(shè)置應(yīng)最小，以節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量。