[發明專利]一種工業物聯網中基于時間槽的分布式實時信標調度方法

有效

• 申請號: 202110431511.9
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113179497B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 陳權;龍鵬;林曉妍
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W72/12;H04L67/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種工業物聯網中基于時間槽的分布式實時信標調度方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：定義一個多跳的占空比傳感器網絡G＝(V,E)，其中，V表示網絡中傳感器節點的集合，E表示網絡中邊的集合，兩個傳感器節點之間存在一條邊當且僅當兩者位于彼此的傳輸范圍之內，每個傳感器節點隨機、獨立的選擇一個活動時間槽，并且只在每一個工作周期的活動時間槽上醒來接收由其鄰居節點發送過來的信標數據包；

S2：在所述占空比傳感器網絡G中加入干擾模型，定義具有一個活動時隙的占空比傳感器網絡的最小延遲信標調度優化問題；

S3：計算工作周期起始時間槽j上的節點候選調度信息，然后將候選調度信息廣播給對應的鄰居節點；

S4：接受候選調度信息的節點，根據自身狀態以及傳輸調度的沖突判定機制進行回復數據包；

S5：步驟S4后，得到每一個時間槽的候選調度信息，根據每一個時間槽的候選調度信息，得到無沖突的實時信標傳輸調度方案；

步驟S1中所述傳感器節點包括活動狀態和睡眠狀態，所述傳感器節點當且僅當處于活動狀態時才接收其鄰居節點發送過來的信標數據包，所述占空比定義為活動狀態的時間與整個工作周期的時間的比值，所述工作周期分為若干個相同大小的時間槽，每個傳感器節點隨機、獨立的選擇其中一個時間槽為活動時間槽，在每個工作周期的活動時間槽中，傳感器節點處于活動狀態，在每個工作周期的其它時間槽中，傳感器節點處于睡眠狀態；

步驟S2中所述干擾模型，具體為協議干擾模型：

占空比傳感器網絡G中，任意傳感器節點v的信標傳輸范圍為一個以v為中心的單位圓，干擾半徑為R(v)≥1，干擾范圍是一個以R(v)為半徑的圓，用INR(v)表示與節點v沖突的節點集合，所述與節點v沖突的節點集合即不能跟v同時發送信標數據包的節點，任意一對傳感器節點不能同時傳輸信標數據包當且僅當以下三個條件中有一個成立：

(1)節點u,v位于彼此的信標傳輸范圍內；

(2)存在一個節點w位于u的信標傳輸范圍內且位于v的干擾范圍內；

(3)存在一個節點w位于v的信標傳輸范圍內且位于u的干擾范圍內；

具有一個活動時隙的占空比傳感器網絡的最小延遲信標調度優化問題定義為：

定義1.1給定多跳的占空比工業傳感器網絡G＝(V,E)，網絡G上基于時間槽的分布式調度，用Sch表示，其中并且滿足以下的條件：

a.對于任意的一個傳輸調度有t＝C×|T|+x，其中C為一個大于等于0的整數且x＝W(w)，W(w)表示節點w的活動時間槽，其中，表示在時間t時，從節點u發送至節點w的傳輸調度，|T|表示工作周期；

b.對于任意兩個傳輸調度和v≠u，當t1＝t2時當且僅當和

根據上述定義得到問題的形式化定義：

輸入：

一個占空比網絡G＝(V,E)；

每一個傳感器節點的活動時間槽，即W(u)，

輸出：

基于頂點的信標調度其中Sch_min滿足如下的條件：

Sch_min滿足定義1.1；

對于任意一個滿足定義1.1的調度Sch′，BL(Sch_min)≤BL(Sch′)，其中BL(Sch_min)和BL(Sch′)分別代表信標傳輸調度Sch_min和Sch′的延遲；

所述占空比傳感器網絡G中，每個傳感器節點維護以下信息：

節點u唯一的ID和自己的工作計劃；

節點u的鄰居信息,包括鄰居節點v唯一的ID和工作計劃；

節點u的禁止傳輸時間槽FTS(u)；

步驟S3中所述計算工作周期起始時間槽j上的節點候選調度信息，具體如下：

節點u的候選傳輸調度CTS(u)←[u,v,j,weight]，其中，v和j分別表示信標接收節點和傳輸時間槽，weight表示候選傳輸調度的權重值；

在一個系統給定的時間槽j上，首先判斷在這個時間槽上節點u是否可以傳輸且是否存在處于活動狀態的鄰居節點，如果條件成立則計算對應的候選傳輸調度，并將調度權重設置為處于活動狀態的鄰居節點個數；如果條件不成立，則說明在時間槽j上節點u不存在處于活動狀態的節點或者節點u不可以在該時間槽上進行傳輸。