[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

本發明提供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，主要分為三個部分：(1)節點的候選傳輸調度計算；(2)傳輸調度的回復方法；(3)傳輸調度的沖突判定機制。首先計算出節點在一個系統給定的時間槽上的候選傳輸調度信息，并設置好該傳輸調度的權重值，然后根據傳輸調度的沖突判定方法，節點將該候選傳輸調度信息廣播給一組特定的鄰居節點集，特定的鄰居節點接收到傳輸調度信息后根據傳輸調度的競爭機制給該節點回復數據包。本發明針對占空比網絡中節點在一個時間槽內醒來的場景，實現了完整，無沖突的實時信標傳輸調度。

技術領域

本發明涉及工業物聯網中基于時間槽的分布式實時信標調度方法領域，更具體地，涉及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。

背景技術

智能制造業的發展離不開工業物聯網，工業物聯網是實現“工業4.0”的重要方式。物聯網與工業生產環節的深度融合，能夠有效的推動工業生產效率。工業物聯網是一門綜合學科，涉及多個領域，其中傳感器技術便是工業物聯網應用的重要基石。

為了使傳感器節點能夠更持久有效地作業，提高一個工業物聯網的性能，已經引入了傳感器睡眠機制來減少電量的消耗，即傳感器節點采用占空比模式工作。在占空比網絡中，每個節點具有兩個工作狀態，活動狀態和睡眠狀態。處于睡眠狀態的傳感器的所有功能模塊將被關閉來節省能耗，只有當傳感器節點處于活動狀態時才能夠接收由鄰居節點發送過來的信標數據包。

信標調度是占空比網絡中一項非常重要的工作，其中每個傳感器節點需要在本地將信標數據包無沖突的廣播給所有一跳范圍內的鄰居節點，則信標傳輸調度延遲為全部傳感器節點無沖突的將信標數據包廣播給所有的鄰居節點所需要的工作周期數。最小信標傳輸調度延遲問題(Minimum Latency Beaconing Schedule,MLBS)即為尋求一個無沖突的最小信標延遲調度方案,吸引了大量的關注。針對傳感器節點一直醒著的MLBS問題，已經有許多的研究者做出了研究貢獻，并且都取得了不錯的效果。由于占空比網絡中傳感器節點的工作模式與傳統網絡完全不同，因此占空比網絡中的MLBS問題更為復雜，難度更大。

此前的研究大都是針對集中式算法開展的，不能適用于工業物聯網中節點和網絡拓撲結構頻繁動態變化的情況。公開日為2008年11月05日，公開號為CN101299699A的中國專利公開了一種ad－hoc網絡中的用于信標調度的節點設備和方法及其數據發送方法，其當節點間的數據通信頻繁發生時減少ad－hoc網絡中節點的能量消耗。信標發送節點檢查其剩余能量。如果剩余能量低于預定水平，信標發送節點將改變其信標周期的計劃通知其它節點。然后，信標發送節點增加信標周期并以增加后的信標周期發送信標。該專利同樣不能適用于工業物聯網中節點和網絡拓撲結構頻繁動態變化的情況。

發明內容

本發明提供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，研究了占空比網絡中的實時分布式信標調度問題，實現了一個完整無沖突的信標傳輸調度。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

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，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；