專利名稱：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有服務(wù)保障的快速切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及短距離無(wú)線通信領(lǐng)域，特別涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)用戶的切換方 法，可用于需要為移動(dòng)用戶提供有服務(wù)保障的快速切換的應(yīng)用場(chǎng)景中。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新興的技術(shù)在生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居等領(lǐng)域有 著廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在信息獲取方面有著與其他網(wǎng)絡(luò)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，可 極大地彌補(bǔ)現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息采集方面的不足，必將成為未來(lái)泛在網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)子集。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)、子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)和用戶組成。大量傳感器節(jié)點(diǎn)部署 在監(jiān)測(cè)區(qū)域并組建成網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)及處理傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)并且響 應(yīng)用戶的查詢。在傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)切換方案中，僅僅使用不穩(wěn)定的接收信號(hào)強(qiáng) 度(RSS，Receive Signal Strength)作為切換的判決準(zhǔn)則，會(huì)產(chǎn)生“乒乓效應(yīng)”；而且在接 入新子網(wǎng)的重新關(guān)聯(lián)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較大的切換延遲與頻繁的信令交互。而對(duì)數(shù)據(jù)速率較高的 業(yè)務(wù)來(lái)講，較大的切換延遲會(huì)使丟包率增大；對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)講，“乒乓效應(yīng)”和頻繁的信令 交互會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的吞吐量下降。隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展，對(duì)支持用戶移動(dòng)性的需求與日俱 增。比如說(shuō)，在醫(yī)療監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，病人配帶的血壓、血氧監(jiān)測(cè)傳感器將病人的身體狀況實(shí)時(shí) 的發(fā)送給監(jiān)控中心。這樣的病人擺脫了傳統(tǒng)線纜的束縛，在自由的移動(dòng)的同時(shí)還可以享受 全方位的監(jiān)護(hù)。但是用戶的移動(dòng)同時(shí)也會(huì)帶來(lái)越區(qū)切換問(wèn)題。如果按照傳統(tǒng)的重新關(guān)聯(lián)的 方式來(lái)解決用戶移動(dòng)的問(wèn)題的話，那么在切換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的切換延遲并且會(huì)發(fā)生服 務(wù)中斷的情況。用重新關(guān)聯(lián)解決移動(dòng)切換問(wèn)題之所以會(huì)產(chǎn)生較大的切換延遲及頻繁的信令交互 的原因是因?yàn)?，?dāng)用戶從原子網(wǎng)移動(dòng)到另一個(gè)新子網(wǎng)的時(shí)候，用戶首先要和原子網(wǎng)的匯聚 節(jié)點(diǎn)斷開連接；其次要通過(guò)主動(dòng)掃描或被動(dòng)掃描進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)，也即獲取新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn) 的地址；當(dāng)用戶在收到新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)對(duì)主動(dòng)掃描的響應(yīng)后，用戶試圖與新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn) 建立同步；在用戶與新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)建立同步后，用戶向新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求； 新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)收到關(guān)聯(lián)請(qǐng)求后，如果根據(jù)當(dāng)前子網(wǎng)狀態(tài)決定讓用戶加入子網(wǎng)，則為用戶 分配短地址并向用戶發(fā)送關(guān)聯(lián)響應(yīng)；當(dāng)用戶成功與新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)成功后，可立即采 用基于競(jìng)爭(zhēng)的 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 方式與新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，但如果想采用有保障的接入方式則需向新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn) 發(fā)出保障時(shí)隙GTS(Guaranteed Time Slot)使用申請(qǐng)，并等待新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)對(duì)該使用 申請(qǐng)的審核結(jié)果。根據(jù)上述的描述可知在用戶加入新子網(wǎng)時(shí)先要和原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)取消 關(guān)聯(lián)，緊接著要與新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)做包括掃描、關(guān)聯(lián)和GTS請(qǐng)求在內(nèi)的三次交互。也就是 說(shuō)，在傳統(tǒng)的切換過(guò)程中，需要進(jìn)行七次信令的傳遞。如圖5所示，這七次信令傳遞的過(guò) 程中包括四次發(fā)送時(shí)延4Xtsmd，包括子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延的三次接收時(shí)延3Xtrav， 在發(fā)送時(shí)還會(huì)有由于競(jìng)爭(zhēng)接入信道而產(chǎn)生的時(shí)延4Xt。。n，所以總的時(shí)延為=Tdelay =<formula>formula see original document page 5</formula>。這么高的切換時(shí)延將會(huì)產(chǎn)生很高的丟包率，并可能產(chǎn)生服務(wù)中斷， 而且由于用戶頻繁的發(fā)送控制信令還會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的吞吐量下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有服務(wù)保障的 快速切換方法，以減小切換過(guò)程中的時(shí)延和數(shù)據(jù)丟包率，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量及服務(wù)質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)步驟包括如下1)用戶進(jìn)入無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)主動(dòng)發(fā)送掃描請(qǐng)求獲取網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)信 息，并根據(jù)收到的主動(dòng)掃描響應(yīng)選擇其要加入的子網(wǎng)，同時(shí)向要加入的子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送 關(guān)聯(lián)請(qǐng)求；2)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶關(guān)聯(lián)請(qǐng)求中的用戶移動(dòng)狀態(tài)、請(qǐng)求的服務(wù)類型及當(dāng)前的 子網(wǎng)資源決定是否允許該用戶加入其子網(wǎng)，如果允許用戶加入子網(wǎng)則轉(zhuǎn)到步驟3)，不允許 則轉(zhuǎn)到步驟14)；3)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶的類別、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及業(yè)務(wù)類型為用戶分配不同的信道接 入方式、傳輸方式及傳輸功率，并向要求接入子網(wǎng)的用戶發(fā)送關(guān)聯(lián)響應(yīng)；4)用戶根據(jù)其當(dāng)前業(yè)務(wù)的具體情況，通過(guò)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)分配的信道接入方式、傳 輸方式及傳輸功率向子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)提出詳細(xì)的帶寬使用申請(qǐng)，該詳細(xì)的帶寬使用申請(qǐng)包括 使用保障時(shí)隙個(gè)數(shù)及使用時(shí)間；5)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)收到用戶的帶寬使用申請(qǐng)后，根據(jù)子網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)判斷是否批準(zhǔn) 該申請(qǐng)，如果子網(wǎng)當(dāng)前有足夠的空閑保障時(shí)隙則申請(qǐng)被批準(zhǔn)，則子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)向用戶發(fā)送 申請(qǐng)成功響應(yīng)，轉(zhuǎn)到步驟6)，如果該申請(qǐng)超出了子網(wǎng)提供資源的能力，則向用戶發(fā)送當(dāng)前子 網(wǎng)能提供最大的帶寬信息，轉(zhuǎn)到步驟7)；6)用戶根據(jù)收到的子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)批準(zhǔn)信息，開始使用子網(wǎng)的資源，轉(zhuǎn)到步驟 8)；7)用戶根據(jù)子網(wǎng)所能提供的最大帶寬信息，結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)情況判斷是否加入該 子網(wǎng)，如果所提供的最大帶寬能夠滿足業(yè)務(wù)的需求，則選擇加入該子網(wǎng)，開始使用子網(wǎng)的資 源，轉(zhuǎn)到步驟8)，否則轉(zhuǎn)到步驟14)；8)用戶在每間隔Tpct時(shí)間后，向子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送其當(dāng)前的信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì)量 和地理位置信息，其中間隔Tpct的設(shè)定是先默認(rèn)設(shè)置為ls，再根據(jù)用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào) 節(jié)，如用戶的運(yùn)動(dòng)速度較快，則縮短周期；如用戶的運(yùn)動(dòng)速度較慢，則延長(zhǎng)周期；9)匯聚節(jié)點(diǎn)在收到用戶的信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì)量和地理位 置信息后，通過(guò)二階AR預(yù)測(cè)算法預(yù)測(cè)用戶下一時(shí)刻的狀態(tài)，并按照 (cur_coordx-x(t) )2+ ( cur ^coordy - y(t) ) 2> i eK,.2 準(zhǔn)則判斷切換過(guò)程是否被觸發(fā)，其 中CUr_C00rdx，cur_coordy代表當(dāng)前子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的平面位置信息，Rcur代表當(dāng)前匯聚節(jié)點(diǎn) 的覆蓋半徑，對(duì)0、為對(duì)用戶在t時(shí)刻的位置信息的預(yù)測(cè)值，如果切換被觸發(fā)則轉(zhuǎn)到步 驟10)，否則轉(zhuǎn)到步驟8)；10)原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)測(cè)信息中下一時(shí)刻用戶的位置信息確定用戶將接入的 新子網(wǎng)，并向新子網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)報(bào)告該用戶的信息，提出加新子網(wǎng)及預(yù)約新子網(wǎng)資源的申 請(qǐng)；
11)如果原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的申請(qǐng)被批準(zhǔn)，則原子網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)通知用戶切換到新匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋的子網(wǎng)；如果原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的申請(qǐng)未被批準(zhǔn)，則原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)將告知用 戶其輔助切換過(guò)程失??；12)如果用戶得到進(jìn)行切換的命令，則直接接入新匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋的子網(wǎng)；如果得到輔助切換失敗的信息，則重復(fù)步驟1)至步驟7)，加入新匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋的子網(wǎng)；13)用戶接入新子網(wǎng)后，如果原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)仍然存有用戶的數(shù)據(jù)，則原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)將此數(shù)據(jù)發(fā)給新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，由該新匯聚節(jié)點(diǎn)將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給用戶；14)用戶的請(qǐng)求得不到滿足，用戶斷開與子網(wǎng)的連接。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)由于本發(fā)明的子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶的種類、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及業(yè)務(wù)類型為用戶采用不同的系統(tǒng)資源分配及使用方式，使網(wǎng)絡(luò)資源得到合理的、充分的利用并能對(duì)移動(dòng)用戶 提供一定的服務(wù)保障。(2)由于本發(fā)明提供了結(jié)合信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì)量及位置信息構(gòu)造判決準(zhǔn)則，減少了 系統(tǒng)不必要的切換次數(shù)，有效的限制了 “乒乓效應(yīng)”的不利影響。(3)由于本發(fā)明利用移動(dòng)用戶輔助切換，減少了切換算法的復(fù)雜度，從整體上提升 了網(wǎng)絡(luò)性能。(4)由于本發(fā)明采用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測(cè)算法，使網(wǎng)絡(luò)可以跟蹤預(yù)測(cè)用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使 網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶進(jìn)行有效的管理。(5)由于本發(fā)明采用資源預(yù)留方式為移動(dòng)用戶提前預(yù)約網(wǎng)絡(luò)資源，從而減少了切 換延遲，提高了系統(tǒng)切換的可靠性。


圖1是本發(fā)明使用的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明采用的超幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明采用的動(dòng)態(tài)接入輪詢法示意圖；圖4是本發(fā)明中實(shí)施快速切換流程示意圖；圖5是傳統(tǒng)移動(dòng)切換流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。在給出本發(fā)明的具體實(shí)施步驟之前，對(duì)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)、應(yīng)用場(chǎng)景和基本 設(shè)計(jì)思想做簡(jiǎn)要的說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由采集信息的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、子網(wǎng)匯聚節(jié) 點(diǎn)和移動(dòng)用戶構(gòu)成。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)用來(lái)采集物理環(huán)境的信息并通過(guò)無(wú)線鏈路將信息發(fā) 給子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)其子網(wǎng)內(nèi)的信息融合并負(fù)責(zé)其子網(wǎng)內(nèi)資源的管理與分 配，移動(dòng)用戶動(dòng)態(tài)的向網(wǎng)絡(luò)注入查詢和收集信息。子網(wǎng)匯集節(jié)點(diǎn)彼此之間通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)或 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接在一起，將各個(gè)子網(wǎng)整合成一個(gè)靈活、可擴(kuò)展的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)可提供多種數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)用，并支持多個(gè)移動(dòng)用戶同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)在分配 網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)，首先會(huì)判定節(jié)點(diǎn)的類型。對(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)講，如果節(jié)點(diǎn)是采集的非實(shí)時(shí)信息則采用CSMA/CA方式接入信道，并在圖2中的競(jìng)爭(zhēng)接入期開始競(jìng)爭(zhēng)信道的使用；如果節(jié)點(diǎn)采 集的是實(shí)時(shí)信息，則為其分配GTS，并在圖2中的有保障的接入期使用信道。GTS使用戶無(wú)沖 突的發(fā)送接收數(shù)據(jù)，相對(duì)于CSMA/CA接入方式來(lái)講，有較好的鏈路可靠性及較高的吞吐量。 子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)為用戶分配GTS接入方式來(lái)保證其服務(wù)質(zhì)量。GTS采用如圖3所示的動(dòng)態(tài)輪詢接入法實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)輪詢接入法通過(guò)按需分配帶寬使網(wǎng)絡(luò)帶寬的資源浪費(fèi)減少到最小，并消除了由于競(jìng)爭(zhēng)接入產(chǎn)生的接入時(shí)延及浪費(fèi)的帶 寬，從而提高了信息吞吐率。采用動(dòng)態(tài)輪詢接入法實(shí)現(xiàn)的GTS接入機(jī)制非常適合通信業(yè)務(wù) 隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化和對(duì)時(shí)延要求較敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)子網(wǎng)當(dāng)前的狀態(tài)動(dòng)態(tài) 的決定是否讓用戶使用GTS，這種動(dòng)態(tài)性體現(xiàn)在子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)其維護(hù)的資源池進(jìn)行決 策，決定是否讓用戶加入子網(wǎng)和使用子網(wǎng)資源。如果允許用戶使用則發(fā)放給用戶使用令牌。 當(dāng)用戶得到令牌后即可無(wú)沖突的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在圖3中，子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)管理著四個(gè)用 戶，這四個(gè)用戶分別代表四種不同的工作方式。對(duì)于用戶1而言，當(dāng)?shù)玫搅钆坪?，沒(méi)有數(shù)據(jù) 需要發(fā)送同時(shí)也沒(méi)有需要從子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)，所以他的回合很快結(jié)束。對(duì)于用戶2 而言，當(dāng)?shù)玫搅钆坪?，立刻發(fā)送其要上傳給子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。當(dāng)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)收到該數(shù) 據(jù)時(shí)，子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)向該用戶發(fā)送ACK進(jìn)行確認(rèn)。由于子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)沒(méi)有其他數(shù)據(jù)發(fā)送給 該節(jié)點(diǎn)，所以該用戶的回合也立即結(jié)束。對(duì)于用戶3而言，當(dāng)?shù)玫搅钆坪?，沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送給 子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)但需要接收子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送給他的數(shù)據(jù)。當(dāng)該用戶收到子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù) 據(jù)后，向子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK進(jìn)行確認(rèn)之后，他的回合結(jié)束。對(duì)于用戶4而言，當(dāng)?shù)玫搅钆?后，由于有數(shù)據(jù)需要發(fā)送給子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，所該用戶立即將數(shù)據(jù)發(fā)出，子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)接收該 數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)也同樣有數(shù)據(jù)需要發(fā)送給該用戶，所以也立即將數(shù)據(jù)發(fā)送給該用戶并采用“捎 帶技術(shù)”對(duì)收到的幀進(jìn)行確認(rèn)。該用戶收到匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)后， 他的回合結(jié)束。在對(duì)用戶的移動(dòng)切換處理方面，本發(fā)明采用了基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測(cè)的移動(dòng)臺(tái)輔助切 換方法。首先，對(duì)用切換判據(jù)準(zhǔn)則而言，本實(shí)施例改進(jìn)了傳統(tǒng)的僅僅參考信號(hào)強(qiáng)度作為判據(jù) 準(zhǔn)則參考量的方案。在本發(fā)明同時(shí)參考信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì)量和地理位置信息這三個(gè)值來(lái)設(shè) 計(jì)判決的參考計(jì)量。鏈路質(zhì)量指的是當(dāng)前鏈路質(zhì)量的好快，可以通過(guò)接收數(shù)據(jù)幀的信噪比 來(lái)指示。位置信息可以通過(guò)移動(dòng)用戶自身的GPS設(shè)備來(lái)獲取。移動(dòng)用戶每隔一定時(shí)間間隔 會(huì)向當(dāng)前關(guān)聯(lián)的匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送其當(dāng)前的信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì)量和位置信息。參照?qǐng)D4，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下步驟1 用戶進(jìn)入無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)主動(dòng)發(fā)送掃描請(qǐng)求獲取網(wǎng)絡(luò)所提供的服
務(wù)信息。步驟2 子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)向用戶發(fā)送主動(dòng)掃描響應(yīng)。步驟3 用戶根據(jù)收到的主動(dòng)掃描響應(yīng)確定要加入的子網(wǎng)，并向該子網(wǎng)的匯聚節(jié) 點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求，關(guān)聯(lián)請(qǐng)求包括用戶當(dāng)前的移動(dòng)狀態(tài)及請(qǐng)求服務(wù)的類型。步驟4:子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶關(guān)聯(lián)請(qǐng)求中的移動(dòng)狀態(tài)及請(qǐng)求服務(wù)的類型，并根 據(jù)當(dāng)前的子網(wǎng)資源決定是否允許該用戶加入其子網(wǎng)，該用戶的移動(dòng)狀態(tài)分為移動(dòng)速度大于 25km/h高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、移動(dòng)速度處于10km/h到25km/h之間中等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和移動(dòng)速度小于 10km/h低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，用戶的請(qǐng)求服務(wù)的類型分為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，如果用戶處于 高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)且使用實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)且子網(wǎng)資源不充足的條件下不允許用戶加入子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟17，否則允許用戶加入子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟5 ；步驟5 子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶的類別、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及業(yè)務(wù)類型為用戶分配不同的信道接入方式，傳輸方式及傳輸功率，子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)為使用時(shí)延敏感業(yè)務(wù)且移動(dòng)速度小于 25km/h的移動(dòng)用戶分配無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的保障時(shí)隙接入方式，并提供帶確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)所屬類 別優(yōu)先級(jí)高的用戶使用大于正常傳輸模式的傳輸功率，并向要求接入子網(wǎng)的用戶發(fā)送關(guān)聯(lián) 響應(yīng)，用戶被劃分為普通用戶和高級(jí)用戶，步驟5所述的優(yōu)先級(jí)高的用戶是指高級(jí)用戶。步驟6 用戶根據(jù)其當(dāng)前業(yè)務(wù)的具體情況，通過(guò)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)分配的信道接入方 式、傳輸方式及傳輸功率向子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)提出詳細(xì)的帶寬使用申請(qǐng)，以有效解決子網(wǎng)匯聚 節(jié)點(diǎn)過(guò)度分配帶寬所造成的帶寬浪費(fèi)，該詳細(xì)的帶寬使用申請(qǐng)包括使用保障時(shí)隙個(gè)數(shù)及使 用時(shí)間。步驟7 子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)收到用戶的帶寬使用申請(qǐng)后，根據(jù)子網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)判斷是 否批準(zhǔn)該申請(qǐng)，如果子網(wǎng)當(dāng)前有足夠的空閑保障時(shí)隙則申請(qǐng)被批準(zhǔn)，子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)向用戶 發(fā)送申請(qǐng)成功響應(yīng)，轉(zhuǎn)到步驟8，否則向用戶發(fā)送當(dāng)前子網(wǎng)能提供最大的帶寬信息，轉(zhuǎn)到步 驟9。步驟8 用戶根據(jù)收到的子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)被批準(zhǔn)的信息，開始使用子網(wǎng)的資源， 轉(zhuǎn)到步驟10。步驟9 用戶根據(jù)子網(wǎng)所能提供的最大帶寬信息，結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)情況判斷是否加 入該子網(wǎng)，如果所提供的最大帶寬能夠滿足業(yè)務(wù)的需求則用戶選擇加入該子網(wǎng)，并開始使 用子網(wǎng)的資源，轉(zhuǎn)到步驟10，否則轉(zhuǎn)到步驟16。步驟10 用戶在每間隔Tpe,時(shí)間后，向子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送當(dāng)前的信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì) 量和地理位置信息，其中間隔Tpct的設(shè)定是先默認(rèn)設(shè)置為ls，再根據(jù)用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)動(dòng)態(tài) 調(diào)節(jié)，如用戶的運(yùn)動(dòng)速度較快，則減小Tpct ；如用戶的運(yùn)動(dòng)速度較慢，則增大TPCT。步驟11 子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)在收到用戶的信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì)量和地理位置信 息后，通過(guò)二階AR預(yù)測(cè)算法預(yù)測(cè)用戶下一時(shí)刻的狀態(tài)，二階AR預(yù)測(cè)算法的模型為 沖)=2蚧-1)-處-2)，其中s(t)代表用戶t時(shí)刻的狀態(tài)信息，<formula>formula see original document page 8</formula>其中r(t)代表子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)接收到用戶的信號(hào)強(qiáng)度的值，l(t)代表子網(wǎng) 匯聚節(jié)點(diǎn)接收到用戶的鏈路質(zhì)量的值，x(t)、y(t)代表子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)接收到用戶的平面 位置信息的值，在得到預(yù)測(cè)值后判斷切換過(guò)程是否被觸發(fā)，切換過(guò)程觸發(fā)判決準(zhǔn)則是<formula>formula see original document page 8</formula>代表當(dāng)前
子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的平面位置信息，Rcm代表當(dāng)前匯聚節(jié)點(diǎn)的覆蓋半徑，對(duì)0、為對(duì)用戶在t 時(shí)刻的位置信息的預(yù)測(cè)值，如果切換被觸發(fā)則轉(zhuǎn)到步驟12，否則轉(zhuǎn)到步驟10。步驟12 子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)測(cè)信息中下一時(shí)刻用戶的位置信息確定用戶將接 入的新的子網(wǎng)，并向管理該子網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)報(bào)告該用戶的信息，提出加入該新子網(wǎng)及預(yù)約 資源的申請(qǐng)，其中原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)向新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)報(bào)告用戶的信息包括用戶的類別、用 戶的移動(dòng)狀態(tài)、用戶使用的接入方式及用戶占用的帶寬，對(duì)于新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的選取準(zhǔn)則 是<formula>formula see original document page 8</formula>其中 C00rd[i]x、C00rd[i]y 為第 i 個(gè)子 網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的平面位置信息，氏為其覆蓋半徑，vx (vt )/vy (vt )為對(duì)用戶在t時(shí)刻的位置信息的 預(yù)測(cè)值。步驟13 如果原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的申請(qǐng)被批準(zhǔn)，則原子網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)通知用戶進(jìn)行切換到新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋的子網(wǎng)；如果原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的申請(qǐng)未被批準(zhǔn)，則原子網(wǎng)匯聚 節(jié)點(diǎn)將告知用戶其輔助切換過(guò)程失敗。步驟14 如果用戶得到進(jìn)行切換的命令，則直接接入新匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋的子網(wǎng)；如 果得到輔助切換失敗的信息，則重復(fù)步驟1至步驟9的過(guò)程加入新匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋的子網(wǎng)。步驟15 用戶接入新子網(wǎng)后，如果原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)仍然存有用戶的數(shù)據(jù)，則原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)將此數(shù)據(jù)發(fā)給新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，由該新匯聚節(jié)點(diǎn)將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。步驟16 用戶的請(qǐng)求得不到滿足，用戶斷開與子網(wǎng)的連接。
權(quán)利要求
一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有服務(wù)保障的快速切換方法，包括以下步驟1)用戶進(jìn)入無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)主動(dòng)發(fā)送掃描請(qǐng)求獲取網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)信息，并根據(jù)收到的主動(dòng)掃描響應(yīng)選擇其要加入的子網(wǎng)，同時(shí)向要加入的子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求；2)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶關(guān)聯(lián)請(qǐng)求中的用戶移動(dòng)狀態(tài)、請(qǐng)求的服務(wù)類型及當(dāng)前的子網(wǎng)資源決定是否允許該用戶加入其子網(wǎng)，如果允許用戶加入子網(wǎng)則轉(zhuǎn)到步驟3)，不允許則轉(zhuǎn)到步驟14)；3)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶的類別、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及業(yè)務(wù)類型為用戶分配不同的信道接入方式、傳輸方式及傳輸功率，并向要求接入子網(wǎng)的用戶發(fā)送關(guān)聯(lián)響應(yīng)；4)用戶根據(jù)其當(dāng)前業(yè)務(wù)的具體情況，通過(guò)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)分配的信道接入方式、傳輸方式及傳輸功率向子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)提出詳細(xì)的帶寬使用申請(qǐng)，該詳細(xì)的帶寬使用申請(qǐng)包括使用保障時(shí)隙個(gè)數(shù)及使用時(shí)間；5)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)收到用戶的帶寬使用申請(qǐng)后，根據(jù)子網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)判斷是否批準(zhǔn)該申請(qǐng)，如果子網(wǎng)當(dāng)前有足夠的空閑保障時(shí)隙則申請(qǐng)被批準(zhǔn)，則子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)向用戶發(fā)送申請(qǐng)成功響應(yīng)，轉(zhuǎn)到步驟6)，如果該申請(qǐng)超出了子網(wǎng)提供資源的能力，則向用戶發(fā)送當(dāng)前子網(wǎng)能提供最大的帶寬信息，轉(zhuǎn)到步驟7)；6)用戶根據(jù)收到的子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)批準(zhǔn)信息，開始使用子網(wǎng)的資源，轉(zhuǎn)到步驟8)；7)用戶根據(jù)子網(wǎng)所能提供的最大帶寬信息，結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)情況判斷是否加入該子網(wǎng)，如果所提供的最大帶寬能夠滿足業(yè)務(wù)的需求，則選擇加入該子網(wǎng)，開始使用子網(wǎng)的資源，轉(zhuǎn)到步驟8)，否則轉(zhuǎn)到步驟14)；8)用戶在每間隔Tper時(shí)間后，向子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送其當(dāng)前的信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì)量和地理位置信息，其中間隔Tper的設(shè)定是先默認(rèn)設(shè)置為1s，再根據(jù)用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，如用戶的運(yùn)動(dòng)速度較快，則縮短周期；如用戶的運(yùn)動(dòng)速度較慢，則延長(zhǎng)周期；9)匯聚節(jié)點(diǎn)在收到用戶的信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì)量和地理位置信息后，通過(guò)二階AR預(yù)測(cè)算法預(yù)測(cè)用戶下一時(shí)刻的狀態(tài)，并按照 <mrow><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>cur</mi><mo>_</mo><msub> <mi>coord</mi> <mi>x</mi></msub><mo>-</mo><mover> <mi>x</mi> <mo>^</mo></mover><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>cur</mi><mo>_</mo><msub> <mi>coord</mi> <mi>y</mi></msub><mo>-</mo><mover> <mi>y</mi> <mo>^</mo></mover><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>></mo><msup> <msub><mi>R</mi><mi>cur</mi> </msub> <mn>2</mn></msup> </mrow>準(zhǔn)則判斷切換過(guò)程是否被觸發(fā)，其中cur_coordx，cur_coordy代表當(dāng)前子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的平面位置信息，Rcur代表當(dāng)前匯聚節(jié)點(diǎn)的覆蓋半徑，為對(duì)用戶在t時(shí)刻的位置信息的預(yù)測(cè)值，如果切換被觸發(fā)則轉(zhuǎn)到步驟10)，否則轉(zhuǎn)到步驟8)；10)原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)測(cè)信息中下一時(shí)刻用戶的位置信息確定用戶將接入的新子網(wǎng)，并向新子網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)報(bào)告該用戶的信息，提出加入新子網(wǎng)及預(yù)約新子網(wǎng)資源的申請(qǐng)；11)如果原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的申請(qǐng)被批準(zhǔn)，則原子網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)通知用戶進(jìn)行切換到新匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋的子網(wǎng)；如果原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的申請(qǐng)未被批準(zhǔn)，則原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)將告知用戶其輔助切換過(guò)程失??；12)如果用戶得到進(jìn)行切換的命令，則直接接入新匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋的子網(wǎng)；如果得到輔助切換失敗的信息，則重復(fù)步驟1)至步驟7)，加入新匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋的子網(wǎng)；13)用戶接入新子網(wǎng)后，如果原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)仍然存有用戶的數(shù)據(jù)，則原子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)將此數(shù)據(jù)發(fā)給新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，由該新匯聚節(jié)點(diǎn)將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給用戶；14)用戶的請(qǐng)求得不到滿足，用戶斷開與子網(wǎng)的連接。FSA00000005511800012.tif
2.根據(jù)權(quán)利1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有服務(wù)保障的快速切換方法，其特征在于，步驟2)所述的子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶關(guān)聯(lián)請(qǐng)求中的用戶移動(dòng)狀態(tài)、請(qǐng)求的服務(wù)類型及當(dāng)前的子 網(wǎng)資源決定是否允許該用戶加入其維護(hù)的子網(wǎng)，是將用戶的移動(dòng)狀態(tài)分為用戶移動(dòng)速度大 于25km/h高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、移動(dòng)速度處于10km/h到25km/h之間中等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和移動(dòng)速度小 于10km/h低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將用戶的請(qǐng)求服務(wù)的類型分為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，如果用戶 處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)且使用實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)且子網(wǎng)資源不充足的條件下不允許用戶加入子網(wǎng)，否則 允許用戶加入子網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有服務(wù)保障的快速切換方法，其特征在于，步驟3)中所述的根據(jù)用戶的類別、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及業(yè)務(wù)類型為用戶分配不同的信道接入方式、傳輸 方式及傳輸功率，是由子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)為使用時(shí)延敏感業(yè)務(wù)且移動(dòng)速度小于25km/h的移動(dòng) 用戶分配無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的保障時(shí)隙接入方式，并提供帶確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸，并對(duì)所屬類別優(yōu)先級(jí)高 的用戶使用大于正常傳輸模式的傳輸功率。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有服務(wù)保障的快速切換方法，其特征在于，步驟9)所述的通過(guò)二階AR預(yù)測(cè)算法預(yù)測(cè)用戶下一時(shí)刻的狀態(tài)，是通過(guò)二階AR預(yù)測(cè)算法的模 型玢) = 2s(r-1)-處-2琎行預(yù)測(cè)，其中s(t)代表用戶t時(shí)刻的狀態(tài)信息，s(t) = [r(t), 1(0，乂0，7(0]\其中1~(0代表子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)接收到用戶的信號(hào)強(qiáng)度的值，l(t)代表子 網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)接收到用戶的鏈路質(zhì)量的值，x(t)、y(t)代表子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)接收到用戶的位置 信息的值。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有服務(wù)保障的快速切換方法，其特征在于，步驟10)所述的子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)測(cè)信息中下一時(shí)刻用戶的位置信息確定用戶將接入的新子 網(wǎng)，是通過(guò)(⑶你沖丄-雄))2+ {coord\i\-y(t) )2< A2準(zhǔn)則，確定用戶下一時(shí)刻所屬位置子網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)，其中Coord[i]x、coord[i]y為第i個(gè)子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的平面位置信息，Ri 為其覆蓋半徑，興0、KO為對(duì)用戶在t時(shí)刻的位置信息的預(yù)測(cè)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有服務(wù)保障的快速切換方法，主要解決傳統(tǒng)切換方法高切換時(shí)延帶來(lái)的服務(wù)質(zhì)量惡化及數(shù)據(jù)丟包率增加的問(wèn)題。該方法通過(guò)根據(jù)用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和業(yè)務(wù)類型為用戶分配不同的信道接入方式、帶寬、功率及傳輸方式，使用戶的服務(wù)質(zhì)量在接入層得到保障；通過(guò)以信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì)量和地理位置信息為基礎(chǔ)構(gòu)建了一個(gè)復(fù)合的移動(dòng)判決計(jì)量，采用二階AR預(yù)測(cè)算法預(yù)測(cè)移動(dòng)用戶的下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并為用戶在將移動(dòng)到的子網(wǎng)中預(yù)留資源，以減少切換時(shí)延，消除“乒乓效應(yīng)”。該方法能顯著降低切換過(guò)程中的切換時(shí)延，減小數(shù)據(jù)丟包率并使用戶的服務(wù)質(zhì)量得到保障，可用于對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求高并對(duì)切換延遲敏感的醫(yī)療監(jiān)測(cè)、智能家居、智能交通等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04W28/10GK101801034SQ20101010021
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者唐宏, 尹浩, 龐遼軍, 徐啟建, 朱紅婷, 楊國(guó)良, 沈玉龍, 裴慶祺, 謝偉光, 謝敏, 陳晨 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué);中國(guó)人民解放軍總參謀部第六十一研究所