本發(fā)明涉及信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，“多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)”指的是將諸如電腦、移動(dòng)電話和傳感器等終端設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線連接使得所述節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以從一個(gè)節(jié)點(diǎn)跳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)直到抵達(dá)目的地。這樣的網(wǎng)絡(luò)包括無(wú)線傳感網(wǎng)、無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)等。所述多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有無(wú)需固定基礎(chǔ)和易于部署等特點(diǎn)，致使其在工廠自動(dòng)化工業(yè)監(jiān)視和核電站監(jiān)控等工業(yè)應(yīng)用中受到了廣泛的關(guān)注。

由于在多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)發(fā)，使得基于上述多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能否在約束的時(shí)間范圍內(nèi)到達(dá)目的端成為了需要關(guān)注的重點(diǎn)。為了保證所述系統(tǒng)的安全性，必須預(yù)先確定網(wǎng)絡(luò)端到端傳輸數(shù)據(jù)的最大時(shí)延(下文中將簡(jiǎn)稱(chēng)為“端到端的最大時(shí)延”)，從而保證時(shí)延是可控的。

ietf的6tisch于2013年提出了基于6tisch的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將ipv6技術(shù)融入多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，從而克服傳統(tǒng)多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要巨大的地址資源、缺乏有效的安全機(jī)制等問(wèn)題，并且解決多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)間、多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與internet間的互連互通問(wèn)題。其中，6tisch使用了信道跳頻技術(shù)來(lái)擴(kuò)展信道維度。然而，通信資源的提升并不一定能夠帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)性能的提高，特別是在多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，如果時(shí)隙和頻率資源沒(méi)有進(jìn)行合理的分配，會(huì)極大增加端到端延遲和降低吞吐量，甚至造成永久性的無(wú)法通信。因此，研究6tisch多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的鏈路調(diào)度方法，對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)性能具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。

鏈路調(diào)度決定著多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在哪個(gè)時(shí)隙進(jìn)行發(fā)送，才能保證數(shù)據(jù)包無(wú)沖突的傳輸和接收。然而，航空電子網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動(dòng)化和安全監(jiān)控等應(yīng)用都帶有明顯的硬實(shí)時(shí)要求，要求數(shù)據(jù)從源端發(fā)送到被目的端接收的最大端到端時(shí)延必須是確定的并小于給定值，這給多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路調(diào)度方法的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。而且，無(wú)線信道的不確定性和時(shí)變性，給設(shè)計(jì)確定性最大端到端時(shí)延且能夠根據(jù)環(huán)境變化動(dòng)態(tài)的調(diào)整鏈路調(diào)度方法帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

目前存在一些論文提出了針對(duì)所述6tisch網(wǎng)絡(luò)的鏈路調(diào)度方法：2016年，由domingo-prieto等人在“distributedpid-basedschedulingfor6tischnetworks”,ieeecommunicationsletters,vol.20,no.5,pp.1006–1009中提出的一種分布式調(diào)度策略，使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠根據(jù)其業(yè)務(wù)需求來(lái)確定要相互調(diào)度的cell數(shù)量。2015年，duquennoy等人在“orchestra:robustmeshnetworksthroughautonomouslyscheduledtsch”,inproc.int.conf.embeddednetw.sensorsyst.(sensys),pp.337–350中提出了一種隨機(jī)化分配時(shí)隙方法，不需要節(jié)點(diǎn)通信的盡力而為的分布式調(diào)度方法。以及，2016年，hosni等人在“l(fā)ocalizedschedulingforend-to-enddelayconstrainedlowpowerlossynetworkswith6tisch”,in2016ieeesymposiumoncomputersandcommunication(iscc)中提出利用分布式算法來(lái)進(jìn)行鏈路調(diào)度，并保證端到端時(shí)延上限。

盡管在上述鏈路調(diào)度方法中將時(shí)隙幀持續(xù)時(shí)間的最大數(shù)量作為端到端時(shí)延上限，以解決了無(wú)法確定“端到端的最大時(shí)延”的問(wèn)題，然而上述方法并未考慮網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)性?？梢?jiàn)，“端到端的最大時(shí)延”并不是鏈路調(diào)度所唯一需要考慮的因素。并且，由于無(wú)線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)環(huán)境并不是一成不變的，上述鏈路調(diào)度無(wú)法根據(jù)環(huán)境的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整鏈路調(diào)度策略?；谏鲜鲈?，現(xiàn)有的鏈路調(diào)度方法無(wú)法動(dòng)態(tài)地根據(jù)通信環(huán)境的狀況確定滿(mǎn)足應(yīng)用場(chǎng)景中對(duì)高的網(wǎng)絡(luò)可靠性、低的端到端時(shí)延和低的能量消耗的需求的鏈路調(diào)度方案，并且其無(wú)法保證工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸中準(zhǔn)確地確定傳輸時(shí)延的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種針對(duì)6tisch多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法，包括：

1)獲得在當(dāng)前環(huán)境下從源節(jié)點(diǎn)到潛在的目的節(jié)點(diǎn)的信道概率，所述信道概率為在干擾下數(shù)據(jù)傳輸正確的概率；

2)若所述信道概率小于等于設(shè)定的閾值，則執(zhí)行以下步驟：

2-1)確定所述源節(jié)點(diǎn)到潛在的目的節(jié)點(diǎn)的端到端平均時(shí)延fd以及能量消耗fe；

2-2)求解使得端到端平均時(shí)延fd最小、以及能量消耗fe最小的條件下的鏈路調(diào)度決策變量x，所述鏈路調(diào)度決策變量x決定某一個(gè)節(jié)點(diǎn)在時(shí)隙-頻率塊中以何種概率對(duì)來(lái)自其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

優(yōu)選地，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法，其中步驟2-2)包括：

求解使得端到端平均時(shí)延fd與端到端網(wǎng)絡(luò)可靠性fr的比值最小、并且能量消耗fe與端到端網(wǎng)絡(luò)可靠性fr的比值最小的條件下的鏈路調(diào)度決策變量x。

優(yōu)選地，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法，其中還包括：

3)根據(jù)所獲得的所述鏈路調(diào)度決策變量以及端到端時(shí)延分布的概率，求解最大端到端時(shí)延，所述端到端時(shí)延分布p[d＝h]是數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)h跳內(nèi)到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)的概率分布。

優(yōu)選地，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法，其中所述端到端時(shí)延分布的表達(dá)式為：

其中，p[dj＝h]是數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)h跳內(nèi)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)j的概率分布，sm是源節(jié)點(diǎn)的傳輸速率向量，is(si)是針對(duì)源節(jié)點(diǎn)si的選擇向量，qs是來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的中繼矩陣，p為源節(jié)點(diǎn)si與目的節(jié)點(diǎn)dj之間所有可能路徑的集合，路徑p是集合p中的一條確定路徑，qsub(p)是中繼矩陣q將所有屬于路徑p的中繼矩陣qij(i,j∈p)之外的元素歸零后的子矩陣，qij給出了節(jié)點(diǎn)j轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i的數(shù)據(jù)包在全部時(shí)隙-頻率塊的概率，a是由數(shù)據(jù)包由各節(jié)點(diǎn)在各時(shí)隙--頻率塊到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的概率組成的到達(dá)矩陣，id(dj)是針對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)dj的選擇向量，hp是直接路徑p由si到dj的跳數(shù)，是節(jié)點(diǎn)k+1在時(shí)隙-頻率塊vk+1轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)k在時(shí)隙-頻率塊uk發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率；是節(jié)點(diǎn)k在時(shí)隙-頻率塊vk轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)k+1在時(shí)隙-頻率塊uk+1發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率，b數(shù)據(jù)包由于從中繼節(jié)點(diǎn)rk+1到目的節(jié)點(diǎn)dj之間的信道丟包，而無(wú)法成功傳輸?shù)母怕剩琭r(si,dj)是網(wǎng)絡(luò)可靠性，即目的節(jié)點(diǎn)dj成功收到一個(gè)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)si的數(shù)據(jù)包的概率，hmax是數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)的最大跳數(shù)。

優(yōu)選地，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法，其中所述端到端平均時(shí)延fd的表達(dá)式為：

其中，si是源節(jié)點(diǎn)，dj是目的節(jié)點(diǎn)，h為跳數(shù)，p[dj＝h]是在h跳時(shí)端到端時(shí)延分布的概率，hmax是數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)的最大跳數(shù)。

優(yōu)選地，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法，其中還包括：

4)根據(jù)所選擇的最大端到端時(shí)延所不超過(guò)的數(shù)值對(duì)應(yīng)的鏈路調(diào)度決策變量，確定節(jié)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)隙-頻率塊以何種概率對(duì)來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

優(yōu)選地，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法，其中步驟1)還包括：

1-1)獲取源節(jié)點(diǎn)和/或目的節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)的位置、發(fā)送速率、發(fā)送功率，以計(jì)算所述信道概率。

優(yōu)選地，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法，其中步驟1-1)包括：

1-1-1)根據(jù)所述鄰居節(jié)點(diǎn)的位置，計(jì)算從所述鄰居節(jié)點(diǎn)到所述源節(jié)點(diǎn)和/或所述目的節(jié)點(diǎn)的傳播衰減；

1-1-2)根據(jù)所述鄰居節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率pt，計(jì)算在所述鄰居節(jié)點(diǎn)與所述源節(jié)點(diǎn)之間和/或在所述鄰居節(jié)點(diǎn)與所述目的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤率；

1-1-3)根據(jù)所述鄰居節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率，計(jì)算所述鄰居節(jié)點(diǎn)作為干擾節(jié)點(diǎn)活躍的概率pl，并基于所述概率pl、所述傳播衰減、所述錯(cuò)誤率計(jì)算所述信道概率。

優(yōu)選地，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法，其中步驟2)包括：

根據(jù)所獲得的鏈路調(diào)度決策變量x，確定節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊v轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率即

其中，鏈路調(diào)度決策變量決定節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊v以多大的概率轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u發(fā)送的數(shù)據(jù)包，是節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊u的信道概率。

并且，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序在被執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)上述任意一項(xiàng)所述的方法。

以及，一種用于計(jì)算動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度規(guī)則的系統(tǒng)，包括：

處理器、和存儲(chǔ)裝置，

其中，所述存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序在被所述處理器執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)如上述任意一項(xiàng)所述的方法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

可以動(dòng)態(tài)地根據(jù)當(dāng)前環(huán)境信息，選擇在哪個(gè)時(shí)隙-頻率塊以多大的概率轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自哪個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包。本發(fā)明將鏈路調(diào)度決策變量設(shè)置為[0,1]之間的任意實(shí)數(shù)而非僅取值為0或1的整數(shù)。通過(guò)增加環(huán)路，補(bǔ)償無(wú)線傳輸中可能發(fā)生的數(shù)據(jù)分組丟失，避免重傳，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)可靠性和吞吐量。而且，本方法可以預(yù)先確定網(wǎng)絡(luò)最大端到端時(shí)延，從而有效保證基于6tisch多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延確定性的需求。

附圖說(shuō)明

以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的6tisch多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種6tisch多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法。該方法根據(jù)進(jìn)行通信的環(huán)境信息(例如鄰居節(jié)點(diǎn)的發(fā)送位置、發(fā)送速率以及發(fā)送功率)計(jì)算信道概率；在信道概率小于等于設(shè)定閾值時(shí)，計(jì)算獲得使得端到端平均時(shí)延最小、以及平均能耗最小的鏈路調(diào)度決策變量。并且，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)端到端的最大時(shí)延的要求，選擇相應(yīng)的鏈路調(diào)度決策變量動(dòng)態(tài)地確定在哪個(gè)時(shí)隙-頻率塊上以多大的概率轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自哪個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包。

在具體描述本發(fā)明提出的6tisch多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法之前，首先對(duì)本發(fā)明涉及的一些概念和術(shù)語(yǔ)進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。

“信道概率”：信道正確傳輸數(shù)據(jù)的概率，其可以如下所述計(jì)算得到。

在信道u中，節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的信干噪比(sinr)為：

其中，是干擾功率，n0是噪聲功率，aij為節(jié)點(diǎn)i到j(luò)的路徑傳播衰減，其是節(jié)點(diǎn)i到j(luò)的距離的函數(shù)。

對(duì)給定的sinr值γ，包錯(cuò)誤率其中nb是一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小(單位：bit)；ber(γ)是對(duì)于給定的sinr值γ的位錯(cuò)誤率，它取決于物理層采用的技術(shù)和信道的統(tǒng)計(jì)特征。

例如，對(duì)于加性高斯白噪聲awgn信道和bpsk無(wú)編碼調(diào)制方式，

對(duì)于任意信道u，節(jié)點(diǎn)接入信道是隨機(jī)的，取決于該節(jié)點(diǎn)的發(fā)送概率為了獲得平均信道概率，計(jì)算圖模型中(i,j,u)邊上的平均干擾功率，需要枚舉出與節(jié)點(diǎn)i在相同信道發(fā)送數(shù)據(jù)的所有節(jié)點(diǎn)，稱(chēng)為干擾集。

信道概率的計(jì)算是對(duì)所有可能的干擾集的(1-per)求均值，即在干擾集下傳輸正確的概率：

其中，且γl是干擾集l在(i,j,u)邊上的sinr。pl是干擾集l活躍的概率，

其中，為干擾集中節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)概率，為干擾集中節(jié)點(diǎn)不發(fā)送數(shù)據(jù)概率。

“網(wǎng)絡(luò)可靠性”：目的節(jié)點(diǎn)成功收到一個(gè)數(shù)據(jù)包的概率，即等于目的節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包數(shù)量(不包括冗余數(shù)據(jù)包)與所有源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)量之比。

“端到端時(shí)延分布”：是數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)h跳內(nèi)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)d的概率分布。是數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)跳數(shù)的概率分布。假設(shè)一跳是一單位時(shí)延，單位時(shí)延可以換算成時(shí)間，即等于(跳數(shù)h*時(shí)隙大小*時(shí)隙數(shù))。

“端到端時(shí)延”：是數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的平均時(shí)延，并且不計(jì)入成功到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的冗余副本的平均端到端時(shí)延。

“能量消耗”：主要為節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包造成的能量消耗。假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接受一個(gè)數(shù)據(jù)包消耗1單位能量(焦耳：j)。

發(fā)明人認(rèn)為，在多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，除去前文中所提到的端到端時(shí)延，端到端時(shí)延的分布和能量消耗性能之外，多源數(shù)據(jù)流和物理干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響也是在確定鏈路調(diào)度決策變量時(shí)需要考慮的因素。這是由于，在工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，不同的數(shù)據(jù)源發(fā)送的數(shù)據(jù)需要向匯聚節(jié)點(diǎn)上報(bào)，致使網(wǎng)絡(luò)中存在相互干擾的多源數(shù)據(jù)流。在進(jìn)行鏈路調(diào)度時(shí)，應(yīng)當(dāng)尤為注意這樣的無(wú)線干擾，以避免在同一時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)的無(wú)線節(jié)點(diǎn)由于干擾而導(dǎo)致丟包。

相較于干擾范圍固定的“圖干擾”而言，干擾范圍不固定的“物理干擾”更能反映出實(shí)際通信干擾情況。發(fā)明人認(rèn)為，在物理干擾模型下，鏈路成功傳輸?shù)臈l件是：節(jié)點(diǎn)的接收功率和噪音與在同一時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜挎溌匪a(chǎn)生的總干擾之和的比值應(yīng)當(dāng)大于等于設(shè)置的閾值，其中較大的閾值對(duì)應(yīng)于較小的噪聲和干擾，保持信號(hào)基本不失真；反之，較小的閾值對(duì)應(yīng)較大的噪聲和干擾，將導(dǎo)致信號(hào)失真。由于所述物理干擾體現(xiàn)在干擾節(jié)點(diǎn)的位置、發(fā)送功率、和發(fā)送速率，因此在本發(fā)明的一些實(shí)施例中將利用該特點(diǎn)來(lái)計(jì)算信道概率，具體內(nèi)容將在下文中詳細(xì)描述。

基于上述分析，下面將通過(guò)一個(gè)具體的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)介紹根據(jù)本發(fā)明的6tisch多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法，參考圖1，所述方法包括：

步驟101：獲得在當(dāng)前環(huán)境下從源節(jié)點(diǎn)到潛在的目的節(jié)點(diǎn)的信道概率，如前文中所述，信道概率指的是在信道中能夠正確傳輸數(shù)據(jù)的概率。

在本發(fā)明中可以采用任意現(xiàn)有技術(shù)來(lái)確定所述信道概率，例如根據(jù)無(wú)線環(huán)境特征，選擇無(wú)線信道模型，基于無(wú)線信道模型來(lái)計(jì)算數(shù)據(jù)包在信道成功傳輸概率(packeterrorrate)。常用的信道模型包括，瑞利信道和高斯信道模型。其中，瑞利信道沒(méi)有直射路徑信號(hào)到達(dá)接收端的，主要用于描述多徑信道和多普勒頻移現(xiàn)象；高斯信道(awgn)主要是加性高斯白噪聲，用于描述恒參信道，例如衛(wèi)星通信，光纖信道，同軸電纜等。本專(zhuān)利給出的示例是基于高斯信道(awgn)計(jì)算信道概率。

優(yōu)選地，采用以下計(jì)算式來(lái)計(jì)算信道u中從源節(jié)點(diǎn)i到目的節(jié)點(diǎn)j的信道概率

其中，是用于計(jì)算的干擾集合，perl＝per(γl)是包錯(cuò)誤率，pl是干擾集l活躍的概率。

優(yōu)選地，還可以在根據(jù)需要，獲取最新的信道概率以及其他環(huán)境信息，例如源節(jié)點(diǎn)和或目的節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)的位置、發(fā)送速率、發(fā)送功率。

在本發(fā)明涉及獲取環(huán)境信息的實(shí)施例中，可以利用源節(jié)點(diǎn)和或目的節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)的位置、發(fā)送速率、發(fā)送功率來(lái)計(jì)算信道概率。這是由于，對(duì)于一個(gè)從源節(jié)點(diǎn)到對(duì)應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)的信道而言，除所述源節(jié)點(diǎn)與所述目的節(jié)點(diǎn)之外的其他節(jié)點(diǎn)都可能對(duì)數(shù)據(jù)傳輸造成一定程度的干擾。干擾節(jié)點(diǎn)在地理位置上越接近源節(jié)點(diǎn)、或目的節(jié)點(diǎn)，所引發(fā)的干擾越大。因此，在本發(fā)明中優(yōu)選地利用所述鄰居節(jié)點(diǎn)的信息來(lái)計(jì)算所述信道概率。

根據(jù)本發(fā)明的所述實(shí)施例，可以通過(guò)以下方式計(jì)算信道概率

根據(jù)干擾節(jié)點(diǎn)a(例如，所述鄰居節(jié)點(diǎn))的位置，計(jì)算其距離源節(jié)點(diǎn)i和或目的節(jié)點(diǎn)j的距離，以利用所獲得的距離計(jì)算從干擾節(jié)點(diǎn)a到源節(jié)點(diǎn)i和或從干擾節(jié)點(diǎn)a到目的節(jié)點(diǎn)j的傳播衰減；

根據(jù)干擾節(jié)點(diǎn)a的發(fā)送功率pt，計(jì)算干擾節(jié)點(diǎn)a與源節(jié)點(diǎn)i和或干擾節(jié)點(diǎn)a與目的節(jié)點(diǎn)j的信干噪比(sinr)γ，以確定從干擾節(jié)點(diǎn)a到源節(jié)點(diǎn)i和或從干擾節(jié)點(diǎn)a到目的節(jié)點(diǎn)j的包錯(cuò)誤率

這里若該干擾節(jié)點(diǎn)a可以正確地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿瞿康墓?jié)點(diǎn)和或所述源節(jié)點(diǎn)，則認(rèn)為該干擾節(jié)點(diǎn)a會(huì)對(duì)所述所述目的節(jié)點(diǎn)和或所述源節(jié)點(diǎn)造成干擾；

并且，根據(jù)干擾節(jié)點(diǎn)a的發(fā)送速率，計(jì)算鄰居節(jié)點(diǎn)a作為干擾節(jié)點(diǎn)活躍的概率pl；基于所獲得的pl，可以進(jìn)一步地利用上述計(jì)算式確定信道u中從源節(jié)點(diǎn)i到目的節(jié)點(diǎn)j的信道概率

步驟102：將所獲得的信道概率與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若所述信道概率大于設(shè)定的閾值，則認(rèn)為數(shù)據(jù)包接收正常，若信道概率小于等于設(shè)定的閾值，則認(rèn)為需要調(diào)整進(jìn)行調(diào)度的方法，即通過(guò)計(jì)算確定在當(dāng)前環(huán)境下的鏈路調(diào)度決策變量。所述鏈路調(diào)度決策變量x決定節(jié)點(diǎn)在時(shí)隙-頻率塊中以何種概率對(duì)來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，即x取值在0到1之間以表示所述概率。

發(fā)明人認(rèn)為若無(wú)線環(huán)境動(dòng)態(tài)地不斷發(fā)生變化，則會(huì)導(dǎo)致在無(wú)線鏈路上存在嚴(yán)重的丟包現(xiàn)象，此時(shí)可以通過(guò)增加“環(huán)路”來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。這里的“環(huán)路”指的是，數(shù)據(jù)包可以在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)，例如節(jié)點(diǎn)i將數(shù)據(jù)包p發(fā)給節(jié)點(diǎn)j，節(jié)點(diǎn)j收到數(shù)據(jù)包p并廣播發(fā)送數(shù)據(jù)包p，節(jié)點(diǎn)j的下一跳節(jié)點(diǎn)k會(huì)收到這個(gè)數(shù)據(jù)包p，但于此同時(shí)節(jié)點(diǎn)i又會(huì)收到數(shù)據(jù)包p，也是就是數(shù)據(jù)包p在節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間存在了環(huán)路。從上述分析可以看出，環(huán)路的存在在無(wú)線傳輸中是有必要的，但是環(huán)路是需要被控制的，因?yàn)閿?shù)據(jù)包如果在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間無(wú)限循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)，會(huì)造網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。

若僅設(shè)置整數(shù)0或1來(lái)表示不轉(zhuǎn)發(fā)或轉(zhuǎn)發(fā)，則會(huì)造成數(shù)據(jù)包會(huì)在節(jié)點(diǎn)之間無(wú)限循環(huán)、轉(zhuǎn)發(fā)，浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，降低吞吐量且增加額外能量消耗。因此，在本發(fā)明中允許將鏈路調(diào)度決策變量設(shè)置為[0,1]之間的任意實(shí)數(shù)，以作為進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的概率，并適當(dāng)?shù)販p少循環(huán)次數(shù)，避免無(wú)限循環(huán)的發(fā)生。

例如，由鏈路調(diào)度決策變量決定節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊v以多大的概率轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u發(fā)送的數(shù)據(jù)包。

在本發(fā)明中為了得到更加準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)發(fā)概率，還可以將前文中所述的信道概率考慮在內(nèi)。即，將節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊v轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率定義為鏈路調(diào)度決策變量與節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊u的信道概率的乘積，即其中，所述信道概率可以通過(guò)上述步驟101而獲得。

下面將具體介紹求解所述鏈路調(diào)度決策變量x的方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，求解使得端到端平均時(shí)延fd最小、以及能量消耗fe最小的條件下的鏈路調(diào)度決策變量x。

其中，所述能量消耗fe為源節(jié)點(diǎn)所發(fā)各數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)(含源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn))的數(shù)據(jù)包收發(fā)數(shù)目。假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接受一個(gè)數(shù)據(jù)包消耗1單位能量(焦耳：j)。

所述端到端平均時(shí)延fd是數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)si到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)dj的平均時(shí)延，并且不計(jì)入成功到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)dj的數(shù)據(jù)包的冗余副本，所述平均端到端時(shí)延可被表達(dá)為：

這里用跳數(shù)h表示時(shí)延，即一跳為一個(gè)單位時(shí)延。單位時(shí)延可以換算成時(shí)間，即等于(跳數(shù)h*時(shí)隙大小*時(shí)隙數(shù))。hmax是數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)的最大跳數(shù)。p[dj＝h]是在h跳時(shí)端到端時(shí)延分布的概率在6tisch的標(biāo)準(zhǔn)中時(shí)隙大小為10ms，時(shí)隙數(shù)沒(méi)有具體規(guī)定，其可以由應(yīng)用場(chǎng)景所決定。

所述端到端時(shí)延分布是一個(gè)通過(guò)仿真或計(jì)算而獲得的概率分布，用于描述在經(jīng)過(guò)h跳時(shí)端到端的時(shí)延大小，不同大小的h對(duì)應(yīng)于不同的p[dj＝h]。所述端到端時(shí)延分布的獲取方法是本領(lǐng)域公知的，在本發(fā)明中可以采用仿真模擬的方式來(lái)估計(jì)所述端到端時(shí)延分布。一般情況下，采用上述方式所獲得端到端時(shí)延分布的精度為10^-5。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，提供了一種更加準(zhǔn)確地、精度可達(dá)到10^-11的計(jì)算方式來(lái)確定所述端到端時(shí)延分布，其表達(dá)式為：

其中，p[dj＝h]是數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)h跳內(nèi)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)j的概率分布，hmax是數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)的最大跳數(shù)，sm是源節(jié)點(diǎn)的傳輸速率向量，is(si)是針對(duì)源節(jié)點(diǎn)si的選擇向量，qs是來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的中繼矩陣，qsub(p)是中繼矩陣q將所有屬于路徑p的中繼矩陣qij(i,j∈p)之外的元素歸零后的子矩陣，qij是一個(gè)|t|*|t|的矩陣，屬于中繼矩陣q的元素，qij給出了節(jié)點(diǎn)j轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i的數(shù)據(jù)包在全部時(shí)隙-頻率塊的概率，a是由數(shù)據(jù)包由各節(jié)點(diǎn)在各時(shí)隙--頻率塊到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的概率組成的到達(dá)矩陣，id(dj)是針對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)dj的選擇向量，p為源節(jié)點(diǎn)si與目的節(jié)點(diǎn)dj之間上所有可能路徑的集合，路徑p是集合p中的一條確定路徑，hp是直接路徑p由si到dj的跳數(shù)，是節(jié)點(diǎn)k+1在時(shí)隙-頻率塊vk+1轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)k在時(shí)隙-頻率塊uk發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率；是節(jié)點(diǎn)k在時(shí)隙-頻率塊vk轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)k+1在時(shí)隙-頻率塊uk+1發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率，b數(shù)據(jù)包由于從中繼節(jié)點(diǎn)rk+1到目的節(jié)點(diǎn)dj之間的信道丟包而無(wú)法成功傳輸?shù)母怕?，fr(si,dj)是網(wǎng)絡(luò)可靠性，即目的節(jié)點(diǎn)dj成功收到一個(gè)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)si的數(shù)據(jù)包的概率。

上述計(jì)算式的推導(dǎo)過(guò)程將在本實(shí)施例之后的下文中進(jìn)行具體介紹。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在利用所述網(wǎng)絡(luò)可靠性求解所述鏈路調(diào)度決策變量時(shí)，可以采用多目標(biāo)優(yōu)化算法求解，并獲得帕累托最優(yōu)解集和帕累托最優(yōu)邊界。多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題不存在唯一的全局最優(yōu)解，而是存在多個(gè)最優(yōu)解的集合，即帕累托最優(yōu)解集。求解多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題中的主要任務(wù)是在滿(mǎn)足一定約束條件的參數(shù)空間內(nèi)搜索帕累托最優(yōu)解集。帕累托最優(yōu)邊界是所求多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)在帕累托最優(yōu)解集下的取值，所構(gòu)成的一條曲線或曲面。多目標(biāo)優(yōu)化算法包括傳統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化算法和基于進(jìn)化的多目標(biāo)優(yōu)化算法。多目標(biāo)優(yōu)化算法是將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，將各個(gè)目標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和，然后采用單目標(biāo)的優(yōu)化算法求解。(多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題具體概念參見(jiàn)論文“多目標(biāo)優(yōu)化算法綜述”，高鵬，2007)

所述帕累托最優(yōu)邊界由所求解的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)在帕累托最優(yōu)解集下的取值得到。即將鏈路調(diào)度決策變量作為一個(gè)取值為0到1之間的變量，以決定節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊v以多大的概率轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u發(fā)送的數(shù)據(jù)包；采用滿(mǎn)足帕累托最優(yōu)邊界的約束條件[minfd(x),minfe(x)]，來(lái)求解各個(gè)

然而應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明中還可以其他算法計(jì)算所述網(wǎng)絡(luò)可靠性。

進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還可以在求解鏈路調(diào)度決策變量x時(shí)將網(wǎng)絡(luò)可靠性列入考慮的范圍，即求解使得端到端平均時(shí)延fd與端到端網(wǎng)絡(luò)可靠性fr的比值最小、并且能量消耗fe與端到端網(wǎng)絡(luò)可靠性fr的比值最小的條件下的鏈路調(diào)度決策變量x。其中，所述網(wǎng)絡(luò)可靠性指的是目的節(jié)點(diǎn)成功收到一個(gè)數(shù)據(jù)包的概率，在本發(fā)明中可以采用任意現(xiàn)有技術(shù)來(lái)確定所述網(wǎng)絡(luò)可靠性。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，采用以下計(jì)算式來(lái)確定所述網(wǎng)絡(luò)可靠性：

其中，r為中繼；p為源節(jié)點(diǎn)si與目的節(jié)點(diǎn)dj之間所有可能路徑的集合；路徑p是集合p中的一條確定路徑；sm是所有源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射速率向量，其值為is(si)是|o||t|維的選擇向量，其中與源節(jié)點(diǎn)si相關(guān)的|t|個(gè)元素值為1，其余為0；qs是來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的中繼矩陣，qsub(p)是中繼矩陣q將所有屬于路徑p的中繼qij(i,j∈p)之外的元素歸零后的子矩陣；h是據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)；hmax是數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)的最大跳數(shù)，中繼發(fā)出的穩(wěn)態(tài)流在到達(dá)最多hmax跳后消失；hp是直接路徑(數(shù)據(jù)包不經(jīng)過(guò)環(huán)狀路徑直接到達(dá)目的節(jié)點(diǎn))p由si到dj的跳數(shù)；id(dj)是|o||t|維的選擇向量，其中與目的節(jié)點(diǎn)dj相關(guān)的|t|個(gè)元素值為1，其余為0；符號(hào)b表示數(shù)據(jù)包由中繼rk+1到dj路徑中丟失以致未能成功到達(dá)dj的概率；a是由數(shù)據(jù)包由各節(jié)點(diǎn)在各時(shí)隙--頻率塊到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的概率組成的到達(dá)矩陣，是節(jié)點(diǎn)k+1在時(shí)隙-頻率塊vk+1轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)k在時(shí)隙-頻率塊uk發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率；是節(jié)點(diǎn)k在時(shí)隙-頻率塊vk轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)k+1在時(shí)隙-頻率塊uk+1發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率，hloop是數(shù)據(jù)包在循環(huán)路徑中繼經(jīng)過(guò)的跳數(shù)。

上述計(jì)算式的推導(dǎo)過(guò)程將在本實(shí)施例之后的下文中進(jìn)行具體介紹。

步驟103：根據(jù)所獲得的所述鏈路調(diào)度決策變量以及端到端時(shí)延分布的概率，求解最大端到端時(shí)延。

可以采用以下表達(dá)式求解所述最大端到端時(shí)延：

d^w＝maxd

s.t.p[dj≥d]≤δ

其中，d^w是從所述源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)dj的最大端到端時(shí)延，δ是設(shè)置的閾值(δ約10^-9-10^-11)，p[dj≥d]≤δ表示在端到端時(shí)延分布中滿(mǎn)足時(shí)延大于p[dj≥d]的概率小于等于設(shè)置的閾值δ。

可以理解，在利用上述步驟102計(jì)算獲得了鏈路調(diào)度決策變量x后，可以由此根據(jù)前文中的計(jì)算式確定基于所述變量x(中繼矩陣qs、qsub(p)由變量x所表示)的端到端時(shí)延分布p[dj≥d]。這里也可以利用通過(guò)仿真模擬而獲得的端到端時(shí)延分布。

步驟104：根據(jù)所選擇的最大端到端時(shí)延所不超過(guò)的數(shù)值對(duì)應(yīng)的鏈路調(diào)度決策變量，確定節(jié)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)隙-頻率塊以何種概率對(duì)來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

利用上述步驟103，可獲得不同的鏈路調(diào)度決策變量與最大端到端時(shí)延之間的映射關(guān)系，即{鏈路調(diào)度決策變量，最大端到端時(shí)延}的映射集合。在該集合中，不同的最大端到端時(shí)延對(duì)應(yīng)于不同的鏈路調(diào)度決策變量。

在步驟104中，可以根據(jù)用戶(hù)的需要以及所述映射集合，確定可供用戶(hù)選擇的鏈路調(diào)度決策變量。

例如，選擇小于所述最大端到端時(shí)延的任意時(shí)延所對(duì)應(yīng)的鏈路調(diào)度決策變量。假設(shè)鏈路調(diào)度決策變量表示節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊v轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率為0.2，不轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包的概率為0.8，則可以針對(duì)節(jié)點(diǎn)j生成大小在[0,1]之間的隨機(jī)數(shù)，如果該隨機(jī)數(shù)小于等于0.2，則轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，否則不轉(zhuǎn)發(fā)。

下面將針對(duì)在步驟101-步驟104中的具體數(shù)學(xué)計(jì)算式及其中所涉及的變量進(jìn)行詳細(xì)介紹。

<步驟101的計(jì)算式>

如本發(fā)明前文中所述，在步驟101中需要考慮網(wǎng)絡(luò)可靠性、端到端時(shí)延、端到端時(shí)延分布和平均能耗。這里假設(shè)，源節(jié)點(diǎn)si向目的節(jié)點(diǎn)dj發(fā)送數(shù)據(jù)包，源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的距離較長(zhǎng)，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包無(wú)法直接到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，需要經(jīng)過(guò)n個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

各參數(shù)具體定義如下，

中繼矩陣q由網(wǎng)絡(luò)中所有中繼節(jié)點(diǎn)在某幀發(fā)送的數(shù)據(jù)流被其他中繼節(jié)點(diǎn)在下一幀轉(zhuǎn)發(fā)出去的概率組成。到達(dá)矩陣a由所有從過(guò)渡態(tài)到吸收態(tài)轉(zhuǎn)移的概率組成。其中，中繼矩陣q的結(jié)構(gòu)如下：

0是一個(gè)|t|*|t|的零矩陣，代表節(jié)點(diǎn)i不會(huì)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給自己。|t|是時(shí)隙-頻率塊的數(shù)量，n是中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。這里給出的q是包含網(wǎng)絡(luò)中全部節(jié)點(diǎn)的滿(mǎn)矩陣，但當(dāng)只考慮特定流路徑p時(shí)，它可化簡(jiǎn)為子矩陣qsub(p)，其中中繼qij(i,j∈p)不變，其余元素歸零。

qij是一個(gè)|t|*|t|的矩陣，它給出了節(jié)點(diǎn)j轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i的數(shù)據(jù)包在全部時(shí)隙-頻率塊的概率。

其中是節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊v轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率。根據(jù)我們的網(wǎng)絡(luò)模型，它的值為其中，信道概率為節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊u的信道概率，鏈路調(diào)度決策變量決定j在時(shí)隙-頻率塊v以多大的概率轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u發(fā)送的數(shù)據(jù)包，其中取值范圍為[0,1]之間的實(shí)數(shù)(如，0.2,0.5等)，即

到達(dá)矩陣a結(jié)構(gòu)如下

是一個(gè)|t|*|t|的對(duì)角矩陣，主對(duì)角線以外的元素皆為0，主對(duì)角線上的元素是節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)dj的概率且

qs和as是由源節(jié)點(diǎn)所發(fā)送數(shù)據(jù)包的中繼和到達(dá)矩陣，其結(jié)構(gòu)為：

與(1)式結(jié)構(gòu)相同，是一個(gè)|t|*|t|的對(duì)角矩陣，其對(duì)角元素為：|o|是源節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

在步驟101中所涉及的各個(gè)性能指標(biāo)如下：

網(wǎng)絡(luò)可靠性：目的節(jié)點(diǎn)成功收到一個(gè)數(shù)據(jù)包的概率，即等于目的節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包數(shù)量(不包括冗余數(shù)據(jù)包)與所有源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)量之比。

設(shè)p為源節(jié)點(diǎn)si與目的節(jié)點(diǎn)dj之間所有可能路徑的集合，環(huán)狀路徑位于中繼rk與rk+1之間，端對(duì)端網(wǎng)絡(luò)可靠性fr(sj,dj)表達(dá)式為：

其中路徑p是集合p中的一條確定路徑，sm是所有源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射速率向量，其值為：

is(si)是|o||t|維的選擇向量，其中與源節(jié)點(diǎn)si相關(guān)的|t|個(gè)元素值為1，其余為0。qs是來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的中繼矩陣，qsub(p)是中繼矩陣q將所有屬于路徑p的中繼qij(i,j∈p)之外的元素歸零后的子矩陣。hp是直接路徑(數(shù)據(jù)包不經(jīng)過(guò)環(huán)狀路徑直接到達(dá)目的節(jié)點(diǎn))p由si到dj的跳數(shù)。類(lèi)似的，id(dj)是|o||t|維的選擇向量，其中與目的節(jié)點(diǎn)dj相關(guān)的|t|個(gè)元素值為1，其余為0。id(dj)累計(jì)每個(gè)時(shí)隙-頻率塊在目的節(jié)點(diǎn)dj的數(shù)據(jù)包到達(dá)率。在(2)式中，

部分計(jì)算數(shù)據(jù)包通過(guò)直接路徑到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的概率。為計(jì)算通過(guò)直接路徑與環(huán)狀路徑兩種方式到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的可靠性，引入符號(hào)b，以表示數(shù)據(jù)包由中繼rk+1到dj路徑中丟失以致未能成功到達(dá)dj的概率，數(shù)據(jù)包丟失可能來(lái)自于信道損失或中繼基于轉(zhuǎn)發(fā)概率的丟包決定。b值如下：

其中，節(jié)點(diǎn)i的傳輸時(shí)隙為ui，節(jié)點(diǎn)j的傳輸時(shí)隙為vj。hloop是數(shù)據(jù)包在循環(huán)路徑中繼rk-rk+1經(jīng)過(guò)的跳數(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)h跳到達(dá)dj，其在循環(huán)路徑中的跳數(shù)hloop＝h-hp，其中h≥hp，hp是數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)直接路徑p到達(dá)dj的跳數(shù)，。當(dāng)h＝hp，則hloop＝0，即數(shù)據(jù)包未進(jìn)入循環(huán)路徑，而是通過(guò)直接路徑到達(dá)。hmax是數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)的最大跳數(shù)，中繼發(fā)出的穩(wěn)態(tài)流在到達(dá)最多hmax跳后消失，因此由相鄰時(shí)隙流速率差推導(dǎo)出的hmax要小于任意小值，即

例如可以設(shè)置δ＝10^-11。

是中繼在第一幀的外向流，它的值為其中sm是源節(jié)點(diǎn)的傳輸速率向量。對(duì)于所有源節(jié)點(diǎn)，對(duì)目的節(jié)點(diǎn)dj的網(wǎng)絡(luò)可靠性fr(dj)表達(dá)式為：

端到端時(shí)延分布p[d＝h]：是數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)h跳內(nèi)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的概率分布，其概率密度函數(shù)為：

端到端時(shí)延：是數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)dj的平均時(shí)延，并且不計(jì)入成功到達(dá)dj的數(shù)據(jù)包的冗余副本，平均端到端時(shí)延為。

這里用跳數(shù)h表示時(shí)延，即一跳為一個(gè)單位時(shí)延。單位時(shí)延可以換算成時(shí)間，即等于(跳數(shù)h*時(shí)隙大小*時(shí)隙數(shù))。由6tisch標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)隙大小為10ms，時(shí)隙數(shù)沒(méi)有具體規(guī)定，可以由應(yīng)用決定。

能量消耗：考慮到主要能量消耗因素來(lái)自于數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收，本方法的能耗標(biāo)準(zhǔn)fe定義為源節(jié)點(diǎn)所發(fā)各數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)(含源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn))的數(shù)據(jù)包收發(fā)數(shù)目。假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接受一個(gè)數(shù)據(jù)包消耗1單位能量(焦耳：j)。

<步驟102的計(jì)算式>

本方法進(jìn)一步定義可靠性保證的端到端時(shí)延和能量指標(biāo)，可靠性保證的端到端時(shí)延與能量消耗表達(dá)式為：

它們表示為實(shí)現(xiàn)完全可靠的傳輸所需要的端到端時(shí)延和能耗。

需要指出的是，上述性能指標(biāo)的定義是在給定的鏈路調(diào)度策略x下得到的，且都是鏈路調(diào)度決策變量x的函數(shù)。

本發(fā)明利用多目標(biāo)優(yōu)化算法(nsga-2)，所求解最小化網(wǎng)絡(luò)可靠性保證的端到端平均時(shí)延和最小化網(wǎng)絡(luò)可靠性保證的平均能耗多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題如下：

s.t.,x∈x

其中，鏈路調(diào)度決策變量x∈x，x為鏈路調(diào)度決策矩陣，x表示為，x＝[x1j，…xij，…xnj]。其中，

鏈路調(diào)度決策變量決定節(jié)點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊v是否轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u發(fā)送的數(shù)據(jù)包，其中取值范圍為[0,1]之間的實(shí)數(shù)，即例如，鏈路調(diào)度決策變量表示點(diǎn)j在時(shí)隙-頻率塊v轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自節(jié)點(diǎn)i在時(shí)隙-頻率塊u發(fā)送的數(shù)據(jù)包的概率為0.2，不轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包的概率為0.8。具體實(shí)施中，節(jié)點(diǎn)j生成[0,1]之間的隨機(jī)數(shù)，如果該隨機(jī)數(shù)小于等于0.2，則轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，否則不轉(zhuǎn)發(fā)。

本專(zhuān)利進(jìn)一步定義了可靠性保證的帕累托最優(yōu)(paretooptimal)邊界為值為：

帕累托最優(yōu)(paretooptimal)邊界與帕累托最優(yōu)(paretooptimal)解集sopt均可由端到端時(shí)延分布函數(shù)求解得到。因此，sopt是獲得的最優(yōu)化鏈路調(diào)度決策變量集合x(chóng)的集合。

<步驟103的計(jì)算式>

將最優(yōu)化鏈路調(diào)度決策變量集合中的各數(shù)值，代入到本專(zhuān)利提出的端到端時(shí)延分布函數(shù)中，利用概率分析方法，求解在各鏈路調(diào)度決策下，網(wǎng)絡(luò)的最大端到端時(shí)延。數(shù)據(jù)流到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)dj的統(tǒng)計(jì)最大端到端時(shí)延定義為dw，時(shí)延大于該值的概率p[dj≥d]極其微小(在實(shí)例中小于δ＝10^-9)，其值為

d^w＝maxd

s.t.p[dj≥d]≤δ

若存在多個(gè)流，可以通過(guò)計(jì)算到達(dá)所有目的節(jié)點(diǎn)的最大d^w值，即全部流的最大時(shí)延。

<步驟104的計(jì)算式>

無(wú)線節(jié)點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)最大端到端時(shí)延的需求(如，選擇最大端到端時(shí)延不超過(guò)某數(shù)值，所對(duì)應(yīng)的鏈路調(diào)度決策變量x)，根據(jù)選擇的鏈路調(diào)度決策變量，確定6tisch無(wú)線節(jié)點(diǎn)在哪個(gè)時(shí)隙-頻率塊轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自哪個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

在本方法提出的一種最大端到端時(shí)延可確定的6tisch多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)鏈路調(diào)度方法中，節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)環(huán)境信息，不僅動(dòng)態(tài)選擇在哪個(gè)時(shí)隙-頻率塊，而且動(dòng)態(tài)選擇以多大的概率轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自哪個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，本發(fā)明將鏈路調(diào)度決策變量設(shè)置為[0,1]之間的任意實(shí)數(shù)而非僅取值為0或1的整數(shù)，使得可以通過(guò)增加環(huán)路，補(bǔ)償無(wú)線傳輸中可能發(fā)生的數(shù)據(jù)分組丟失，避免重傳，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)可靠性和吞吐量。而且，本方法可以預(yù)先確定網(wǎng)絡(luò)最大端到端時(shí)延，從而有效保證基于6tisch多跳多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延確定性的需求。

需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例中介紹的各個(gè)步驟并非都是必須的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩?、替換、修改等。

最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管上文參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。