內(nèi)容中心且負(fù)載均衡感知的動態(tài)數(shù)據(jù)聚集的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 此處公開的實(shí)施例涉及通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信。
【背景技術(shù)】
[0002] 在新興的例如智能系統(tǒng)（如智能電網(wǎng)和智慧城市）的機(jī)器到機(jī)器（M2M)應(yīng)用中， 預(yù)見將會部署大量的小的且智能的設(shè)備，諸如無線傳感器節(jié)點(diǎn)。預(yù)期這些節(jié)點(diǎn)將促進(jìn)用于 觀察/監(jiān)測所感興趣物體的數(shù)據(jù)的連續(xù)感應(yīng)和收集。隨后，所收集到的信息需要被以某種 方式傳遞到控制中心從而允許自適應(yīng)決策并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動化。由此可見，存在對多跳路由 上，即源節(jié)點(diǎn)和目的地節(jié)點(diǎn)之間涉及一或多個中間節(jié)點(diǎn)的路由上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑絹碓酱蟮?需求。
[0003] 在多跳無線鏈路上傳輸原始數(shù)據(jù)在時(shí)間和資源上可能都代價(jià)高昂。使用網(wǎng)絡(luò)中處 理和數(shù)據(jù)聚集，特別是通過相關(guān)信息的預(yù)處理可以顯著減小多跳路由上將被轉(zhuǎn)發(fā)的流量總 量。例如，高能效的數(shù)據(jù)聚集和融合方案可以預(yù)處理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)并僅發(fā)送處理過的結(jié)果， 該處理過的結(jié)果與其原始大小相比數(shù)據(jù)量小很多。因此，這些方案可以減少冗余流量并避 免針對未來無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)超載。然而，需要作為先決條件的合適的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方案，從而有 效地計(jì)算并中繼數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0004] 圖1(a)圖解了在所描述的實(shí)施例的領(lǐng)域中的路由方法。
[0005] 圖I (b)圖解了在所描述的實(shí)施例的領(lǐng)域中的另一路由方法。
[0006] 圖1(c)圖解了在所描述的實(shí)施例的領(lǐng)域中的另一路由方法。
[0007] 圖2是示出圖解此處描述的實(shí)施例的通信節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)的圖。
[0008] 圖3(a)圖解了圖2網(wǎng)絡(luò)的中路由的示例。
[0009] 圖3 (b)圖解了圖2網(wǎng)絡(luò)中的路由的另一示例。
[0010] 圖4(a)圖解了圖2網(wǎng)絡(luò)中的路由的示例。
[0011] 圖4(b)圖解了圖2網(wǎng)絡(luò)中的路由的另一示例。
[0012] 圖5圖解了由圖2中網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)在做出路由決策時(shí)執(zhí)行的方法的流程圖。
[0013] 圖6圖解了圖2網(wǎng)絡(luò)中的路由的另一示例。
[0014] 圖7圖解了示出網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間相對于上述實(shí)施例中所使用的權(quán)重因子的變化的 表現(xiàn)的圖。
[0015] 圖8圖解了使用此處描述的實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)相對于網(wǎng)絡(luò)大小的表現(xiàn)的圖。
[0016] 圖9圖解了所描述的實(shí)施例的示例與現(xiàn)有技術(shù)在能耗上的比較。
[0017] 圖10圖解了此處所描述的實(shí)施例相對于現(xiàn)有技術(shù)在節(jié)點(diǎn)剩余能量級別的變化系 數(shù)的表。
[0018] 圖11圖解了用于此處所描述的實(shí)施例的流量圖。
[0019] 圖12圖解了用于現(xiàn)有技術(shù)的不例的流量圖。
[0020] 圖13圖解了用于此處描述的實(shí)施例的剩余能量圖。
[0021] 圖14圖解了用于現(xiàn)有技術(shù)的示例的剩余能量圖。
[0022] 圖15圖解了當(dāng)考慮不同因素時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)中可以使用的不同的路由拓?fù)洹?br>[0023] 圖16圖解了此處所描述的實(shí)施例中節(jié)點(diǎn)間交換的消息信號的序列。
[0024] 圖17圖解了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)處接收的流量內(nèi)容的類型可以如何隨時(shí)間變化。
[0025] 圖18示出了根據(jù)此處描述的實(shí)施例，一種節(jié)點(diǎn)確定是否重新估計(jì)它對于鄰近節(jié) 點(diǎn)的選擇以用于中繼數(shù)據(jù)的過程。
[0026] 圖19圖解了根據(jù)此處描述的實(shí)施例，可以如何使用獎勵參數(shù)以優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到 具有處理該數(shù)據(jù)的能力的節(jié)點(diǎn)。
[0027] 圖20示出了在使用傳統(tǒng)避免循環(huán)方案的網(wǎng)絡(luò)中和實(shí)現(xiàn)根據(jù)此處描述的實(shí)施例的 方法的網(wǎng)絡(luò)中流量采用的路徑之間的比較。
[0028] 圖21圖解了在此處描述的實(shí)施例中如何實(shí)現(xiàn)到時(shí)轉(zhuǎn)發(fā) (Time-To-Go-Forward, TTGF)協(xié)議的不例。
[0029] 圖22圖解了比較傳統(tǒng)方法獲得的網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間和使用此處描述的實(shí)施例獲得的 網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的仿真的結(jié)果。
[0030] 圖23圖解了比較傳統(tǒng)方法中和此處描述的實(shí)施例中每輪重新傳輸上花費(fèi)的平均 能耗的仿真的結(jié)果。
[0031] 圖24圖解了使用此處描述的兩種不同的實(shí)施例獲得的網(wǎng)絡(luò)流量的比較。
[0032] 圖25示出了根據(jù)此處描述的實(shí)施例的如何可以通過使用避免循環(huán)方案增加網(wǎng)絡(luò) 生存時(shí)間的示例。
[0033] 圖26圖解了能夠?qū)崿F(xiàn)適于執(zhí)行此處描述的實(shí)施例的方法的通信節(jié)點(diǎn)的裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 根據(jù)第一實(shí)施例，提供了一種確定通信鏈路以用于從第一通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送通信數(shù)據(jù) 到多個鄰近候選節(jié)點(diǎn)中的任一個的方法，包括：
[0035] i)針對每個候選節(jié)點(diǎn)，確定邊際處理增益，所述邊際處理增益包括通過在候選節(jié) 點(diǎn)處聚集所述通信數(shù)據(jù)而能獲得的所述通信數(shù)據(jù)減少的測量；以及
[0036] ii)選擇一個候選節(jié)點(diǎn)用于形成所述通信鏈路，其中該選擇至少部分基于針對每 個候選節(jié)點(diǎn)確定的邊際處理增益。
[0037] 在一些實(shí)施例中，通信數(shù)據(jù)減少的測量被規(guī)范化。
[0038] 在一些實(shí)施例中，針對候選節(jié)點(diǎn)的邊際處理增益包括在分配所述通信數(shù)據(jù)到該候 選節(jié)點(diǎn)時(shí)的處理增益的測量與在未分配所述通信數(shù)據(jù)到所述候選節(jié)點(diǎn)時(shí)的處理增益的測 量之間的差異。
[0039] 在一些實(shí)施例中，該邊際處理增益是目標(biāo)函數(shù)的一部分，該目標(biāo)函數(shù)還包含本地 生存時(shí)間增益的測量，該本地生存時(shí)間增益定義為由分配所述通信數(shù)據(jù)到一個或其它鄰近 候選節(jié)點(diǎn)而獲得的所述一個或其它鄰近候選節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間的變化。該方法可以包括針對 每個候選節(jié)點(diǎn)評估目標(biāo)函數(shù)從而確定將被選擇來用于通信鏈路的節(jié)點(diǎn)。
[0040] 在一些實(shí)施例中，針對給定候選節(jié)點(diǎn)評估目標(biāo)函數(shù)包括：
[0041] 在通信數(shù)據(jù)被分配到給定候選節(jié)點(diǎn)的情況下，估計(jì)每個鄰近候選節(jié)點(diǎn)的生存時(shí) 間；
[0042] 在通信數(shù)據(jù)未被分配到給定候選節(jié)點(diǎn)的情況下，估計(jì)每個鄰近候選節(jié)點(diǎn)的生存時(shí) 間；
[0043] 其中在每種情況下，所述本地生存時(shí)間被定義為所述鄰近候選節(jié)點(diǎn)中具有最小的 所估計(jì)的生存時(shí)間的節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間；以及
[0044] 其中，基于在通信數(shù)據(jù)被分配到所述給定候選節(jié)點(diǎn)的情況下的本地生存時(shí)間和在 通信數(shù)據(jù)未被分配到所述給定候選節(jié)點(diǎn)的情況下的本地生存時(shí)間之間的差異，確定針對所 述給定候選節(jié)點(diǎn)的本地生存時(shí)間增益。
[0045] 在一些實(shí)施例中，本地生存時(shí)間增益的測量由其中通信數(shù)據(jù)被分配到所述給定候 選節(jié)點(diǎn)的情況下估計(jì)的所述本地生存時(shí)間規(guī)范化。
[0046] 在一些實(shí)施例中，該目標(biāo)函數(shù)包括對處理增益的測量和對本地生存時(shí)間增益的測 量的加權(quán)和。該加權(quán)和可依賴于加權(quán)因子，該加權(quán)因子被操作以在所述目標(biāo)函數(shù)中，相對于 網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的靈敏度均衡處理增益的測量和本地生存時(shí)間增益的測量的效果。
[0047] 在一些實(shí)施例中，鄰近候選節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間通過估計(jì)那些鄰近候選節(jié)點(diǎn)的能耗來 估計(jì)。
[0048] 在一些實(shí)施例中，每個鄰近候選節(jié)點(diǎn)的能耗通過定義第一通信節(jié)點(diǎn)和各自鄰近候 選節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量參數(shù)來估計(jì)，其中鏈路質(zhì)量參數(shù)反映將需要在所述第一通信節(jié)點(diǎn)和 所述鄰近候選節(jié)點(diǎn)之間多于一次地傳輸數(shù)據(jù)從而確保數(shù)據(jù)的成功傳送的可能性。該鏈路質(zhì) 量參數(shù)可以定義為了從第一通信節(jié)點(diǎn)成功傳送一比特（bit)數(shù)據(jù)到各自鄰近候選節(jié)點(diǎn)所 需要的一比特?cái)?shù)據(jù)被傳輸?shù)钠骄螖?shù)。
[0049] 在一些實(shí)施例中，針對每個候選節(jié)點(diǎn)，當(dāng)在分配所述通信數(shù)據(jù)到所述候選節(jié)點(diǎn)中 確定所述本地生存時(shí)間時(shí)，考慮所述第一通信節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間。
[0050] 在一些實(shí)施例中，所述通信數(shù)據(jù)包括多個數(shù)據(jù)類型，并且所述方法包括針對每個 數(shù)據(jù)類型執(zhí)行步驟i)和ii)。每個數(shù)據(jù)類型可以包括能夠由節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的相應(yīng)功能或應(yīng)用 聚集的數(shù)據(jù)，從而減少中繼該數(shù)據(jù)需要的比特?cái)?shù)。每個數(shù)據(jù)類型可以包括反映環(huán)境的不同 參數(shù)的傳感器讀數(shù)。
[0051] 在一些實(shí)施例中，針對每個數(shù)據(jù)類型，所述邊際處理增益是目標(biāo)函數(shù)的一部分，該 目標(biāo)函數(shù)還包括對本地生存時(shí)間增益的測量，所述本地生存時(shí)間增益定義如果分配特定類 型的通信數(shù)據(jù)到一個或其它鄰近候選節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述一個或其它鄰近候選節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間的 變化。該方法可以包括針對每個候選節(jié)點(diǎn)評估所述目標(biāo)函數(shù)，從而確定將被選擇以用于特 定類型的通信數(shù)據(jù)的通信鏈路的節(jié)點(diǎn)。
[0052] 在一些實(shí)施例中，針對每個數(shù)據(jù)類型，所述目標(biāo)函數(shù)包括獎勵參數(shù)，該獎勵參數(shù)使 得對候選節(jié)點(diǎn)的選擇偏向具有聚集所述特定類型的數(shù)據(jù)的能力的節(jié)點(diǎn)。
[0053] 在一些實(shí)施例中，在多個間隔處執(zhí)行所述目標(biāo)函數(shù)?？梢曰诘竭_(dá)第一通信節(jié)點(diǎn) 的所述類型的數(shù)據(jù)變化的量確定所述間隔的大小。該方法可以包括：
[0054] 在多個間隔的每一個處監(jiān)測到達(dá)所述第一通信節(jié)點(diǎn)的