一種停等的數(shù)據(jù)聚合調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線傳感網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度方向，尤其是一種數(shù)據(jù)聚合調(diào)度方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通信可靠性是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)應(yīng)用的根本要求。在許多應(yīng)用中，要求每 個(gè)數(shù)據(jù)包成功傳遞到Sink的概率小于1，如60 - 95% ;該個(gè)傳輸成功的概率足W滿足一些 像環(huán)境監(jiān)測(cè)（溫度，濕度）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（水箱、灌概）等應(yīng)用需求。在該些情況下，100%可靠 數(shù)據(jù)傳輸費(fèi)用太高，并且沒有必要。但是一些研究表明，在實(shí)際無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中無線 鏈路數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率高達(dá)30 %，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能令人滿意。
[0003] 此外，延遲也是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)重要的指標(biāo)?？焖俚膶蓽y(cè)到事件的信息 傳到Sink,W便對(duì)發(fā)生的事件做出快速的反應(yīng)對(duì)應(yīng)用起到至關(guān)重要的作用。因此，延遲一 般定義為傳感器節(jié)點(diǎn)感知到數(shù)據(jù)后，再傳送到Sink節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間，稱之為傳輸延遲。 在許多安全非常重要的應(yīng)用中，關(guān)鍵或緊急信息的丟失可能導(dǎo)致嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失或人員傷 亡，該是我們所不能接受的。
[0004] 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸鏈路本身的不可靠性，因此，有相當(dāng)多的提高網(wǎng)絡(luò) 可靠性的研究。現(xiàn)有的研究工作主要有兩種措施，即丟包避免和丟包恢復(fù)。丟包避免是通 過各種措施減少數(shù)據(jù)包丟失的發(fā)生；丟包恢復(fù)是在數(shù)據(jù)包丟失時(shí)通過某種策略進(jìn)行數(shù)據(jù)包 的恢復(fù)。由于丟包避免方法需要付出相當(dāng)大的代價(jià)，因而出于成本方面的考慮，在網(wǎng)絡(luò)中 得到廣泛應(yīng)用的機(jī)制一般是基于packet-lossrecovery。而基于packet-lossrecovery 可靠性協(xié)議又可W分二類：一類是基于失效重傳機(jī)制，其代表性的協(xié)議是Automatic Repeat-reQuest(ARQ)協(xié)議；另一類是基于packetsr巧roduction機(jī)制的協(xié)議。
[0005] 該些事實(shí)表明數(shù)據(jù)可靠、傳輸延遲在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是需要進(jìn)一步研究的主要問 題。但據(jù)我們目前的研究所知，很少有網(wǎng)絡(luò)的可靠性與網(wǎng)絡(luò)延遲綜合優(yōu)化的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種數(shù)據(jù)聚合調(diào)度方法，既能保持較好的網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性，又能減少 數(shù)據(jù)匯聚到Sink節(jié)點(diǎn)的時(shí)延。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種停等的數(shù)據(jù)聚合調(diào)度方法，包括如下步驟：
[000引步驟一、網(wǎng)絡(luò)分環(huán)、分塊，分環(huán)是對(duì)平面圓形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不等寬度的分層，每層寬度 的確定需滿足：該層的節(jié)點(diǎn)數(shù)目比其外層的節(jié)點(diǎn)數(shù)多，而該個(gè)多的節(jié)點(diǎn)數(shù)剛好使得外層聚 合節(jié)點(diǎn)在傳送到該層節(jié)點(diǎn)時(shí)，該層內(nèi)部節(jié)點(diǎn)剛好完成聚合；分塊的內(nèi)環(huán)寬度等于節(jié)點(diǎn)的發(fā) 射半徑r;當(dāng)節(jié)點(diǎn)與Sink的距離小于等于r時(shí)，節(jié)點(diǎn)直接向Sink傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)不再進(jìn)行 分環(huán)分塊；
[0009] 步驟二、塊內(nèi)并行數(shù)據(jù)聚合，每個(gè)塊內(nèi)的非聚合節(jié)點(diǎn)在其調(diào)度時(shí)向塊內(nèi)聚合節(jié)點(diǎn) 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如果數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中丟失，需要源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新傳送，直到塊內(nèi)某一聚 合節(jié)點(diǎn)成功接收；
[0010] 步驟=、逐環(huán)停等的數(shù)據(jù)聚合，當(dāng)最外環(huán)的每個(gè)塊實(shí)現(xiàn)塊內(nèi)聚合后，每個(gè)塊的聚合 節(jié)點(diǎn)再W廣播的形式向上層的在其通信半徑范圍內(nèi)的聚合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和聚合；逐環(huán) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸聚合到Sink節(jié)點(diǎn)。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是：與當(dāng)前存在的數(shù)據(jù)聚合傳輸調(diào)度相比，本發(fā)明提出的聚合 調(diào)度方法通過到聚合節(jié)點(diǎn)的廣播形式的重傳保持了較好的網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性，且通過盡可能 多的節(jié)點(diǎn)并行數(shù)據(jù)傳輸可減少數(shù)據(jù)匯聚到Sink節(jié)點(diǎn)的時(shí)延。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例網(wǎng)絡(luò)分環(huán)示意圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例網(wǎng)絡(luò)分塊示意圖。
[0014] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例聚合調(diào)度方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖及實(shí)例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0016] 本實(shí)施例提供一種停等的數(shù)據(jù)聚合調(diào)度方法，其目的在于，綜合優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸可 靠性和傳輸時(shí)延。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)模型WSink為圓屯、的半徑為R圓形網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)均勻分布，其節(jié) 點(diǎn)密度為P，節(jié)點(diǎn)的發(fā)射半徑為r，干擾半徑為2r。如圖3所示，該方法實(shí)施包括W下步驟。
[0017] 步驟1 ;網(wǎng)絡(luò)分環(huán)、分塊；
[0018] 對(duì)平面圓形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不等寬度的分層，如圖1所示。假設(shè)相鄰層之間的節(jié)點(diǎn)傳輸 不存在干擾，在分層的基礎(chǔ)上，對(duì)每層進(jìn)行分塊，用H(i，j)表示第i個(gè)環(huán)的第j塊，如圖2 所示。分塊的內(nèi)環(huán)寬度為節(jié)點(diǎn)的發(fā)射半徑為r，假設(shè)節(jié)點(diǎn)的干擾半徑為化，為此，每層每隔 兩個(gè)塊的數(shù)據(jù)可W同時(shí)進(jìn)行傳輸。
[0019] 若假設(shè)網(wǎng)絡(luò)最外面環(huán)的寬度為5r，其中0<5< 1。根據(jù)內(nèi)環(huán)的長度，分 成長度為r的若干numwt= 2 31.(R-5r)/r集合；因此每間隔兩個(gè)集合的節(jié)點(diǎn)可W 實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的無干擾的并行傳輸；在每一個(gè)集合內(nèi)，節(jié)點(diǎn)分為聚合節(jié)點(diǎn)和非聚合節(jié) 點(diǎn)，非聚合節(jié)點(diǎn)W廣播形象向聚合節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合；聚合節(jié)點(diǎn)再向上層的聚合 節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)最外環(huán)的每個(gè)塊，相應(yīng)的圓形角度（弧度）；0 =r/(R-5r)， 因此分塊面巧
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種停等的數(shù)據(jù)聚合調(diào)度方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一、網(wǎng)絡(luò)分環(huán)、分塊，分環(huán)是對(duì)平面圓形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不等寬度的分層，每層寬度的確 定需滿足：該層的節(jié)點(diǎn)數(shù)目比其外層的節(jié)點(diǎn)數(shù)多，而這個(gè)多的節(jié)點(diǎn)數(shù)剛好使得外層聚合節(jié) 點(diǎn)在傳送到該層節(jié)點(diǎn)時(shí)，該層內(nèi)部節(jié)點(diǎn)剛好完成聚合；分塊的內(nèi)環(huán)寬度等于節(jié)點(diǎn)的發(fā)射半 徑r;當(dāng)節(jié)點(diǎn)與Sink的距離小于等于r時(shí)，節(jié)點(diǎn)直接向Sink傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)不再進(jìn)行分環(huán) 分塊； 步驟二、塊內(nèi)并行數(shù)據(jù)聚合，每個(gè)塊內(nèi)的非聚合節(jié)點(diǎn)在其調(diào)度時(shí)向塊內(nèi)聚合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸，如果數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中丟失，需要源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新傳送，直到塊內(nèi)某一聚合節(jié) 點(diǎn)成功接收； 步驟三、逐環(huán)停等的數(shù)據(jù)聚合，當(dāng)最外環(huán)的每個(gè)塊實(shí)現(xiàn)塊內(nèi)聚合后，每個(gè)塊的聚合節(jié)點(diǎn) 再以廣播的形式向上層的在其通信半徑范圍內(nèi)的聚合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和聚合；逐環(huán)實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)傳輸聚合到Sink節(jié)點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的停等的數(shù)據(jù)聚合調(diào)度方法，其特征在于，步驟一中，每環(huán)寬度 關(guān)系確定的方法為：假設(shè)網(wǎng)絡(luò)最外面環(huán)的寬度為Sr，其中0<S<1，根據(jù)內(nèi)環(huán)的長度，分 成長度為r的若干numsrt=2 3i? (R-6r)/;r集合；在每一個(gè)集合內(nèi)，節(jié)點(diǎn)分為聚合節(jié)點(diǎn)和 非聚合節(jié)點(diǎn)，非聚合節(jié)點(diǎn)以廣播形象向聚合節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合，聚合節(jié)點(diǎn)再向上層的 聚合節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；對(duì)應(yīng)最外環(huán)的每個(gè)塊，相應(yīng)的圓形角度：0 =i7(R-Sr)，因此分塊面 積 I后化解得到 」
根據(jù)節(jié)點(diǎn)的密度P求得每個(gè)集合中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù) 1=P?Sb^k+k，假設(shè)每個(gè)Block只有一個(gè)聚合節(jié)點(diǎn)，重傳的次數(shù)為y，則最外層層節(jié)點(diǎn)完 成數(shù)據(jù)聚合所需的時(shí)間為Tkn= 3 1k(l+i〇,聚合節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的接收 和轉(zhuǎn)發(fā)，Tkg=3(l+i〇 ;因此，傳輸?shù)缴蠈铀璧臅r(shí)間為： Tk=Tk_n+Tk_g= 3Ck(l+y)+3(l+y) (1) 對(duì)于相鄰內(nèi)層，根據(jù)：
節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)lk-丨二P.Suh，Tk_ln=3| Hd+iO,根據(jù)Tk_ln= Tk，得到=Ik+l，為此，推導(dǎo)出每環(huán)寬度之間的關(guān)系。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的停等的數(shù)據(jù)聚合調(diào)度方法，其特征在于，步驟二中，間隔為2r 的同環(huán)的兩個(gè)塊同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種停等的數(shù)據(jù)聚合調(diào)度方法，包括如下步驟：步驟一、網(wǎng)絡(luò)分環(huán)、分塊；步驟二、塊內(nèi)并行數(shù)據(jù)聚合，每個(gè)塊內(nèi)的非聚合節(jié)點(diǎn)在其調(diào)度時(shí)向塊內(nèi)聚合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如果數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中丟失，需要源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新傳送，直到塊內(nèi)某一聚合節(jié)點(diǎn)成功接收；步驟三、逐環(huán)停等的數(shù)據(jù)聚合，當(dāng)最外環(huán)的每個(gè)塊實(shí)現(xiàn)塊內(nèi)聚合后，每個(gè)塊的聚合節(jié)點(diǎn)再以廣播的形式向上層的在其通信半徑范圍內(nèi)的聚合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和聚合；逐環(huán)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸聚合到Sink節(jié)點(diǎn)。與當(dāng)前存在的數(shù)據(jù)聚合傳輸調(diào)度相比，本發(fā)明提出的聚合調(diào)度方法通過到聚合節(jié)點(diǎn)的廣播形式的重傳保持了較好的網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性，且通過盡可能多的節(jié)點(diǎn)并行數(shù)據(jù)傳輸可減少數(shù)據(jù)匯聚到Sink節(jié)點(diǎn)的時(shí)延。
【IPC分類】H04W72-12
【公開號(hào)】CN104703286
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510102579
【發(fā)明人】龍軍, 張金煥, 何岸, 張昊
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月9日