專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚煞椒跋到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中支持實時 傳輸?shù)膭菽軋雎酚煞椒鞒虉D及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)的迅速發(fā)展，豐富多彩 的應(yīng)用程序也被部署到了傳感器網(wǎng)絡(luò)中。其中，要求實時性保障的應(yīng)用程序(real-time application)需要相應(yīng)的路由策略來提供支持，使得來自這些應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)分組能夠獲 得最小的端到端傳輸時延。到目前為止，在WSN中已經(jīng)有了很多提供實時傳輸服務(wù)的解決方案，例如RAP， Imp 1 icit EDF和SPEED等。SPEED是一種提供實時性服務(wù)的路由機(jī)制，它試圖通過在全網(wǎng)為 每個數(shù)據(jù)包保持一個指定的傳輸速度來提供軟實時保證。MMSPEED擴(kuò)展了 SPEED，提供了實 時性和可靠性區(qū)分服務(wù)。對于實時性要求，它為延遲要求不同的每一類數(shù)據(jù)包使用與SPEED 相同的機(jī)制來滿足它們的時延；對于可靠性要求，一種基于或然率的多路徑中繼機(jī)制被用 來通過控制多路徑的數(shù)量，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)包能有比較大的概率到達(dá)匯聚節(jié)點(Sink)。然而， WSN中心匯聚的數(shù)據(jù)流模型和最后一跳無線鏈路有限的帶寬使得純粹的多路徑規(guī)避網(wǎng)絡(luò)熱 點方案在緩解擁塞、提高吞吐量方面的性能提高有限。另外，由于有些路徑相當(dāng)長，因此它 的能量效率是值得懷疑的。IDDR方案采用“緩存”機(jī)制來暫時存儲溢出數(shù)據(jù)包，能夠用很少 的額外開銷帶來更好的吞吐量和能量效率。同時，在傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)中，研究人員提出過一種基于勢能場概念和梯度選 擇方法(選擇勢能場梯度的方向作為路由方向)。這種叫做PBTA (Potential-Based Traffic-Aware routing)的流量可知路由策略試圖通過勢能場繞過網(wǎng)絡(luò)中的擁塞熱點，從 而用較小的開銷達(dá)到減小端到端的延遲和抖動的目的。但是，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，需要為每個節(jié) 點都建立一個單獨的勢能場，由此帶來的管理開銷是難以負(fù)擔(dān)的。相比較而言，在WSN中大 部分流量都是從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點流向Sink，是一種多對一的流量模式，因此只需要為Sink在全網(wǎng) 建立一個勢能場就可以了。從這個角度來說，基于勢能場概念的路由對WSN而言具有天然 的優(yōu)勢。作為一種能夠感知擁塞的動態(tài)路由策略，TADR實現(xiàn)了一個很好的擁塞控制機(jī)制， 如

圖1所示，它將數(shù)據(jù)包分散到多條空閑路徑上進(jìn)行緩存等待之后的傳輸。由于TADR不對 分組的具體屬性進(jìn)行識別，在擁塞發(fā)生時，它也可能把對延時敏感的數(shù)據(jù)包緩存到旁路上， 從而增大了分組的傳輸延遲，無法滿足實時傳輸?shù)囊蟆?br>
發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實時業(yè)務(wù)提供最小化的端到 端傳輸延遲，同時緩解網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的擁塞，提高全網(wǎng)的吞吐能力。
( 二)技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚?方法，該方法包括步驟Si.緩存應(yīng)用程序請求發(fā)送的數(shù)據(jù)包；S2.分析數(shù)據(jù)包包頭標(biāo)識，若為實時數(shù)據(jù)包，則使用深度勢能場轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，否 則，使用混合勢能場轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包送往鏈路層處理。其中，在步驟S2中，將數(shù)據(jù)包送往鏈路層處理前還包括將要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包經(jīng)優(yōu)先 級隊列進(jìn)行處理的步驟。其中，步驟Sl前還包括根據(jù)節(jié)點屬性建立深度勢能場、混合勢能場的步驟，以及 設(shè)定路由表計算公式的步驟，包括Al.對于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點v，建立深度勢能場:Vd(ν) = VDepth(V),其中:D印th(v)為 節(jié)點ν的深度值，網(wǎng)絡(luò)中匯聚節(jié)點的深度為0，其余節(jié)點的深度為其到匯聚節(jié)點的距離；A2.對于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點V，建立隊列長度勢能場=Vtl(V) = Q(V)，其中
0()隊列中分組的數(shù)量 1卜節(jié)點V的緩存大小’Q(V)表示節(jié)點ν規(guī)格化的隊列長度；A3.對于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點V，建立虛擬的混合勢能場，將所述深度勢能場以及隊列長 度勢能場進(jìn)行凸組合
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚煞椒ǎ涮卣髟谟?，該方法包括步驟s1.緩存應(yīng)用程序請求發(fā)送的數(shù)據(jù)包；s2.分析數(shù)據(jù)包包頭標(biāo)識，若為實時數(shù)據(jù)包，則使用深度勢能場轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，否則，使 用混合勢能場轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包送往鏈路層處理。
2.如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚煞椒ǎ涮卣髟?于，在步驟S2中，將數(shù)據(jù)包送往鏈路層處理前還包括將要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包經(jīng)優(yōu)先級隊列進(jìn)行 處理的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚煞椒ǎ涮卣髟?于，步驟Sl前還包括根據(jù)節(jié)點屬性建立深度勢能場、混合勢能場的步驟，以及設(shè)定路由表 計算公式的步驟，包括Al.對于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點v，建立深度勢能場:
4.如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚煞椒?，其特征?于，所述包頭標(biāo)識為1時，數(shù)據(jù)包為實時數(shù)據(jù)包；所述包頭標(biāo)識為0時，數(shù)據(jù)包為非實時數(shù)據(jù) 包。
5.如權(quán)利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚煞椒ǎ涮卣髟?于，優(yōu)先級隊列進(jìn)行的處理為在同一節(jié)點的緩沖隊列中，將時延敏感的數(shù)據(jù)調(diào)度到隊列的 前端，先于非實時數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。
6.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚上到y(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括 路由隊列，用于緩存應(yīng)用程序請求發(fā)送的數(shù)據(jù)包；路由轉(zhuǎn)發(fā)引擎，根據(jù)數(shù)據(jù)包包頭標(biāo)識，使用深度勢能場轉(zhuǎn)發(fā)實時數(shù)據(jù)包，使用混合勢能 場轉(zhuǎn)發(fā)非實時數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包送往鏈路層處理。
7.如權(quán)利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚上到y(tǒng)，其特征在 于，該系統(tǒng)還包括路由表管理模塊，用于根據(jù)節(jié)點屬性建立深度勢能場、混合勢能場，以及設(shè)定路由表計算公式，并用路由表存儲勢能場建立信息以及路由選擇信息。
8.如權(quán)利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚上到y(tǒng)，其特征在 于，該系統(tǒng)還包括節(jié)點屬性管理模塊，用于存儲節(jié)點屬性，包括節(jié)點深度、鄰居節(jié)點深度、能量值以及隊 列長度。
9.如權(quán)利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚上到y(tǒng)，其特征在 于，該系統(tǒng)還包括輔助機(jī)制模塊，用于在將數(shù)據(jù)包送往鏈路層處理前將要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包經(jīng)優(yōu)先級隊列進(jìn) 行處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持實時傳輸?shù)膭菽軋雎酚煞椒跋到y(tǒng)，該方法包括步驟S1.緩存應(yīng)用程序請求發(fā)送的數(shù)據(jù)包；S2.分析數(shù)據(jù)包包頭標(biāo)識，若為實時數(shù)據(jù)包，則使用深度勢能場轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，否則，使用混合勢能場轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包送往鏈路層處理。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)可為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實時業(yè)務(wù)提供最小化的端到端傳輸延遲，同時緩解網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的擁塞，提高全網(wǎng)的吞吐能力。
文檔編號H04W40/24GK102076022SQ20101057757
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者任豐原, 何滔, 徐寅生 申請人:清華大學(xué)