專利名稱：一種適用于wia-pa網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)確定性調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)確定性調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸被應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)布線困難、安裝維護(hù)成本高等問題。根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于通信的實(shí)時(shí)性、確定性、可靠性和低功耗等需求，科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度技術(shù)成為工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的核心。工業(yè)無線WIA-PA 技術(shù)(Wireless Networks for Industrial Automation -Process Automation用于工業(yè)過程自動(dòng)化的無線網(wǎng)絡(luò))是基于IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的用于工業(yè)過程測(cè)量、監(jiān)視與控制的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。是對(duì)現(xiàn)有工業(yè)通信技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用方向上的功能擴(kuò)展，引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)向著低成本、高可靠、高靈活的方向發(fā)展。但正如申請(qǐng)?zhí)枮?200810070000. 3的中國專利申請(qǐng)《工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的一種確定性通信調(diào)度方法》中所指出的， 確定性調(diào)度機(jī)制能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)時(shí)性、確定性、可靠性等要求，通過修改IEEE 802. 15. 4的超幀結(jié)構(gòu)，規(guī)范了星型網(wǎng)絡(luò)的信道接入機(jī)制，解決多跳網(wǎng)絡(luò)信道間的相互干擾， 從而完成對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信調(diào)度。文中給出的確定性調(diào)度機(jī)制雖然能夠完成對(duì)樹形網(wǎng)絡(luò)的通信調(diào)度，但是其中修改后的超幀結(jié)構(gòu)中各個(gè)階段的長度是固定的，限制了網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，不能根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)情況控制系統(tǒng)功耗；同時(shí)結(jié)合的跳信道技術(shù)在一定程度上解決了干擾問題，但也帶來了功耗的增加和頻帶利用率的降低。本發(fā)明提出了一種自適應(yīng)確定性調(diào)度算法，目的在于提高WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率、降低系統(tǒng)功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)通信調(diào)度方法帶來功耗的增加和頻帶利用率降低的缺陷，根據(jù)WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)管理器統(tǒng)一組織和管理 WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中的通信調(diào)度和資源分配，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中不同類型信息的數(shù)據(jù)吞吐量，動(dòng)態(tài)調(diào)整超幀結(jié)構(gòu)中各個(gè)階段的比例，從而完成對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)確定性調(diào)度。本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案，根據(jù)WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)，提出一種能夠滿足工業(yè)應(yīng)用需求的自適應(yīng)確定性調(diào)度方法，該方法針對(duì)工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，有效地結(jié)合當(dāng)前傳輸數(shù)據(jù)的吞吐量大小動(dòng)態(tài)地調(diào)整超幀結(jié)構(gòu)中各個(gè)階段的大小。設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)過程中，根據(jù)非周期性數(shù)據(jù)吞吐量調(diào)整超幀結(jié)構(gòu)中的CAP (競爭訪問階段)階段；設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)成功后，根據(jù)周期性數(shù)據(jù)吞吐量的大小調(diào)整專用時(shí)隙(CFP (非競爭訪問階段)、簇內(nèi)通信階段、簇間通信階段)階段，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前非周期性數(shù)據(jù)吞吐量大小調(diào)整CAP階段。以保證工業(yè)環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性和實(shí)時(shí)性。其實(shí)現(xiàn)過程如下1.系統(tǒng)初始化階段，啟動(dòng)WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)管理者為協(xié)調(diào)器初始化一個(gè)超幀用來形成網(wǎng)絡(luò)。該超幀包括信標(biāo)階段、CAP階段(競爭接入階段)和休眠階段。2.設(shè)備加入WIA-PA網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理器統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、加入網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)、路由配置請(qǐng)求等非周期數(shù)據(jù)包的數(shù)量，計(jì)算出非周期性數(shù)據(jù)吞吐量，將該吞吐量與CAP 階段調(diào)整閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果增加(或減少)超幀結(jié)構(gòu)中CAP階段的長度。3.設(shè)備加入WIA-PA網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)管理器分別統(tǒng)計(jì)傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)等周期性數(shù)據(jù)包和設(shè)備狀態(tài)查詢請(qǐng)求等非周期性數(shù)據(jù)包，計(jì)算周期性數(shù)據(jù)的吞吐量Q，進(jìn)一步根據(jù)公式 m=Q/q計(jì)算用于傳輸周期性數(shù)據(jù)的專用時(shí)隙階段的時(shí)隙個(gè)數(shù)。計(jì)算此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中非周期性數(shù)據(jù)的吞吐量，判斷是否執(zhí)行對(duì)CAP階段的調(diào)整。綜合當(dāng)前CAP階段及專用時(shí)隙階段的長度進(jìn)一步確定休眠階段的長度。4. WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)管理器根據(jù)調(diào)整后的超幀結(jié)構(gòu)重新分配網(wǎng)絡(luò)的時(shí)隙資源， 完成系統(tǒng)的通信調(diào)度。5. 根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)確定性調(diào)度方法，其特征在于設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)過程時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理器統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、加入網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)、路由配置請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包數(shù)量，計(jì)算出非周期性數(shù)據(jù)吞吐量，將該吞吐量與CAP階段調(diào)整閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果增加或減少超幀結(jié)構(gòu)中CAP階段的長度。6. 根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)確定性調(diào)度方法，其特征在于由公式
權(quán)利要求
1.適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)確定性調(diào)度方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)前傳輸數(shù)據(jù)吞吐量的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整超幀結(jié)構(gòu)中各個(gè)階段的大小，確定每個(gè)階段的帶寬長度，具體為，設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)過程時(shí)，根據(jù)非周期性數(shù)據(jù)吞吐量調(diào)整超幀結(jié)構(gòu)中的競爭訪問CAP階段長度；設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中非周期性數(shù)據(jù)的吞吐量，判斷是否執(zhí)行對(duì)CAP階段的調(diào)整，根據(jù)周期性數(shù)據(jù)吞吐量大小調(diào)整專用時(shí)隙的非競爭訪問CFP階段、簇內(nèi)通信階段、簇間通信階段，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前非周期性數(shù)據(jù)吞吐量大小調(diào)整CAP階段，系統(tǒng)管理器根據(jù)調(diào)整后的超幀結(jié)構(gòu)重新分配網(wǎng)絡(luò)的時(shí)隙資源，完成系統(tǒng)的通信調(diào)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)確定性調(diào)度方法，其特征在于設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)過程時(shí)， 網(wǎng)絡(luò)管理器統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、加入網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)、路由配置請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包數(shù)量，計(jì)算出非周期性數(shù)據(jù)吞吐量，將該吞吐量與CAP階段調(diào)整閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果增加或減少超幀結(jié)構(gòu)中CAP階段的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)確定性調(diào)度方法，其特征在于由公式Smax = Tcapo X E0計(jì)算初始化長度為TCAPO的CAP階段內(nèi)所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)吞吐量最大值Smax，由公式
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)確定性調(diào)度方法，其特征在于當(dāng)Sn2時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理者根據(jù)公式
全文摘要
本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種適用于WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)確定性調(diào)度方法。此自適應(yīng)確定性調(diào)度方法根據(jù)工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的特殊環(huán)境，結(jié)合WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)的超幀結(jié)構(gòu)、資源分配等參數(shù)，分別計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)中傳輸非周期性數(shù)據(jù)和周期性數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)吞吐量，并根據(jù)當(dāng)前的數(shù)據(jù)吞吐量來配置此時(shí)超幀中競爭接入階段、專用時(shí)隙階段和休眠階段的長度，以此來自適應(yīng)地調(diào)整超幀結(jié)構(gòu)中各個(gè)階段的比例，該方法能夠有效地提高帶寬利用率和降低系統(tǒng)功耗。
文檔編號(hào)H04W72/12GK102595578SQ20121007027
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者向敏, 王平, 王恒, 閆紅波, 陳秋歌 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)